Тема 6 агрегати для відновлення залізних руд і машини доменного виробництва

Доменні печі є самими продуктивними, найпоширенішими агрегатами для відновлення залізних руд. Вони виправдали себе й економічно.

Інші методи відновлення без застосування коксу й, зокрема, пряме одержання заліза, минаючи стадію виплавки чавуну, поки ще не в змозі виступати як повноцінні конкуренти доменного процесу.

Найбільш перспективним методом безкоксового відновлення визнається процес, розроблений фірмою «Мидленд Росс» (USA), називаний «мідрекс». Він складається зі звичайного огрудкування концентратів, потім з випалу окатишів у шахтних печах і наступній їхній металізації, тобто майже повного відновлення. Ця операція виконується конвертованим газом, у результаті чого зміст заліза в окатишах збільшується з 65–70% до 95%. Відновлені окатиші надходять для зберігання в спеціальну камеру з нейтральним газом і потім направляються в дугові електропечі для виплавки з них сталі. Цей процес набув застосування в USA, Канаді й Германії.

У Мексиці, а також і в деяких інших країнах знаходить застосування процес одержання губчатого заліза методом Охалата й Ламіна (X і Л) з наступною його плавкою в електропечах. Ці процеси є вже конкурентоспроможними стосовно доменного процесу, але при невеликих обсягах виробництва в межах 600-1000 тис. т у рік. По мірі росту продуктивності агрегатів для одержання металізованої сировини й потужності дугових печей, а також неминучого виснаження запасів коксівного вугілля ці процеси будуть економічними й цілком можуть конкурувати з доменним процесом.

Заслуговують також уваги й інші методи безкоксового відновлення заліза, на користь яких буде завжди виступати як об'єктивний фактор підвищення різниці у вартості коксівного і звичайного енергетичного вугілля. Тому становить інтерес циклон-конвертер, у якому вихідним матеріалом служить порошкоподібний залізорудний концентрат, а в якості відновлювача використовується звичайне енергетичне вугілля, вартість одиниці калорійної здатності якого в кілька разів нижче, ніж у коксу.

Процес відновлення в цьому агрегаті відбувається у дві стадії. Перша стадія здійснюється в циклоні, і вона складається в плавці залізорудного концентрату в суміші з вапняком і вугіллям. При цій плавці в умовах повного спалювання вугілля відбувається часткове (на 20–25%) відновлення. Друга стадія складається в повнім відновленні заліза з розплаву і його навуглецюванні. Ця стадія відбувається в конвертері, куди безупинно надходить розплав із циклона й де постійно підтримується ванна із чавуну. Відновлення здійснюється розчиненим вуглецем чавуну, рівень якого поповнюється в результаті вдмухування у ванну відповідної кількості вугілля. Витрати тепла на відновлення й втрати в навколишнє середовище компенсуються вдмухуванням у ванну кисню й згорянням частини вуглецю, що поступає у ванну.

При цьому процесі необхідна утилізація тепла газів, що відходять, які мають високу температуру. Завдяки безперервності процесу ця утилізація не повинна викликати утруднень при сполученні циклон-конвертера з енергетичним комплексом. У той же час гарячі гази з конвертера, що містять окис вуглецю, використовуються як паливо для циклона.

Перевага зазначеного агрегату складається у використанні найдешевшого відновлювача – енергетичного вугілля й найбільш продуктивних металургійних процесів – плавки в циклонному апараті й конвертерного процесу.

Великий інтерес також представляє застосування й інші процеси відновлення залізних руд. Одним із цих досить перспективних напрямків є відновлення метан-водневою сумішшю, нагрітою до 2500–3700°С. У цьому випадку процес відновлення сильно інтенсифікується, завдяки чому він стає вигідним, незважаючи на додаткові витрати електроенергії на плазменне нагрівання відновлюючих газів.

Незважаючи на значні успіхи, досягнуті в подальшому вдосконаленні й поширенні безкоксових методів відновлення залізних руд, доменний процес ще багато років буде знаходити застосування.

У будівництві доменних печей одним з головних напрямків є підвищення продуктивності печі, що залежить від корисного її обсягу й багатьох технологічних факторів.

В останні роки підвищення продуктивності доменних печей в більшому ступені відбувалося за рахунок збільшення корисного обсягу печей і в меншому ступені – за рахунок поліпшення показників інтенсивності їхньої роботи.

Доменна піч № 9 на Криворізькому металургійному заводі обсягом 5000 м³, що була пущена наприкінці 1974 р. Діаметр горна цієї печі 14,7 м, продуктивність близько 4 млн. т чавуну за рік. В 1974 р. на японському заводі в Оіті фірми «Сін Ніппон Сейтецу» також пущена піч обсягом 5000 м³

Економічно це збільшення обсягу печі себе виправдує. Так, наприклад, якщо прийняти питомі капітальні витрати на будівництво доменної печі обсягом 1719 м³ за 100%, тоді ці витрати в печі обсягом 2700 м³ складуть 85%, а в печі 5000 м³ –71%.

Доменна піч обсягом 5580 м³ працює на Череповецькому металургійному заводі. Досвід пуску й експлуатації цієї печі визначив, у якому ступені доцільне застосування доменних печей обсягом 6000–8000 м³. Зараз більш ефективним є підвищення продуктивності доменних печей не стільки екстенсивним шляхом, скільки інтенсивним, тобто шляхом поліпшення к.в.к.о.

Величезне значення в підвищенні економічності доменного процесу має також зниження питомої витрати коксу, головним чином за рахунок застосування більш дешевих відновлювачів і теплоносіїв. Для цієї мети буде потрібно не тільки вдосконалення самого доменного процесу, але й нове доменне обладнання.

До числа таких напрямків, наприклад, належать вдмухування а піч гарячих відновлювальних газів і застосування кисню замість повітря. Проведені дослідження такого процесу свідчать про те, що продуктивність печі збільшується на 30% і на 30% скорочується витрата коксу. Для здійснення цього процесу буде потрібно нове обладнання для обробки доменного газу, його нагрівання й змішування із природним газом, а також спеціальні фурми для вдмухування його в піч разом із киснем.

Особливо велике значення в інтенсифікації доменного процесу має подальше підвищення тиску під колошником (до 2,5 ат і більше), температури дуття і якості шихти.

Таким чином, майбутнє доменних печей полягає не стільки в подальшому збільшенні їхнього корисного обсягу, скільки головним чином у підвищенні показників, що характеризують інтенсивність доменного процесу, і в створенні необхідного для цієї мети нового обладнання й засобів автоматизації.

Найбільш досконале доменне устаткування застосоване на доменній печі обсягом 5000 м³ Криворізького металургійного заводу (ВАТ Міттал Стіл). До числа головних особливостей цього устаткування належать:

1. Наявність кільцевих мостових кранів для обслуговування ливарного двору печі (рис. 6.1). Ці крани стосовно осі печі розташовані радіально й рухаються по кільцевих шляхах навколо печі, що дозволяє механізувати основні й допоміжні операції на ливарному дворі, у тому числі обслуговування льоток для випуску продуктів плавки, а також зміну повітряних фурм за допомогою спеціальної машини, що підвішується до колони крана. Все устаткування ливарного двору, у тому числі жолоба для чавуну й шлаків, розташовується в зоні дії цих кранів. Вантажопідйомність кранів 20/5 + 5 тс.

Рисунок 6.1 – Вид на ливарний двір печі обсягом 5000 м³ з кільцевими кранами

Досвід експлуатації цієї печі, починаючи з 1972 р. свідчить про ефективність використання кільцевих кранів для обслуговування ливарних дворів доменних печей. Цей досвід, а також і досвід застосування кільцевих кранів на печі обсягом 5000 м³ дають підставу рекомендувати такого роду планування печі і її ливарного двору як типову.

Кільцевий мостовий кран переміщається по двох концентричних рейкових шляхах (рис. 6.2). Міст крана складається із двох поздовжніх 5 і двох кінцевих 3 балок. До однієї з поздовжніх балок прикріплена стаціонарна шахта 1, у якій змонтована піднімальна колона 9. Знизу до мосту підвішена теплоізольована кабіна 7 крановика, обладнана установкою кондиціювання повітря.

Міст обладнаний механізмом пересування 6, що складається із чотирьох ходових коліс, шести горизонтальних катків, що передають горизонтальні зусилля на підкранові рейки, і двох роздільних приводів, розташованих у коліс зовнішнього і внутрішнього рейкових шляхів. Кожний привід має два електродвигуни для забезпечення основної й доводочної швидкостей пересування крана. Необхідні швидкості руху крана на внутрішньому й зовнішньому шляхах (пропорційні їхнім радіусам) забезпечуються за рахунок різних передаточних чисел редукторів приводів і різних діаметрів ходових коліс.

На мосту змонтований самохідний крановий візок 4 звичайні конструкції з механізмами головного й допоміжного підйомів вантажопідйомністю 20 і 5 т.

Колона 9 переміщується в напрямних роликах шахти 1 за допомогою встановленого на мосту механізму 8, пов'язаного з колоною канатом. У верхнім неробочому положенні колона автоматично стопориться щодо шахти засувками. Шахта обладнана клиновим вловлювачем колони, що автоматично спрацьовує у випадку аварійного її падіння.

Рисунок 6.2 – Кільцевий мостовий кран ливарного двору

Колона має розташований в нижній її частині опорно-поворотний пристрій 10 із фланцем і встановлений на верхньому торці привід повороту 2, що пов'язаний із пристроєм 10 вертикальним валом, пропущеним усередині колони. До фланця поворотного пристрою прикріплений консольний кран, що складається з напрямної рами 13, висувної консольної балки 12 з підвішеним до неї гаком 14, механізму 11 зміни вильоту консольної балки й механізму 15 підйому гака. До фланця 10 замість консольного крана може бути підвішена машина для зміни фурм.

Електроживлення крана – тролейне, а візка, колони й консольного крана – за допомогою гнучкого кабелю. Конструкція крана передбачає роботу зі знімним канатним грейфером, що підвішується на гак допоміжного підйому візка.

Технічна характеристика кільцевих мостових кранів конструкції ВНДІметмаша – виробничого об'єднання «Ленпідйомтрансмаш»

Вантажопідйомність, т:

візка 20/5

гака консолі 5

Висота підйому гаків, м:

головного 18

допоміжного 20

консолі 8

Проліт крана, м 22/24

Радіус внутрішньої рейки, м 16,1/12,75

Швидкість пересування візка, м/хв. 36,2

Установлена потужність електродвигунів, кВт 136/140

Маса, т 97,6/99 8

Операції по відновленню футеровки жолобів ливарного двору частково механізовані. Ламання старої футеровки роблять за допомогою вібророзпушників і крана. Для збирання скрапу й зруйнованої футеровки використовують навісні (на гак крана) грейфери. Для подачі вогнетривкої маси й збирання сміття застосовують спеціальні ємності (короба), що піднімаються із залізничних платформ на робочу площадку кранами ливарного двору. Для набивання нової футеровки жолобів використовують електромеханічні вибротрамбовки.

2. Нова система дозування, подачі й завантаження шихти продуктивністю близько 30 тис. т у добу, що складається зі стрічкових конвеєрів зі стрічкою шириною 2000 мм, загальна довжина яких 3,2 км, електровібраційних живильників продуктивністю 1000 м³/год., грохотів коксу й агломерату. Система дозволяє в широких межах регулювати радіальний і окружний розподіл шихтових матеріалів на колошнику печі.

3. Завантажувальний пристрій (рис. 6.3) принципово нової конструкції, із пропускною здатністю до 30 тис. т шихтових матеріалів у добу й розрахований на роботу при тиску колошникового газу 2,5 атм.

На відміну від традиційних двох- і трьох-конусних завантажувальних пристроїв у цьому пристрої функції герметизації печі виконують спеціальні газовідсікаючі клапани невеликого діаметра (1100 мм), розташовані поза грубним простором і не контактуючі з потоком шихтових матеріалів. Застосування цих клапанів дозволяє підвищити щільність газозапирання й скоротити тривалість простоїв печі, пов'язаних із заміною газозапираючих пристроїв. Шихтова чотирьох-порціонна подача

набирається на конусному затворі через дві паралельно розташовані й працюючі поперемінно ємності, обладнані зазначеними клапанами й шихтовими затворами, і обертову одноконусну розподільну лійку. Останню можна використовувати в режимі безперервного обертання, забезпечуючи рівномірний окружний розподіл матеріалів, або на станціях – для ліквідації порушень ходу печі.

Під конусним затвором у робочому просторі печі підвішена розподільна спідниця, зміною положення якої по висоті здійснюється регулювання розподілу матеріалів по радіусу колошника печі.

Приводи розподільної обертової лійки й розподільної спідниці електричні. Інші механізми пристрою мають гідравлічний привід від центральної насосної станції.

Передбачено механізовану заміну газовідсікаючих клапанів за допомогою спеціальних кранів велосипедного типу.

Для зручності й прискорення заміни конусного затвора й розподільної спідниці верхня частина завантажувального пристрою може відкочуватися убік від осі печі на спеціальній платформі.

З метою підвищення стійкості елементів пристроїв, що піддаються абразивному зношуванню шихтою, застосоване наплавлення їхніх робочих поверхонь композитним сплавом на основі карбідів вольфраму.

4. Фурмені прилади нового типу й машини для зміни фурм, які підвішуються до кільцевих кранів.

5. Оснащення повітронагрівачів автоматизованими механізмами із централізованим гідравлічним керуванням. З них найбільший інтерес представляють клапани гарячого дуття діаметром 2000 мм. Клапани цієї конструкції (рис. 6.4), створені Электростальским заводом важкого машинобудування разом із ВНДІметмашем, але діаметром 1600 мм, були «постачені у Францію на завод «Фос Сюр Меер», де вони також показали підвищену експлуатаційну надійність.

6. Нове обладнання для придоменної грануляції шлаків. Особливість цього устаткування складається в оригінальності виконуваної їм технології грануляції, розробленої московським Гіпромезом і ВНДІТом. Ця технологія відрізняється від раніше відомих схем і вперше вона була застосована на печі обсягом 5000 м³. Устаткування було створено Уралмашзаводом і Гіпромезом.

Основні переваги цього устаткування: