Caratterizzazione del processo di fusione della ghisa. Cosa è richiesto per fondere la ghisa. Ripristina altri elementi
L'invenzione riguarda il campo della metallurgia e più specificamente i metodi di fusione della ghisa nelle fornaci a cupola. Prima dell'accumulo di ghisa, il letka viene preriscaldato con ghisa liquida contenente 3,5 - 4,4% C, 0,9 - 2,2% Si, 0,4 - 2% Mn, con un volume pari a dove dk è il diametro del salvadanaio, il riscaldamento dei fori viene effettuato contemporaneamente alla fornitura di ossigeno alla ghisa liquida, che viene effettuata nello spazio di pre-scarica del salvadanaio.
Inoltre, le dimensioni di queste aperture di ingresso di carico 4 e 5 sono progettate in modo tale da poter essere aperte, mentre il forno mantiene una pressione positiva, che consente di liberare la polvere e il fumo generati nel forno, nonché di caricare le materie prime a una pressione così positiva .
Come funziona l'altoforno
Durante la rotazione, i secchi 11 e 12 possono distribuire materie prime granulari su entrambi i lati della linea di elettrodi. La forma dei fori di alimentazione 4 e 5 non deve sempre essere triangolare, ma può anche essere quadrata, semicircolare o di altra forma. Per quanto riguarda il metodo di ricarica, verranno eseguiti tutti i sistemi di ricarica diretti e continui, come i sistemi di trasporto, nonché il sistema di ricarica sopra menzionato, che si basa sul movimento alternativo delle benne.
L'invenzione si riferisce al campo della fonderia, e più specificamente ai metodi di fusione della ghisa nei forni a cupola, e in particolare ai metodi di fusione che eliminano il "congelamento" di una tacca di metallo per il rilascio di metallo in un mestolo.
Un metodo noto per fondere la ghisa in cupole con un salvadanaio, che include il caricamento della miscela, la fusione, il surriscaldamento della ghisa, l'accumulo nel salvadanaio e il rilascio della ghisa attraverso una tacca di metallo (vedi Grachev V.A., Cherny A.A.I moderni metodi di fusione della ghisa. Saratov, 1973, pagg. 80-81).
Nella fornace ad arco elettrico della presente invenzione, la linea principale superiore 6 e il tubo inferiore 8 di solito hanno una sezione rettangolare, ma avrà luogo qualsiasi forma, come un cerchio o un'ellisse. Gli alberi lato superiore e inferiore 6 e 8 sono realizzati in lamiera di acciaio o scocca in ferro, rivestiti con materiale refrattario all'interno. Questa separazione della fornace in due parti consente di costruire la fornace in modo tale che la colonna inferiore 8 della fornace sia posizionata sul cavalletto 13 e supportata da un gran numero di rulli mobili 14, che la rende mobile per facilitare la sostituzione o la riparazione del tronco.
Uno degli svantaggi di questo metodo è la possibilità di "congelare" la tacca di metallo del salvadanaio, causata dal fatto che il metallo liquido (specialmente nel primo periodo di fusione, quando il metallo è a bassa temperatura e il salvadanaio non è riscaldato) viene raffreddato nella parte inferiore del salvadanaio, nell'area della buca, cristallizza e congela con la formazione della "persistenza". È stato stabilito che il "congelamento" di una letka nel 10-20% dei calzoncini da bagno è una causa di rotture dei calzoncini da bagno, a seguito della quale, di norma, la cupola deve essere fermata, raffreddata, la porta del salvadanaio aperta e la crosta viene rimossa dal salvadanaio, un'operazione che richiede molto tempo e denaro.
Inoltre, poiché il tubo principale inferiore 8 viene utilizzato continuamente per la fusione e la raffinazione, subisce un'usura grave rispetto al corpo superiore del forno. Il suddetto design quando si sostituisce il tubo della parete inferiore del forno aumenta l'efficienza operativa e riduce i costi di riparazione del forno. Tuttavia, il forno può anche essere costruito nel suo insieme senza separazione nei tronchi superiore e inferiore 6 e 8 del forno, quando desiderato.
Un foro per la filettatura e il suo naso 7 sono previsti sull'alloggiamento inferiore 8 della fornace di fronte alle aperture 4 e 5 dell'ingresso di caricamento previste sulla canna superiore della fornace. La struttura e la posizione del foro di uscita e del suo beccuccio 7 formano un sistema a sifone, il cui rubinetto è allo stesso livello del fondo del forno, come mostrato nei disegni. Questo design facilita l'iniezione continua di metallo fuso dal focolare del forno 26, dove il metallo fuso si raccoglie goccia a goccia dopo che è stato compresso da un arco e passa attraverso uno strato di filtrazione delle scorie pre-preparato.
Esistono numerosi metodi di produzione con "congelamento" del foro del rubinetto, che sono inefficaci, sebbene vengano utilizzati nel processo di fusione. Questi includono la perforazione di un foro del rubinetto "congelato" con un piede di porco in metallo, la masterizzazione di un foro del rubinetto con ossigeno e il preriscaldamento del salvadanaio. La prima dose nel 50-60% dei casi non dà l'effetto desiderato o porta alla rottura del mattone volante. Il secondo metodo viene eseguito fornendo ossigeno dall'esterno del mattone estivo e inoltre non porta sempre all'apertura della tacca, poiché l'effetto dell'ossigeno su un metallo già congelato a bassa temperatura non stimola la sua ossidazione e la sua rottura. Il consumo di ossigeno, di norma, è molto elevato, il processo dal punto di vista della protezione del lavoro è molto pericoloso.
Recupero e carburazione del ferro in una fornace
Prima dell'iniezione, il metallo fuso viene raccolto in una fornace situata vicino al pozzo. Il forno frontale 15 è progettato su un supporto o su un tavolo di supporto 16 per essere facilmente inclinato ruotando la maniglia 17, che consente, se necessario, di rimuovere il metallo fuso raccolto. Poiché il metallo fuso ottenuto dal forno ad arco elettrico della presente invenzione è stato completamente disossidato e desolforato, scorre facilmente e si raffredda molto lentamente, il che lo rende pratico per un lungo residuo di metallo fuso nel forno anteriore. lo scarico e la fusione di metallo fuso secondo la presente invenzione sono resi molto più efficienti rispetto ai metodi di scarico e fusione convenzionali.
Secondo il terzo metodo, il salvadanaio viene riscaldato con un bruciatore a gas attraverso una tacca di scorie prima di sciogliersi, e nel caso di un "congelamento" della tacca di metallo, viene bruciato con un flusso di ossigeno da un cutter di gas-ossigeno posizionato dal lato del canale del salvadanaio. Il "congelamento" del foro del rubinetto, di regola, si verifica durante il primo rilascio di ghisa.
L'esperienza pluriennale nei forni a cupola mostra che il terzo metodo consente nel 40-50% dei casi di "congelamento" di una porta per prevenire un'emergenza e ripristinare l'efficienza della cupola. Tuttavia, in altri casi, il metodo è inefficace. Ciò è dovuto al fatto che, in primo luogo, quando il salvadanaio viene riscaldato da un bruciatore a gas attraverso una tacca di scorie, la parte inferiore del salvadanaio (fondo e tacca) viene leggermente riscaldata, il che porta al "congelamento" del metallo nell'area della tacca.
Video: fusione del ferro in modo crudo
Quanto sopra sono le caratteristiche specifiche del forno ad arco elettrico della presente invenzione, particolarmente adatto per la produzione di ferro fuso. Tuttavia, la fornace non si limita al ferro fuso e possono essere fusi anche metalli come acciaio e alluminio.
Ottenere ghisa sintetica
Nella forma di realizzazione sopra, il numero 18 indica fili per fornire elettricità agli elettrodi. Il numero 19 indica i cavi di sospensione per sollevare e abbassare gli elettrodi. I numeri 21 e 22 indicano i dispositivi per spostare le benne 11 o 12, rispettivamente, che possono essere guidati da una forza esternamente per inserire e ritrarre le benne dai fori di caricamento 4, e le benne 11 e 12 sono capovolte o ripristinate da un'apposita camma o dispositivo di guida nel forno caricando così materie prime da entrambi i lati della linea di elettrodi.
In secondo luogo, bruciare un buco con l'ossigeno è efficace solo se la sovrapposizione di metallo è in uno stato di muffa e la crosta del metallo solidificato ha uno spessore di 5-10 mm. Altrimenti, il metodo è inefficace.
Lo scopo della presente invenzione è quello di eliminare questi inconvenienti e di sviluppare un metodo in grado di eliminare efficacemente il "congelamento" di una tacca di metallo, principalmente nel periodo di fusione iniziale.
Quando si utilizza questo dispositivo, le materie prime sotto forma di rottame possono essere caricate in modo continuo fondendosi in un forno. Il dispositivo è costituito principalmente da due secchi di carico 11 di materia prima, progettati per entrare ed uscire attraverso due ingressi di carico 4 per materie prime, e sono previsti dispositivi per guidare e ruotare i secchi 1 e 12, in modo che questi secchi entrino ed escano attraverso la carica ingressi 4 e 5 in alternativa. Un trasportatore a nastro orizzontale 29 è previsto per caricare rottami nelle benne 11 e due trasportatori a nastro magnetici verticali 31 e 32 per trasferire materie prime su un trasportatore a nastro orizzontale.
Il problema è risolto nel fatto che nel metodo di fusione della ghisa in una cupola, incluso il caricamento della carica, la fusione, il surriscaldamento della ghisa, la conservazione nel salvadanaio e lo scarico attraverso una tacca di metallo nel mestolo, preriscaldare la tacca con ghisa fusa contenente 3,5- 4,4% C, 0,9-2,2% Si, 0,4-2% Mn, con un volume pari a , dove d k è il diametro del salvadanaio e le tacche vengono riscaldate contemporaneamente con l'ossigeno che viene fornito alla ghisa liquida, mentre l'ossigeno viene fornito allo spazio sottoterra del salvadanaio attraverso un tubo montato nel rivestimento della porta del salvadanaio.
Sono inoltre previsti due serbatoi per materie prime o bidoni 44 e 45 per lo stoccaggio del materiale.I dispositivi per guidare e far cadere reciprocamente le benne di carico 11 e 12 includono tamburi a filo 35 e 36, che sono guidati dal motore 34 attraverso l'albero di trasmissione. Poiché il processo è lo stesso per i due secchi, verrà descritta in dettaglio solo l'operazione del secchio 11.
Il movimento in avanti fa montare la guida 39 sull'albero della benna all'estremità posteriore del camion 21, passando lungo la parte interna della barra di guida o della superficie della camma 40, costringendo la benna 11 a ruotare nel forno, scaricandone il contenuto. Guide o guide a camma 40 e 41 sono rispettivamente previste per far ruotare e piegare le benne verso l'estremità del loro movimento in avanti. Per il movimento inverso delle benne 11 e 12, è previsto un finecorsa per il motore reversibile. In alternativa, un interruttore appropriato può essere fornito in combinazione con il cambio.
Il metodo è il seguente. Prima della fusione, la cupola e il salvadanaio vengono riscaldati con gas naturale a una temperatura di rivestimento di 1100-1400 o C. Quindi, una carica, calcolata sulla ricezione di ghisa liquida della seguente composizione, viene caricata nell'ornitorinco: 3,5-4,4% C; 0,9-2,2% Si; 0,4-2% Mn. Il peso della carica viene calcolato in modo da ottenere un volume di ghisa pari a dove d k è il diametro del salvadanaio, (m). La carica caricata viene fusa, surriscaldata in un singolo tamburo (cupola di coke) o in un ugello refrattario (cupola di gas), dopo di che il metallo liquido scorre nel salvadanaio e riempie la sua parte inferiore. Mentre il salvadanaio viene riempito attraverso la tubazione, l'ossigeno viene fornito al metallo liquido, che reagisce con il metallo nello spazio di pre-scarica.
Strumento di fusione
Il numero 43 indica una frizione di scarico a induzione manuale. Il sistema di trasporto a nastro per il caricamento di materie prime è costituito da un nastro senza fine orizzontale 29, una tramoggia 30 montata alla fine della distanza di trasporto e un autocarro con cassone ribaltabile o depressione 42 per riempire alternativamente la benna 11 e la benna 12 con materie prime dalla tramoggia.
I materiali provenienti da serbatoi o contenitori 44 e 45 vengono trasportati verso l'alto su questi trasportatori, che devono essere trasferiti su un nastro trasportatore orizzontale. Serbatoi o bunker 44 e 45 hanno rispettivamente uscite 46 per materie prime con piastre di controllo a scorrimento verticale. L'uso di tali trasportatori magnetici consente di separare automaticamente il ferro da impurità dannose come metalli non ferrosi, sabbia e terra, quando le materie prime sono in polvere o in forma granulare. Questo è un grande vantaggio ottenuto dall'uso di materie prime in polvere o in forma granulare.
La fornitura di ossigeno viene effettuata per 2-3 minuti, dopo di che viene interrotta la fornitura di ossigeno e dopo 5-7 minuti dopo la cessazione della sua fornitura, il tappo viene aperto e il metallo liquido viene abbassato nel mestolo o versato nella fossa. Successivamente, la fusione viene eseguita nel solito modo per il marchio desiderato.
Il riscaldamento del letki con ferro fuso consente di riscaldare in modo efficiente il mattone, lo spazio del preletto, il rivestimento e il focolare a una temperatura di 1300-1400 ° C, che elimina il "congelamento" del metallo successivo e, quindi, elimina la formazione di placca nello spazio del preletto. Quando l'ossigeno viene fornito al metallo, la temperatura della ghisa aumenta (fino a 1500 o C) a causa delle reazioni di ossidazione elettrotermica di C, Si e Mn, a seguito delle quali la temperatura del rivestimento nella parte inferiore sale a 1450-1500 o C. Alto riscaldamento del rivestimento nella parte inferiore e soprattutto il mattone estivo dovuto all'influenza della ghisa e dell'ossigeno fornisce la completa eliminazione del "congelamento" del foro del rubinetto in metallo e metallo. Successivamente, il tubo si scioglie e si dissolve nel metallo liquido.
Ghisa: punto di fusione
Per quanto riguarda la preparazione delle cariche di materie prime, la velocità dei trasportatori magnetici 31 e 32 è controllata in modo tale che i loro magneti attirino materie prime per tipo, come trucioli di ferro, trucioli di acciaio e ferro granulare, che possono essere immagazzinati separatamente nei rispettivi serbatoi 44 e 45 e così via. .
Questi trasportatori a nastro per il trasporto di materie prime e materiali ausiliari possono essere sostituiti da trasportatori a mestolo, che si alternano in modo intermittente alla stessa velocità o a velocità diverse. Quella che segue è una spiegazione dell'assemblaggio del forno e del metodo di fusione del ghisa della presente invenzione usando il forno ad arco elettrico della presente invenzione.
Un effetto positivo si ottiene a causa di quanto segue: 1. Il riscaldamento del foro del rubinetto con ghisa è efficace, poiché viene eseguito dal tipo più efficace di trasferimento di calore - trasferimento di calore. Ciò consente di riscaldare il rivestimento a una temperatura di 1300-1400 o C.
2. L'uso dell'ossigeno consente di aumentare efficacemente e rapidamente la temperatura della ghisa a 1500 ° C a causa dell'ossidazione della ghisa C, Si e Mn. Anche il rivestimento della parte inferiore del salvadanaio viene riscaldato alla stessa temperatura. Questo alla fine elimina la possibilità di formazione di deformazioni metalliche nell'area della tacca.
La linea principale inferiore 8, che può essere stata riparata, per esempio, viene prima trasferita sui rulli 14 in una posizione direttamente sotto la linea superiore 6 del forno, estesa mediante un martinetto o simile, ed è strettamente collegata al tubo superiore del forno. Quindi, gli elettrodi 1 vengono abbassati in una posizione vicino al fondo del forno. Preservare l'atmosfera nella fornace a pressione positiva e ridurre fortemente la capacità, impedendo la penetrazione dell'aria dall'esterno, fa sì che il monossido di carbonio ottenuto durante il processo di fusione salga attraverso gli spazi tra i materiali di partenza caricati e reagisca parzialmente con l'ossigeno contenuto nell'alimentazione 23, formando anidride carbonica, che dopo aver riscaldato i materiali di partenza 23, viene schiacciato dalla polvere generata nel forno attraverso le aperture di ingresso di carico 4 e il gas espirato e la polvere vengono raccolti facilmente e completamente con Sul cappuccio antipolvere 27 situato accanto agli ingressi di alimentazione, il metallo fuso da 4 e 10 pollici passa in goccioline attraverso uno strato di scorie 24 che è stato preparato, filtrato e pulito passando attraverso lo strato 24 e abbassato in sudore di metallo fuso.
3. La suddetta composizione di ghisa (3,5-4,4% C; 0,9-2,2% Si; 0,4-2% Mn) fornisce un basso punto di fusione e, di conseguenza, una bassa temperatura di cristallizzazione della ghisa (circa 1150-1200 o C), che non gli consente di "congelare" alle temperature osservate nell'area della tacca. Inoltre, la composizione descritta nell'applicazione è ottimale dal punto di vista del corso delle reazioni di ossidazione di C, Si e Mn quando interagisce con l'ossigeno. Ciò è in buon accordo con la pratica dei convertitori di ossigeno. Con questa composizione di ghisa in 2-3 minuti, la temperatura della ghisa aumenta da 1300 a 1500 o C. Quando il contenuto di C è inferiore al 3,5%, Si inferiore allo 0,9%, Mn inferiore allo 0,4%, la temperatura di cristallizzazione della ghisa aumenta, la sua fluidità diminuisce, il tasso di reazioni di ossidazione diminuisce drasticamente, a seguito del quale diminuisce l'efficienza di riscaldamento del letka, esiste la possibilità di formazione di depositi di metallo a causa della sua bassa temperatura e dell'aumentata temperatura di solidificazione. Il limite superiore della composizione di ghisa per C, Si e Mn è limitato dalla difficoltà di produrre ghisa di questa composizione.
Passando attraverso lo strato di scorie specificato 24, gocce di acciaio fuso disossidano e desolforano per una completa purificazione ad un certo punto. Rimuovere questi ossidi sarebbe estremamente difficile usando metodi e forni convenzionali. Le caratteristiche speciali del suddetto metodo di fusione della ghisa sono descritte in dettaglio di seguito.
I materiali di partenza compressi 23 vengono riscaldati sequenzialmente dal fondo direttamente mediante elettrodi 1, che vengono rapidamente fusi in goccioline di ferro fuso. In altre parole, i materiali di partenza 23, che sono stati caricati per formare tali cumuli attorno agli elettrodi 1, come mostrato nei disegni, sono sequenzialmente riscaldati dalle sue parti vicino alle parti arcuate degli elettrodi 1, riducendo il loro mandgetismo e facendoli scivolare giù dai lati degli elettrodi 1 in ordine di sezione e quindi nella posizione sotto gli elettrodi.
4. La quantità ottimale di ghisa nel salvadanaio, pari a , fornisce il riscaldamento della parte inferiore del salvadanaio su tutta l'altezza del mattone volante 230 mm. Per un salvadanaio con un diametro di 0,5 m, il volume di metallo ottimale sarà 0,04 m 3. Il peso della miscela sarà di 280 kg. Se il volume di ghisa è inferiore, la parte superiore del mattone estivo non si surriscalda, il che può portare al "congelamento" della tacca superiore. Con un volume maggiore, aumenta il volume della ghisa, aumenta il costo del suo programma, aumenta il consumo di ossigeno senza un significativo aumento della temperatura del mattone estivo.
Le materie prime 23, che cadono così in una posizione al di sotto degli elettrodi 1, sono riscaldate ad alta temperatura, dovrebbero essere immediatamente fuse in goccioline di ferro fuso. Gocce di metallo fuso si trasformano in innumerevoli particelle fini sotto l'influenza di esse simultaneamente alla fusione, e si formano in uno stato di spruzzo, simile alla precipitazione, e vengono inviate a uno strato fortemente basico di scoria 24, che è stato forzatamente formato sotto gli elettrodi 1 per passare attraverso lo stesso.
In questo caso, la dimensione delle particelle dei materiali di partenza 23 dovrebbe essere abbastanza piccola per la capacità di calore elettrico, come descritto sopra. Per quanto riguarda lo strato di scorie 24, funziona non solo come filtro di gocce di metallo fuso, ma anche come controllo o arresto per le gocce immediatamente dopo che sono state ricevute da un arco e viene filtrato e ne impedisce il contatto con le materie prime. A tal fine, lo strato di scorie 24 è formato in modo da coprire l'intero spazio rispetto all'estremità inferiore degli elettrodi 1, le parti periferiche o le parti di bordo dello strato di scorie essendo ruotate verso l'alto per formare un contenitore per il vassoio, come mostrato in FIG. disegno.
5. Il riscaldamento simultaneo del foro del rubinetto con ghisa liquida e la fornitura di ossigeno alla ghisa assicurano il trasferimento simultaneo di calore dalla ghisa al rivestimento e aumentano la temperatura della ghisa a causa dell'ossidazione degli elementi, a seguito della quale la temperatura della ghisa viene mantenuta costantemente alta.
6. L'erogazione di ossigeno attraverso la tubazione allo spazio di pre-uscita consente all'ossigeno di essere erogato nel luogo più vulnerabile dal punto di vista della formazione di calore e aumentare la temperatura della ghisa lì. Nel caso in cui nello spazio pre-lancio si sia comunque verificata la formazione di un'infusione sotto forma di un metallo semi-solidificato, l'apporto di ossigeno a questa zona contribuisce alla "combustione" dei canali in essa contenuti per lo scarico del metallo attraverso la tacca. Successivamente, con la modalità di fusione allo stato stazionario, il formato si dissolve brutalmente nel metallo.
Un esempio La fusione è stata effettuata in una cupola sperimentale con un salvadanaio con una capacità di 0,5 t / h. Il diametro dell'albero della cupola è di 0,5 m, il diametro del salvadanaio è di 0,5 m Dopo averlo riscaldato, sono stati caricati nella cupola 280 kg di carica: 60% di ghisa, 40% di rottame di ghisa. Composizione in ghisa: 4,1% C, 1,5% Si, 1% Mn. Il volume di ghisa ottenuta è 0,04 m 3. L'altezza del suo livello nel salvadanaio è di 230 mm (per tutta l'altezza del mattone volante). La ghisa è stata soffiata attraverso il tubo nella porta del salvadanaio con ossigeno dal cilindro per 2,0 minuti. Dopo 5 minuti, la ghisa è stata rilasciata dal salvadanaio. La temperatura della termocoppia ad immersione è di 1475 ° C. La successiva fusione ha avuto luogo senza "congelamento" della tacca. Un'ispezione sulla cupola di produzione ha confermato i risultati.
Il confronto della presente invenzione con il prototipo ha permesso di stabilire che le caratteristiche distintive sono: riscaldamento delle tacche di ghisa con spurgo simultaneo di ossigeno, composizione ottimale della ghisa, volume ottimale, fornitura di ossigeno nello spazio di pre-uscita. Non sono state trovate soluzioni tecniche con le caratteristiche elencate nella letteratura scientifica, tecnica e brevettuale, il che indica una novità significativa dell'invenzione.
Pertanto, la presente invenzione ha una novità significativa e un effetto positivo. Secondo l'invenzione, la documentazione tecnologica è sviluppata per l'implementazione nell'impianto di compressione di Penza. L'invenzione troverà applicazione in cupole e altri forni metallurgici.
Un metodo di fusione della ghisa in una cupola, incluso il caricamento della miscela, la fusione, il surriscaldamento della ghisa, l'accumulo in un salvadanaio e il rilascio di un salvadanaio attraverso una tacca di metallo in un mestolo, caratterizzato dal fatto che per garantire il riscaldamento di un annaffiatoio di metallo può principalmente durante il periodo di fusione iniziale prima dell'accumulo di ghisa nel salvadanaio il salvadanaio è pre-riempito con ferro fuso contenente 3,4 - 4,4% C, 0,9 - 2,2% Si, 0,4 - 2% Mn, con un volume pari a dove d to è il diametro del salvadanaio, m, contemporaneamente al riempimento del salvadanaio con ghisa, l'ossigeno gli viene fornito attraverso la tubazione nello spazio di pre-immagazzinamento del salvadanaio.
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Il nostro tempo non era proprio chiamato: il secolo dell'atomo, dello spazio, della plastica, dell'elettronica, dei compositi, ecc. Ecc. In effetti, il nostro secolo è ancora ferro - le sue leghe costituiscono ancora il nucleo della tecnologia; il resto, sebbene molto potente, ma la periferia. Il percorso del ferro nelle costruzioni, nei prodotti e nelle strutture inizia con la fusione del ferro dal minerale in un altoforno.
Nota: Non ci sono quasi minerali ricchi di ferro, subito dopo l'estrazione adatti alla fusione. Gli attuali altiforni funzionano con sinterizzazione e pellet arricchiti. Più avanti nel testo, il minerale si riferisce proprio a tale materia prima per la metallurgia ferrosa.
Un moderno altoforno (altoforno) è una grandiosa struttura alta fino a 40 m, che pesa fino a 35.000 tonnellate e un volume di lavoro fino a 5500 metri cubi. m, emettendo in un unico calore fino a 6000 tonnellate di ghisa. Fornisce il funzionamento di una fornace che ospita una serie di sistemi e assiemi che coprono un'area di decine e centinaia di ettari. Tutta questa economia sembra impressionante e in un arresto con un altoforno brasato in una giornata nuvolosa, e nel lavoro è semplicemente incantevole. Anche il rilascio di ghisa da un altoforno è uno spettacolo spettacolare, sebbene nei moderni altiforni non assomigli più a un quadro dell'inferno di Dante.
Principio di base
Il principio di funzionamento dell'altoforno è la continuità del processo metallurgico per l'intera vita del forno fino alla successiva revisione generale, che viene eseguita ogni 3-12 anni; La durata complessiva di un altoforno può superare i 100 anni. Altoforno: dall'alto viene periodicamente immerso in lotti (parti superiori) della miscela dal minerale con flusso di calcare e coke, e il ferro fuso viene periodicamente rilasciato dal basso e la scoria fusa viene drenata, cioè una colonna di materie prime nell'altoforno si deposita gradualmente, trasformandosi in ghisa e scorie, ed è costruita dall'alto. Tuttavia, il percorso della metallurgia ferrosa verso questo schema apparentemente semplice è stato lungo e difficile.
La storia
L'età del ferro fu sostituita dall'età del bronzo principalmente a causa della disponibilità di materie prime. Il ferro grezzo era molto inferiore al bronzo in tutto il resto, inclusi lavoro e costi; quest'ultimo, tuttavia, durante il periodo di schiavitù, poche persone si preoccuparono. Ma il minerale di palude, che è quasi puro idrossido di ferro, o ricco minerale di ferro di montagna, si può trovare ovunque nell'antichità, a differenza dei depositi di rame e, soprattutto, di stagno, necessari per ottenere il bronzo.
A giudicare dai dati archeologici, il primo ferro proveniente da materie prime minerali è stato ottenuto per caso quando il minerale sbagliato è stato caricato in una fonderia. Quando si scavano le fonderie più antiche vicino alle fornaci, a volte si trovano pezzi di grido di ferro chiaramente lanciati (vedi sotto). La scarsità di materie prime ci ha fatto guardare più da vicino, beh, e gli antichi pensavano, in generale, non peggio di noi.
Inizialmente, il ferro veniva ottenuto dal minerale dal cosiddetto. in modo schifoso in un forno a lotti (non un altoforno!). La riduzione di Fe dagli ossidi in questo caso si è verificata a causa del combustibile di carbonio (carbone). La temperatura della casa non ha raggiunto il punto di fusione del ferro a 1535 gradi Celsius e, a seguito del processo di recupero in casa, è stata confermata la massa di ferro spugnoso sovrasaturata con carbonio - il creep -. Per estrarre il cricket, la domnica doveva essere rotta, e quindi il cricket fu compattato e letteralmente espulso da esso in eccesso di carbonio, lungo, duro e testardamente martellandolo con un martello pesante. Dal punto di vista del tempo, i vantaggi del processo del formaggio crudo erano la capacità di produrre il sale in una fornace molto piccola e l'alta qualità del ferro critico: è più forte della ghisa ed è difficile da arrugginire. Come ottenere ferro in modo crudo, guarda il video qui sotto.
Video: fusione del ferro in modo crudo
La Cina è stata la prima, molto prima degli altri paesi, a passare dalla schiavitù al feudalesimo. Il lavoro degli schiavi in \u200b\u200bproduzione cessò di essere applicato lì e iniziarono a svilupparsi rapporti merce-denaro, anche quando l'antica Roma era saldamente in Occidente. Il processo del formaggio crudo divenne immediatamente non redditizio, ma non era più possibile tornare al bronzo, semplicemente non sarebbe bastato. Il ruolo del flusso nel facilitare la fusione dal minerale di metallo era noto fin dall'età del bronzo, per sciogliere il ferro era necessario solo aumentare la spinta, e i cinesi con tentativi ed errori nel IV secolo. n. e. imparato a costruire altiforni con soffietto sovralimentato azionato da una ruota idraulica, a sinistra in fig.
Ad un design identico nella seconda metà del XV secolo. I tedeschi arrivarono, a destra in fig. È completamente autonomo: gli storici tracciano una serie continua di miglioramenti dalla governante agli sposi e ai blauofen fino all'altoforno. La cosa principale che i metallurgisti tedeschi hanno contribuito alla metallurgia ferrosa è stata la combustione del carbone di alta qualità nel coke, che ha notevolmente ridotto il costo del carburante per l'altoforno.
Il terribile nemico del processo di dominio originale era il cosiddetto. kozlenie, quando a causa di una violazione del regime di sabbiatura o di una mancanza di carbonio nella carica, una capra "sbarcò" nella fornace, cioè la miscela è stata sinterizzata in una massa continua. Per estrarre la capra, l'altoforno doveva essere rotto. Un esempio storico significativo è indicativo.
Gli allevatori di Urali Demidov, come è noto, erano famosi per la loro crudeltà e il trattamento disumano dei lavoratori, soprattutto perché c'erano molti di coloro che erano "non atterranti", servi fuggitivi e disertori. "Lavoratori" una volta completamente induriti, e presentarono all'impiegato le loro richieste, devo dire, abbastanza modeste. Secondo la tradizione di Demidov, li ha letteralmente inviati in russo. Quindi i lavoratori hanno minacciato: "Dai, vieni qui, mettiamo una capra nella stufa!" L'impiegato si allungò, impallidì, sul suo cavallo e - al galoppo. In meno di un'ora (al momento del trasporto trainato da cavalli - istantaneamente), lo "stesso" in volo galoppava su un cavallo in volo, e in movimento: "Fratelli, perché siete? Bene, cosa sto facendo? ”I lavoratori hanno ripetuto le richieste. Il proprietario, in senso figurato, si sedette, disse "Ku!" E immediatamente ordinò all'impiegato di fare tutto accuratamente.
Fino al 19 ° secolo Gli altiforni erano in realtà formaggi crudi: l'aria atmosferica che non era riscaldata e non arricchita con ossigeno veniva soffiata in essi. Nel 1829, l'inglese J. B. Nilson cercò di riscaldare l'aria soffiata a soli 150 gradi (avendo precedentemente brevettato il suo riscaldatore ad aria nel 1828). Nel 1857, anche l'inglese E. A. Cowper (Cowper) inventò i generatori d'aria calda rigenerativi, successivamente nominati in suo onore come Cowpers. Nei dispositivi di raffreddamento, l'aria è stata riscaldata a 1100-1200 gradi a causa del post-combustione dei gas dell'altoforno di scarico. Il consumo di coke è diminuito di altre 1,3-1,4 volte e, il che è anche molto importante, l'altoforno con kooper non era soggetto a indurimento: quando mostrava segni, che si verificavano molto raramente con violazioni molto gravi del processo, c'era sempre tempo per gonfiare il forno. Inoltre, nei dispositivi di raffreddamento, a causa della decomposizione parziale del vapore acqueo, l'aria di aspirazione è stata arricchita con ossigeno fino al 23-24% rispetto al 21% nell'atmosfera. Con l'introduzione degli altiforni Cooper, i processi nell'altoforno hanno raggiunto la perfezione dal punto di vista della termochimica.
Il gas di altoforno divenne immediatamente una preziosa materia prima secondaria; quindi non hanno pensato all'ecologia. Per non sprecarlo, l'altoforno fu presto integrato con un altoforno (vedi sotto), che consentiva di caricare la carica e il coke senza rilasciare gas di altoforno nell'atmosfera. Su questo, l'evoluzione dell'altoforno sostanzialmente finì; il suo ulteriore sviluppo ha seguito importanti miglioramenti, ma particolari, migliorando gli indicatori tecnici ed economici e quindi quelli ambientali.
Processo di dominio
Lo schema generale di un altoforno con sistemi di servizio è riportato in Fig. La Fonderia è un'affiliazione di piccoli altiforni che producono principalmente ghisa. I grandi altiforni producono oltre l'80% di ghisa, che la ghisa prende immediatamente dal luogo della fusione al convertitore, al focolare aperto o alle fonderie elettriche per la conversione in acciaio. Dalla ghisa, gli stampi vengono fusi in stampi di terra, di norma, lingotti - lingotti - che vengono inviati ai produttori di metalli, dove vengono fusi per la fusione in prodotti e parti in forni a cupola. La ghisa e le scorie sono tradizionalmente prodotte attraverso aperture separate - tacche, ma gli altiforni di una nuova costruzione sono sempre più dotati di una tacca comune, suddivisa in ghisa e stufa resistente al calore delle scorie.
Nota: i suini di ferro grezzo senza carbonio in eccesso ottenuto dalla ghisa e destinati alla conversione in acciaio strutturale o speciale di alta qualità (dalla seconda alla quarta ridistribuzione) sono chiamati lastre. In metallurgia, la terminologia professionale è sviluppata non meno dettagliata e accurata rispetto all'industria marittima.
Al momento sembra che non ci siano riserve di carbone e forni da coke negli altiforni. Il moderno altoforno funziona con coke importato. Il gas di cokeria è un micidiale assassino velenoso di ecologia, ma è anche la materia prima chimica più preziosa che deve essere utilizzata immediatamente, ancora calda. Pertanto, la produzione di coke di sottoprodotti si è distinta da tempo come un'industria separata e il trasporto di coke ai metallurgisti. Che, per inciso, garantisce la stabilità della sua qualità.
Come funziona l'altoforno
Una condizione indispensabile per il buon funzionamento di un altoforno è un eccesso di carbonio in esso durante l'intero processo di altoforno. Termochimica (evidenziata in rosso) e schema tecnico ed economico del processo di dominio, vedi fig. Si verifica la fusione della ghisa in un altoforno. modo. Un nuovo altoforno o ricostruito dopo un'importante revisione della 3a categoria (vedi sotto) viene riempito con materiali e acceso con gas; viene riscaldato anche uno dei dispositivi di raffreddamento (vedere di seguito). Quindi l'aria inizia a soffiare. La combustione del coke aumenta immediatamente, aumentando la temperatura nell'altoforno, inizia la decomposizione del flusso con il rilascio di anidride carbonica. Il suo eccesso nell'atmosfera del forno con una quantità sufficiente di aria soffiata non consente al coke di bruciarsi completamente e il monossido di carbonio, il monossido di carbonio, si forma in grandi quantità. In questo caso, non è un veleno, ma un energico agente riducente che prende avidamente ossigeno dagli ossidi di ferro che formano il minerale. La riduzione del ferro con un monossido gassoso, invece di un carbonio libero solido meno attivo, è la differenza fondamentale tra un altoforno e una domnica.
Mentre il coke brucia e il flusso si interrompe, una colonna di materiali nell'altoforno si deposita. In generale, un altoforno è costituito da due coni tronchi costituiti da basi, vedi sotto. Quello superiore è una miniera di un altoforno, in cui il ferro proveniente da vari ossidi e idrossidi è ridotto a monossido di ferro FeO. La parte più ampia dell'altoforno (il luogo in cui le basi dei coni sono accoppiati) è chiamata cottura a vapore (cottura a vapore, cottura a vapore - errata). All'altezza del carico, la sedimentazione del carico rallenta e il ferro viene ridotto da FeO a Fe puro, che viene rilasciato in goccioline e scorre nella fornace. Il minerale come veniva cotto a vapore, sudava di ferro fuso, ecco perché il nome.
Nota: il tempo di passaggio della carica successiva nell'altoforno dalla cima della miniera allo scioglimento nella fornace va da 3 a 20 o più giorni, a seconda delle dimensioni dell'altoforno.
La temperatura nell'altoforno all'interno della colonna di carico sale da 200-250 gradi sotto la sommità a 1850-2000 gradi al centro. Il ferro ridotto, che scorre verso il basso, entra in contatto con il carbonio libero ed è saturo di esso a tali temperature. Il contenuto di carbonio nella ghisa supera l'1,7%, ma è impossibile batterlo, come se dalla critsa, dalla ghisa. Pertanto, la ghisa ottenuta da un altoforno viene immediatamente rimossa in modo da non spendere soldi e risorse per la sua rifusione, viene rimossa con liquido per la prima ridistribuzione in acciaio strutturale normale o lastre e un altoforno, di regola (alti e grandi altoforni, è esclusivo), opera come parte di un impianto metallurgico .
Costruzione dell'altoforno
Il disegno dell'altoforno come struttura è dato in Figura:
L'intero altoforno è assemblato in una cassa d'acciaio con uno spessore della parete di 40 mm. Nel moncone resistente al calore dell'altoforno (seminterrato, testa, cima della fondazione sotterranea), viene murata un'orata (sotto) del focolare cilindrico. Il rivestimento del focolare raggiunge uno spessore di 1,3-1,8 m ed è eterogeneo: la zona assiale del pallone è rivestita con mattoni ad alto contenuto di allumina, calore scarsamente conduttivo, e i lati con materiali grafitizzati che hanno una conducibilità termica abbastanza elevata. Ciò è necessario perché la termochimica della fusione nella fornace non si è ancora "calmata" e c'è un certo eccesso di calore rilasciato contro le perdite di raffreddamento. Se non lo porti di lato, su un moncone resistente al calore, la struttura dell'altoforno richiederà un'altra riparazione di uno scarico più elevato (vedi sotto).
La parte in espansione dell'altoforno - le spalle - è rivestita con blocchi di grafite già di ca. 800 mm; lo stesso rivestimento della chamotte dello stesso spessore. Fireclay, come il rivestimento di una fucina con le spalle, non è bagnato dalle scorie fuse, ma più vicino a quest'ultimo nella composizione chimica. Cioè, l'altoforno in funzione cresce troppo di fuliggine e mantiene meglio il profilo interno, il che semplifica e riduce il costo delle riparazioni regolari.
Il corno e le spalle lavorano nelle condizioni più difficili, i carichi in eccesso sono pericolosi per loro, quindi l'albero dell'altoforno poggia con le sue spalle (estensione a forma di anello) su un forte anello d'acciaio - un marinaio - appoggiato su colonne d'acciaio murate in un moncone. Pertanto, i carichi di peso della fucina con spalle e alberi vengono trasferiti separatamente alla base dell'altoforno. L'aria calda proveniente dai dispositivi di raffreddamento viene soffiata nell'altoforno da un collettore tubolare anulare con isolamento termico attraverso dispositivi speciali: i tuoi, vedi sotto. Un tuyere in un altoforno varia da 4 a 36 (in altiforni per 8000-10 000 tonnellate di carica e 5-6 mila tonnellate di ghisa al giorno).
Scarichi di riparazione
Lo stato attuale dell'altoforno è determinato dalla composizione chimica di ghisa e scorie. Se il contenuto di impurità si avvicina al limite, viene assegnata una riparazione dell'altoforno della 1a categoria. Le colate vengono rilasciate dal focolare, i jammer vengono eliminati (vedi sotto) e l'altoforno viene lasciato senza fiato, con una temperatura all'interno del focolare di 600-800 gradi. La riparazione della 1a categoria comprende l'ispezione visiva, la revisione delle condizioni meccaniche, la misurazione del profilo del forno e i campioni di rivestimento per l'analisi chimica. Una volta, le persone in speciali tute protettive con dispositivi di respirazione autonomi hanno esaminato l'altoforno con un piccolo respiro, ora questo viene fatto da remoto. Dopo aver riparato la 1a categoria, l'altoforno può essere riavviato senza accensione.
Il risultato della riparazione di 1a categoria è il più delle volte (a meno che il minerale cattivo, il flusso e / o il coke difettoso non vengano fatti esplodere) viene assegnata la riparazione di 2a categoria, durante la quale il rivestimento viene raffinato. Il trasferimento parziale o completo, il raddrizzamento o la sostituzione dell'apparato superiore vengono effettuati nell'ordine di riparazione della terza categoria. Di norma, è dedicato alla ricostruzione tecnica dell'impresa, come Richiede un arresto completo, un raffreddamento del forno e quindi il suo riavvio, accensione e riavvio.
Sistemi e apparecchiature
Il dispositivo di altoforno di tipo moderno include dozzine di sistemi ausiliari controllati da potenti computer. I metallurgisti dei nostri giorni indossano ancora caschi con occhiali scuri, ma si siedono in cabine con aria condizionata sul telecomando con display. Tuttavia, i principi di funzionamento dei principali sistemi e dispositivi che garantiscono il funzionamento dell'altoforno sono rimasti gli stessi.
Cowper
Aerotermo Kauper (vedi fig.) - un dispositivo ciclico. Inizialmente, il rigeneratore di ugelli in materiale resistente al calore e resistente al calore viene riscaldato bruciando gas di altoforno. Quando la temperatura dell'ugello raggiunge ca. 1200 gradi, Cowper passa al soffiaggio: l'aria esterna attraverso di essa viene convogliata nell'altoforno in controcorrente. L'ugello si è raffreddato a 800-900 gradi: l'interruttore Cowper si riscalda di nuovo.
Poiché è necessario soffiare continuamente nell'altoforno, devono esserci almeno 2 refrigeratori, ma devono essere costruiti almeno 3, con un margine per gli incidenti e le riparazioni. Per altiforni di grandi dimensioni, super-grandi e giganti, i dispositivi di raffreddamento della batteria sono costruiti da 4-6 sezioni.
Altoforno
Questa è la parte più importante dell'altoforno, soprattutto alla luce delle attuali esigenze ambientali. Il dispositivo superiore dell'altoforno è mostrato in Fig. a destra; Rappresenta 3 persiane a gas ad azione coordinata. Il ciclo del suo lavoro è il seguente:
- stato iniziale: il cono superiore è sollevato, blocca l'uscita nell'atmosfera. Le finestre nella parte inferiore dell'imbuto rotante cadono su una partizione orizzontale e sono chiuse. Il cono inferiore viene omesso, fornisce l'uscita dei gas dell'altoforno alla ventola di scarico e ulteriormente nel ciclone;
- lo skip (vedi sotto) si capovolge e scarica la parte superiore dei materiali nell'imbuto ricevente;
- un imbuto rotante con finestre nella parte inferiore ruota e salta il caricamento su un cono piccolo;
- un imbuto rotante ritorna al suo stato originale (le finestre sono chiuse da una partizione);
- un grosso cono si alza, tagliando i gas dell'altoforno;
- il cono piccolo cade, saltando il caricamento nello spazio inter-cono;
- il cono piccolo si alza, bloccando ulteriormente l'uscita per l'atmosfera;
- un grande cono viene abbassato al suo stato originale, liberando un carico nell'altoforno della miniera.
Pertanto, i materiali nel vano del forno giacciono in strati convessi verso il basso e concavi dall'alto. Ciò è assolutamente necessario per il normale funzionamento dell'altoforno, quindi l'otturatore inferiore (grande) è sempre conico inverso. La parte superiore può essere di un design diverso.
saltare
Salta, dall'inglese. - secchio, paletta, bocca aperta. Kolosha (con il francese) - una manciata, un secchio, una paletta. A proposito, le galosce vengono da qui. Gli altiforni sono forniti principalmente con sollevatori di materiale da saltare. Il salto dell'altoforno (a destra nella figura) raccoglie una galosa di materiale dalla buca di salto, si alza con un meccanismo speciale lungo il cavalcavia inclinato (a sinistra nella figura), si capovolge nel forno superiore e ritorna.
Lance e fori per rubinetti
La lancia dell'altoforno tuyere è mostrata a sinistra nella figura, una tacca in ghisa al centro e una scoria a destra:
L'ugello tuyere è diretto al cuore del processo dell'altoforno; è conveniente controllare visivamente il suo corso attraverso di esso, per il quale un condotto con vetro resistente al calore è disposto sul condotto della lancia. La pressione dell'aria all'uscita dell'ugello della lancia è 2-2,5 ati (2,1-2,625 MPa al di sopra dell'atmosfera) Dopo il rilascio della fusione, i fermi vengono sigillati con una massa di argilla resistente al calore. In precedenza, per questo, hanno sparato un nucleo di argilla di plastica da una pistola speciale per questo. Oggi i sigilli sono sigillati con una pistola elettrica controllata a distanza (il nome è un omaggio alla tradizione), che si avvicina alla riva del mare. Ciò ha notevolmente ridotto il tasso di incidenti, il rischio di infortuni e il rispetto ambientale del processo di altoforno.
Fai da te?
L'industria siderurgica è un'attività altamente redditizia. Sai che l '"aumento" su di esso è parecchie volte superiore a quello dell'estrazione dell'oro? Pensi che rimangano pochi petrolio e gas? No, al ritmo attuale dei consumi e alla completa abbandono dell'ambiente, dureranno altri 120-150 anni. Ma il minerale di ferro è a soli 30 anni di distanza, quindi è possibile stabilire una produzione metallurgica nel tuo cortile?
Merce a scopo di lucro - in nessun modo. Innanzitutto, dimentica le autorizzazioni e pensaci. L'industria siderurgica è forse la principale minaccia per l'ambiente. Un singolo imprenditore e un individuo non sono autorizzati a lei da nessuna parte, per eventuali tangenti, e le sanzioni per le violazioni sono dure.
Il secondo è materie prime. Depositi di minerale ricco, che possono essere immediatamente caricati in un altoforno, ne sono già rimasti 2 al mondo: in Australia e in Brasile. Le scorte industriali di minerale di palude sono esaurite nell'antichità e per ripristinarle sono necessarie molte migliaia di anni. Non ci sono e non ci saranno agglomerati e pellet in vendita.
In generale, la metallurgia ferrosa privata è assolutamente irrealistica per il mercato ora. Prova a stampare meglio su una stampante 3D. Una cosa promettente, nel tempo, la stampa 3D, se non sostituisce completamente la metallurgia, la forzerà sicuramente in piccole nicchie, dove il metallo non può essere eliminato. Per l'ambiente, ciò equivarrà a una riduzione del consumo di idrocarburi di almeno 7-9 volte.
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