Это хорошая статья. Для получения дополнительной информации нажмите здесь.
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Бывшая доменная печь в Порт-оф-Сагунт, Валенсия, Испания.

Доменной печи является одним из видов металлургической печи используются для плавки для производства промышленных металлов, как правило чугуна , но и другие , такие как свинец или медь . Взрыв относится к сгорания воздуха, «принудительным» или подаваемой под давлением выше атмосферного. [1]

В доменной печи топливо ( кокс ), руда и флюс ( известняк ) непрерывно подают через верхнюю часть печи, в то время как горячий дутьевой воздух (иногда с обогащением кислородом ) вдувается в нижнюю часть печи через ряд труб, называемых фурмами , так что химические реакции происходят по всей печи по мере того, как материал падает вниз. Конечными продуктами обычно являются расплавленный металл и шлак.фазы, отводимые снизу, и отходящие газы (дымовой газ), выходящие из верхней части печи. Нисходящий поток руды вместе с флюсом в контакте с восходящим потоком горячих, богатых монооксидом углерода продуктов сгорания представляет собой противоточный обмен и процесс химической реакции. [2]

Напротив, воздушные печи (такие как отражательные печи ) имеют естественную аспирацию, обычно за счет конвекции горячих газов в дымоходе. В соответствии с этим широким определением, bloomeries для железа, дуя дома для олова и корюшка станов для свинца будет классифицироваться как доменные печи. Однако этот термин обычно ограничивается теми, которые используются для плавки железной руды с целью производства передельного чугуна , промежуточного материала, используемого при производстве товарного чугуна и стали , и шахтных печей, используемых в сочетании с агломерационными установками при плавке цветных металлов .[3] [4]

Технологии и химия [ править ]

Доменные печи Тршинецкого металлургического комбината , Чехия

Доменные печи работают по принципу химического восстановления, в соответствии с которым окись углерода, имеющая более сильное сродство к кислороду в железной руде, чем железо, восстанавливает железо до его элементарной формы. Доменные печи отличаются от блюмеров и отражательных печей тем, что в доменной печи дымовой газ находится в прямом контакте с рудой и железом, позволяя окиси углерода диффундировать в руду и восстанавливать оксид железа до элементарного железа, смешанного с углеродом. Доменная печь работает как противоточный процесс обмена, тогда как кривая - нет. Еще одно отличие заключается в том, что блюмеры работают в периодическом режиме, в то время как доменные печи работают непрерывно в течение длительного времени, поскольку их сложно запускать и останавливать. (Видеть:Непрерывное производство ) Кроме того, углерод в передельном чугуне снижает температуру плавления ниже, чем у стали или чистого железа; в отличие от этого, в цветочном горшке железо не плавится.

Из чугуна необходимо удалить кремнезем . Он реагирует с оксидом кальция (обожженный известняк) и образует силикат, который всплывает на поверхность расплавленного чугуна в виде «шлака». Исторически сложилось так, что для предотвращения загрязнения серой железо лучшего качества производилось из древесного угля.

Нисходящий столб руды, флюса, кокса или древесного угля и продуктов реакции должен быть достаточно пористым, чтобы дымовой газ мог проходить через него. Это требует, чтобы кокс или древесный уголь были достаточно крупными, чтобы они были проницаемыми, что означает, что не может быть избытка мелких частиц. Следовательно, кокс должен быть достаточно прочным, чтобы его не раздавил вес материала над ним. Помимо физической прочности кокса, в нем также должно быть низкое содержание серы, фосфора и золы. Это требует использования металлургического угля, который является премиальным сортом из-за его относительной редкости.

Основная химическая реакция с образованием расплавленного чугуна:

Fe 2 O 3 + 3CO → 2Fe + 3CO 2 [5]

Эту реакцию можно разделить на несколько стадий, первая из которых заключается в том, что предварительно нагретый воздух, вдуваемый в печь, вступает в реакцию с углеродом в виде кокса с образованием моноксида углерода и тепла:

2 C (т) + O 2 (г) → 2 CO (г) [6]

Горячий монооксид углерода является восстановителем для железной руды и реагирует с оксидом железа с образованием расплавленного железа и диоксида углерода . В зависимости от температуры в различных частях печи (самые теплые внизу) железо восстанавливается в несколько этапов. Вверху, где температура обычно находится в диапазоне от 200 ° C до 700 ° C, оксид железа частично восстанавливается до оксида железа (II, III), Fe 3 O 4 .

3 Fe 2 O 3 (тв.) + CO (г) → 2 Fe 3 O 4 (тв.) + CO 2 (г) [6]

При температуре около 850 ° C ниже в печи железо (II, III) восстанавливается до оксида железа (II):

Fe 3 O 4 (тв.) + CO (г) → 3 FeO (тв.) + CO 2 (г) [6]

Горячий диоксид углерода, непрореагировавший монооксид углерода и азот из воздуха проходят через печь, когда свежий исходный материал спускается в зону реакции. По мере того, как материал движется вниз, противоточные газы как предварительно нагревают загрузку, так и разлагают известняк на оксид кальция и диоксид углерода:

СаСО 3 (тв) → СаО (тв) + СО 2 (г) [6]

Оксид кальция, образующийся при разложении, реагирует с различными кислотными примесями в железе (особенно с кремнеземом ) с образованием фаялитового шлака, который по существу представляет собой силикат кальция , Ca Si O.
3: [5]

SiO 2 + CaO → CaSiO 3 [7] [ необходим лучший источник ]

По мере того, как оксид железа (II) перемещается в область с более высокими температурами, достигающими 1200 ° C, он далее восстанавливается до металлического железа:

FeO (т) + CO (г) → Fe (т) + CO 2 (г) [6]

Диоксид углерода, образующийся в этом процессе, восстанавливается коксом до монооксида углерода :

C (т) + CO 2 (г) → 2 CO (г) [6]

Зависимое от температуры равновесие, контролирующее газовую атмосферу в печи, называется реакцией Будуара :

2CO ⇌ CO 2 + C

« Чугун в чушках », производимый доменной печью, имеет относительно высокое содержание углерода, около 4–5%, и обычно содержит слишком много серы, что делает его очень хрупким и имеющим ограниченное непосредственное коммерческое использование. Некоторое количество чугуна используется для производства чугуна . Большая часть передельного чугуна, производимого в доменных печах, подвергается дальнейшей переработке с целью снижения содержания углерода и серы и производства различных марок стали, используемой для производства строительных материалов, автомобилей, кораблей и машин. Десульфурация обычно происходит во время транспортировки жидкой стали на сталелитейный завод. Это делается путем добавления оксида кальция , который реагирует с сульфидом железа, содержащимся в чушках, с образованием сульфида кальция (называемогообессеривание извести ). [8] На следующем технологическом этапе, так называемом производстве стали с кислородным покрытием , углерод окисляется путем продувки кислородом жидкого чугуна с образованием сырой стали .

Хотя эффективность доменных печей постоянно повышается, химический процесс внутри доменной печи остается прежним. По данным Американского института чугуна и стали : «Доменные печи доживут до следующего тысячелетия, потому что более крупные и эффективные печи могут производить чугун по ценам, конкурентоспособным по сравнению с другими технологиями производства чугуна». [9] Одним из самых больших недостатков доменных печей является неизбежное производство углекислого газа, так как железо восстанавливается из оксидов железа углеродом, и по состоянию на 2016 год не было экономичной замены - сталелитейное производство является одним из крупнейших промышленных источников выбросов CO 2. выбросы в мире (см. парниковые газы ).

Набор вызова по выбросам парниковых газов в доменной печи рассматривается в текущей европейской программе под названием ULCOS (Ultra Low CO 2 сталеплавильных ). [10] Было предложено и детально исследовано несколько новых технологических маршрутов для снижения удельных выбросов ( CO
2на тонну стали) не менее чем на 50%. Некоторые полагаются на улавливание и дальнейшее хранение (CCS) CO.
2, в то время как другие выбирают обезуглероживание производства чугуна и стали, переходя на водород, электричество и биомассу. [11] В ближайшем будущем, технология, которая включает CCS в сам процесс доменной печи и называется доменной печью с переработкой верхнего газа, находится в стадии разработки, с расширением до доменной печи промышленного размера. Технология должна быть полностью продемонстрирована к концу 2010-х годов в соответствии с графиком, установленным, например, ЕС для значительного сокращения выбросов. Широкое внедрение может произойти с 2020 года. [ необходима цитата ]

История [ править ]

Иллюстрация сильфона печи, приводимого в движение водяными колесами , из Нонг Шу , Ван Чжэнь , 1313 год, во времена династии Юань в Китае
Китайская плавильная и доменная печь, Тяньгун Кайу , 1637 г.
Смотрите также: История черной металлургии.

Чугун был найден в Китае в 5 веке до нашей эры, но самые ранние доменные печи в Китае относятся к 1 веку нашей эры, а на западе - к высокому средневековью . [12] Они распространились из региона вокруг Намюра в Валлонии ( Бельгия ) в конце 15 века и были завезены в Англию в 1491 году. Топливо, которое использовалось в них, неизменно было древесным углем . Успешная замена кокса древесным углем широко приписывается английскому изобретателю Абрахаму Дарби в 1709 году. Эффективность процесса была дополнительно повышена за счет практики предварительного нагрева воздуха для горения ( горячего дутья).), запатентованный шотландским изобретателем Джеймсом Бомонтом Нейлсоном в 1828 году. [13]

Китай [ править ]

Смотрите также: История металлургии в Китае

Археологические данные показывают, что цветы появились в Китае около 800 г. до н.э. Первоначально считалось, что китайцы начали лить чугун с самого начала, но с тех пор эта теория была опровергнута открытием более десяти орудий для добычи железа, найденных в гробнице герцога Цзина Циньского (ум. 537 г. до н.э.). гробница которого находится в уезде Фэнсян , Шэньси (сегодня на этом месте существует музей). [14] Однако нет никаких свидетельств расцвета в Китае после появления доменной печи и чугуна. В Китае доменные печи производили чугун, который затем либо превращали в готовые орудия в вагранке, либо превращали в кованое железо в чистящем поде. [15]

Хотя чугунные сельскохозяйственные орудия и оружие были широко распространены в Китае к 5 веку до нашей эры, с 3 века и далее на чугуноплавильных заводах было занято более 200 человек, самые ранние доменные печи, построенные в 1 веке нашей эры, были приписаны династии Хань . [16] Эти ранние печи имели глиняные стены и использовали фосфорсодержащие минералы в качестве флюса . [17] Китайские доменные печи имели высоту от двух до десяти метров, в зависимости от региона. Самые большие из них были найдены в современных провинциях Сычуань и Гуандун , а «карликовые» доменные печи - в Дабиешане.. В строительстве они примерно одинакового уровня технологической сложности [18].

Эффективность китайского человека и лошади питания доменных печей была увеличена в этот период инженера Ду Ши , который применил силу (с 31 AD.) Водяных колес на поршень - сильфон в ковках чугуна. [19] Ранние поршневые поршневые машины с водяным приводом для работы доменных печей были построены в соответствии с конструкцией уже существующих поршневых поршневых машин с приводом от лошади. То есть круговое движение колеса, будь то приводимое в движение лошадью или водой, было передано посредством комбинации ременного привода , кривошипно-шатунного механизма , других шатунов и различных валов в необходимое возвратно-поступательное движение. управлять сильфоном. [20][21] Дональд Вагнер предполагает, что раннее производство доменных печей и чугуна развилось из печей, используемых для плавки бронзы. Конечно, железо было необходимо для военного успеха к тому времени, когда государство Цинь объединило Китай (221 г. до н.э.). Использование доменной печи и вагранки оставалось широко распространенным во времена династий Сун и Тан . [22] К XI векукитайская металлургическая промышленность династии Сун переключила ресурсы с древесного угля на кокс при литье чугуна и стали, избавив тысячи акров лесов от вырубки. Возможно, это произошло еще в 4 веке нашей эры. [23] [24]

Основным преимуществом первой доменной печи было крупномасштабное производство и более доступный для крестьян железный инвентарь. [25] Чугун более хрупкий, чем кованое железо или сталь, для производства которых требовалось дополнительное очищение, а затем цементация или совместная плавка, но для черных работ, таких как сельское хозяйство, этого было достаточно. Используя доменную печь, можно было производить большее количество инструментов, таких как лемехи, с большей эффективностью, чем кривая. В областях, где было важно качество, таких как война, предпочтение отдавалось кованому железу и стали. Почти все оружие периода Хань изготовлено из кованого железа или стали, за исключением топоров, многие из которых сделаны из чугуна. [26]

Доменные печи также позже использовались для производства порохового оружия, такого как чугунные снаряды для бомб и чугунные пушки во время династии Сун . [27]

Средневековая Европа [ править ]

Самая простая кузница, известная как корсиканская, использовалась еще до прихода христианства. Примеры улучшенных цветников - это Stückofen  [ fr ] [28] (иногда называемый волчьей печью [29] ), который оставался до начала 19 века. Вместо использования естественной тяги воздух закачивался с помощью тромпа , что приводило к более качественному чугуну и увеличению производительности. Эта закачка воздушного потока с помощью сильфонов называется холодным дутьем , и она увеличивает топливную эффективность блумера и увеличивает урожайность. Они также могут быть построены больше, чем цветы с естественной тягой.

Старейшие доменные печи Европы [ править ]

Первая доменная печь Германии, изображенная на миниатюре в Немецком музее

Самые старые из известных доменных печей на Западе были построены в Дюрстеле в Швейцарии , в Märkische Sauerland в Германии и в Лапфиттане в Швеции , где комплекс действовал между 1205 и 1300 годами. [30] В Нораскоге в шведском приходе Ярнбоос, там же также были обнаружены следы доменных печей, датируемых еще более ранним возрастом, возможно, около 1100 года. [31] Эти ранние доменные печи, как и китайские образцы, были очень неэффективными по сравнению с теми, что используются сегодня. Железо из комплекса Лапфитанга использовалось для изготовления шариков из кованого железа, известных как осмонды., и они были предметом международной торговли - возможное упоминание встречается в договоре с Новгородом от 1203 года и несколько определенных упоминаний в отчетах об английских обычаях 1250-х и 1320-х годов. Другие печи XIII-XV веков были обнаружены в Вестфалии . [32]

Технология, необходимая для доменных печей, могла быть либо передана из Китая, либо могла быть местной инновацией. Аль-Казвини в 13 веке и другие путешественники впоследствии отметили железную промышленность в горах Альбурз к югу от Каспийского моря . Это близко к шелковому пути , так что использование технологий, полученных из Китая, возможно. В более поздних описаниях упоминаются доменные печи высотой около трех метров. [33] Поскольку люди Варяжской Руси из Скандинавии вели торговлю с Каспийским морем (используя свой торговый путь через Волгу ), возможно, что таким образом технология достигла Швеции.[34] Шаг от обводки до настоящей домны невелик . Простое строительство печи большего размера и использование сильфона большего размера для увеличения объема дутья и, следовательно, количества кислорода неизбежно приводит к более высоким температурам, плавлению блюма в жидкий чугун и вытеканию чугуна из плавильных печей. Уже известно, что викинги использовали двойные сильфоны, которые значительно увеличивали объемный поток взрыва. [35]

Каспийский регион может также быть источником для конструкции печи при Ferriere , описанной Филарете , [36] с участием водяного сильфон в Semogo  [ это ] в Валдидентро в северной Италии в 1226 году в двухстадийном процессе. С помощью этого процесса расплавленное железо дважды в день выпускали в воду, тем самым гранулируя его. [37]

Вклад цистерцианцев [ править ]

Одним из средств распространения определенных технологических достижений в Европе стал генеральный капитул цистерцианских монахов. Это могло включать доменную печь, поскольку цистерцианцы, как известно, были опытными металлургами . [38] По словам Жана Гимпеля, их высокий уровень промышленных технологий способствовал распространению новых технологий: «В каждом монастыре была модельная фабрика, часто размером с церковь и всего в нескольких футах от нее, а гидроэнергетика приводила в движение машины различных отраслей промышленности. расположен на его этаже ". Месторождения железной руды часто передавались монахам вместе с кузницами для добычи железа, и со временем излишки стали предлагаться на продажу. Цистерцианцы стали ведущими производителями железа в Шампани., Франция, с середины 13-го по 17-й век [39] также использовали богатый фосфатом шлак из своих печей в качестве сельскохозяйственного удобрения. [40]

Археологи все еще открывают для себя масштабы цистерцианской технологии. [41] В Ласкилле , пригороде аббатства Риво и единственной средневековой доменной печи, идентифицированной до сих пор в Великобритании , шлак был с низким содержанием железа. [42] Шлак из других печей того времени содержал значительную концентрацию железа, в то время как Laskill, как полагают, производил чугун довольно эффективно. [42] [43] [44] Его дата пока не ясна, но, вероятно , не сохранились до Генри VIII «s Растворения скитов в конце 1530 - х, как соглашение (сразу же после этого) относительно„smythes“с тоГраф Ратленд в 1541 году относится к цветам. [45] Тем не менее, способы, которыми доменная печь распространилась в средневековой Европе, окончательно не определены.

Происхождение и распространение первых доменных печей нового времени [ править ]

Чертеж доменной печи XVIII века

В связи с повышенным спросом на железо для литья пушек доменная печь получила широкое распространение во Франции в середине 15 века. [46] [47]

Прямыми предками их, используемых во Франции и Англии, был регион Намюр на территории современной Валлонии (Бельгия). Оттуда они распространились первые в Pays - де - Брей на восточной границе Нормандии и оттуда к Пустоши в Сассексе , где первая печь ( так называемый Queenstock) в Buxted был построен примерно в 1491 году, а затем один в Ньюбридж в Ashdown Forest в 1496 году. Их осталось немного до 1530 года, но многие из них были построены в последующие десятилетия в Уэльде, где металлургическая промышленность, возможно, достигла своего пика около 1590 года. Большая часть чугуна из этих печей отправлялась в кузницы для отделки. изпруток из железа . [48]

Первые британские печи за пределами Уилда появились в 1550-х годах, и многие из них были построены в оставшейся части этого и последующих веков. Пик производства продукции, вероятно, пришелся на 1620 год, после чего наблюдался медленный спад до начала 18 века. Очевидно, это было связано с тем, что было выгоднее импортировать железо из Швеции и других стран, чем производить его в более удаленных британских местах. Древесный уголь, который был экономически доступен для промышленности, вероятно, потреблялся так же быстро, как древесина, чтобы заставить его расти. [49] Backbarrow доменная печь , построенная в Камбрии в 1711 была описана в качестве первого примера эффективного. [ кто? ]

Первая в России доменная печь открылась в 1637 году под Тулой и получила название Городищенского завода. Отсюда доменная печь распространилась на центральную часть России и, наконец, на Урал . [50]

Коксовые доменные печи [ править ]

Оригинальные доменные печи в Блистс-Хилл, Мэдли, Англия
Загрузка экспериментальной доменной печи, Лаборатория исследования фиксированного азота, Вашингтон, округ Колумбия, 1930 г.

В 1709 году в Коулбрукдейле в Шропшире, Англия, Абрахам Дарби начал заправлять доменную печь коксом вместо древесного угля . Первоначальным преимуществом кока-колы была его более низкая стоимость, главным образом потому, что для производства кокса требовалось гораздо меньше труда, чем для рубки деревьев и производства древесного угля, но использование кокса также позволило преодолеть локальную нехватку древесины, особенно в Великобритании и на континенте. Кокс металлургического качества будет иметь больший вес, чем древесный уголь, что позволяет использовать печи большего размера. [51] [52]Недостатком является то, что кокс содержит больше примесей, чем древесный уголь, причем сера особенно вредна для качества чугуна. Примеси кокса были более серьезной проблемой до того, как горячий дутье уменьшил необходимое количество кокса и до того, как температура печи стала достаточно высокой, чтобы шлак из известняка стал свободно текучим. (Известняк связывает серу. Марганец также может быть добавлен для связывания серы.) [53] : 123–125 [54] [55] [46] : 122–23

Изначально коксовый чугун использовался только для литейных работ, изготовления котлов и других изделий из чугуна. Литейное дело было второстепенной отраслью промышленности, но сын Дарби построил новую печь в соседнем Хорсэе и начал снабжать владельцев кузниц коксовым чугуном для производства пруткового чугуна. К этому времени производство коксового чугуна было дешевле, чем чугуна на древесном угле. Использование угольного топлива в черной металлургии стало ключевым фактором Британской промышленной революции . [56] [57] [58] Первоначальная доменная печь Дарби была раскопана археологами, и ее можно увидеть на месте в Коулбрукдейле, части ущелья Айронбридж.Музеи. Чугун из печи был использован для изготовления балок для первого в мире железного моста в 1779 году . Железный мост пересекает реку Северн в Коулбрукдейле и до сих пор используется для пешеходов.

Паровой взрыв [ править ]

Паровая машина применялась для подачи дутьевого воздуха, преодолевая нехватку воды в районах, где находились уголь и железная руда. Чугунный выдувной цилиндр был разработан в 1768 году для замены быстро изнашиваемых кожаных сильфонов. Паровая машина и чугунный выдувной цилиндр привели к значительному увеличению производства чугуна в Великобритании в конце 18 века. [46]

Горячий взрыв [ править ]

Горячий дуть был самым важным достижением в области топливной экономичности доменной печи и одной из важнейших технологий, разработанных во время промышленной революции . [59] [60] Горячий взрыв был запатентован Джеймс Beaumont Neilson на Wilsontown Ironworksв Шотландии в 1828 году. В течение нескольких лет после введения горячего дутья был разработан до такой степени, что потребление топлива было сокращено на одну треть при использовании кокса или на две трети при использовании угля, при этом мощность печи также была значительно увеличена. В течение нескольких десятилетий практика заключалась в том, чтобы иметь рядом с ней «печь» размером с печь, в которую направляли и сжигали отходящий газ (содержащий CO) из печи. Полученное тепло использовалось для предварительного нагрева воздуха, вдуваемого в печь. [61]

Горячий дутье позволил использовать в доменной печи необработанный антрацитовый уголь, который было трудно разжечь. Впервые антрацит был успешно опробован Джорджем Крейном на металлургическом заводе Инисседвин в Южном Уэльсе в 1837 году. [62] В 1839 году он был использован в Америке компанией Lehigh Crane Iron Company в Катасаукуа, штат Пенсильвания. кокс были произведены в 1870-х годах.

Современные печи [ править ]

Железные доменные печи [ править ]

Доменная печь остается важной частью современного производства чугуна. Современные печи очень эффективны, в том числе печи Cowper для предварительного нагрева дутьевого воздуха и системы рекуперации для извлечения тепла из горячих газов, выходящих из печи. Конкуренция в промышленности способствует увеличению объемов производства. Самая большая доменная печь в мире находится в Южной Корее, ее объем составляет около 6 000 м 3 (210 000 куб. Футов). Он может производить около 5 650 000 тонн (5 560 000 LT) железа в год. [63]

Это большое увеличение по сравнению с типичными печами 18-го века, которые в среднем составляли около 360 тонн (350 длинных тонн; 400 коротких тонн) в год. Варианты доменной печи, такие как шведская электрическая доменная печь, были разработаны в странах, которые не имеют природных ресурсов угля.

Свинцовые доменные печи [ править ]

Доменные печи в настоящее время редко используются при выплавке меди, но современные доменные печи для выплавки свинца намного короче доменных печей для выплавки железа и имеют прямоугольную форму. [64] Общая высота шахты составляет от 5 до 6 м. [65] Современные свинец доменные печи построены с использованием водоохлаждаемых медных или стальных куртки для стен, и не имеют огнеупорные футеровки в боковых стенках. [64] Основание печи является очагом огнеупорного материала (кирпича или огнеупорного огнеупора). [64] Свинцовые доменные печи часто имеют открытый верх, а не загрузочный колпак, используемый в доменных печах для железа. [66]

Доменная печь, используемая на свинцовом заводе Nyrstar Port Pirie, отличается от большинства других свинцовых доменных печей тем, что у нее есть двойной ряд фурм, а не один обычно используемый. [65] Нижняя шахта печи имеет форму стула, причем нижняя часть шахты уже верхней. [65] Нижний ряд фурм расположен в узкой части вала. [65] Это позволяет верхней части вала быть шире стандартной. [65]

Цинковые доменные печи (Императорские плавильные печи) [ править ]

Доменные печи, используемые в Imperial Smelting Process (ISP), были разработаны на основе стандартной доменной печи, работающей на свинце, но полностью герметичны. [67] Это связано с тем, что цинк, производимый в этих печах, извлекается в виде металла из паровой фазы, а присутствие кислорода в отходящих газах может привести к образованию оксида цинка. [67]

Доменные печи, используемые в ISP, работают более интенсивно, чем стандартные доменные печи, работающие на свинце, с более высокой скоростью дутья воздуха на м 2 площади пода и более высоким расходом кокса. [67]

Производство цинка с помощью ISP обходится дороже, чем с помощью заводов по производству электролитического цинка , поэтому в последние годы было закрыто несколько заводов, работающих по этой технологии. [68] Тем не менее, печи ISP имеют то преимущество, что они могут обрабатывать цинковые концентраты, содержащие более высокие уровни свинца, чем электролитические цинковые заводы. [67]

Современный процесс [ править ]

Доменная печь размещена в установке
  1. Железная руда + известняковый агломерат
  2. Кокс
  3. Лифт
  4. Вход сырья
  5. Слой кокса
  6. Слой агломерационных окатышей руды и известняка
  7. Горячий дутье (около 1200 ° C)
  8. Удаление шлака
  9. Выпуск жидкого чугуна
  10. Шлаковый котел
  11. Торпедная машина для чугуна
  12. Циклон для удаления твердых частиц
  13. Печи кауперы для горячего дутья
  14. Дымовая труба
  15. Подача воздуха для каменок Cowper (воздухоподогреватели)
  16. Каменный уголь
  17. Коксовая печь
  18. Кокс
  19. Спускной патрубок доменного газа
Схема доменной печи
  1. Горячий воздух от кауперовских печей
  2. Зона плавления ( чушь )
  3. Зона восстановления закиси железа ( бочка )
  4. Зона восстановления оксида железа ( стопка )
  5. Зона предварительного нагрева ( горло )
  6. Подача руды, известняка и кокса
  7. Выхлопные газы
  8. Колонна руды, кокса и известняка
  9. Удаление шлака
  10. Выпуск жидкого чугуна
  11. Сбор отработанных газов

Современные печи оборудованы множеством вспомогательных устройств для повышения эффективности, например складскими площадками для хранения руды, где выгружаются баржи. Сырье доставляется в складской комплекс рудными мостами или железнодорожными бункерами и вагонами-перегрузчиками . Рельсовые весы или весовые бункеры с компьютерным управлением взвешивают различное сырье для получения желаемого химического состава чугуна и шлака. Сырье доставляется в верхнюю часть доменной печи через тележку-скип, приводимую в движение лебедками или ленточными конвейерами. [9]

Есть разные способы загрузки сырья в доменную печь. В некоторых доменных печах используется система «двойных колпаков», в которой два «колокола» используются для контроля поступления сырья в доменную печь. Назначение двух колпаков - минимизировать потери горячих газов в доменной печи. Сначала сырье выгружается в верхний или маленький колпак, который затем открывается, чтобы вылить заряд в большой колпак. Затем маленький колпак закрывается, чтобы запечатать доменную печь, в то время как большой колпак вращается, чтобы обеспечить определенное распределение материалов перед выдачей шихты в доменную печь. [69] [70] Более поздняя разработка предполагает использование «бесшумной» системы. Эти системы используют несколько бункеров для хранения каждого сырья,который затем через клапаны сбрасывается в доменную печь.[69] Эти клапаны более точно контролируют количество добавляемого компонента по сравнению с системой скипа или конвейера, тем самым повышая эффективность печи. Некоторые из этих систем без колпака также имеют разгрузочный желоб в горловине печи (как в верхней части Paul Wurth) для точного контроля места размещения шихты. [71]

Сама доменная печь для производства чугуна построена в виде высокой конструкции, облицованной огнеупорным кирпичом и профилированной, чтобы учесть расширение загружаемых материалов при их нагреве во время опускания и последующее уменьшение размера по мере начала плавления. Кокс, известнякфлюс и железная руда (оксид железа) загружаются в верхнюю часть печи в точном порядке заполнения, что помогает контролировать поток газа и химические реакции внутри печи. Четыре «всасывания» позволяют горячему грязному газу с высоким содержанием окиси углерода выходить из горловины печи, а «выпускные клапаны» защищают верхнюю часть печи от внезапных скачков давления газа. Крупные частицы выхлопного газа оседают в «пылеуловителе» и сбрасываются в железнодорожный вагон или грузовик для утилизации, в то время как сам газ проходит через скруббер Вентури и / или электростатические пылеуловители и газоохладитель для снижения температуры очищенный газ. [9]

В «литейной камере» в нижней половине печи находятся нагнетательная труба, медные фурмы с водяным охлаждением и оборудование для разливки жидкого чугуна и шлака. После того, как «летки» просверлен через огнеупорную глинистую пробку, жидкое железо и шлак стекает в желоб через «скиммер» отверстие, отделяя железо и шлак. Современные более крупные доменные печи могут иметь до четырех леток и двух литейных цехов. [9] После того , как чугун и шлак были касание летка снова вставлена с огнеупорной глиной.

Фурмы доменной печи в Гердау , Бразилия

В фурмах используются для реализации горячего дутья , который используется для повышения эффективности работы доменной печи. Горячий поток направляется в печь через медные сопла с водяным охлаждением, называемые фурмами, рядом с основанием. Температура горячего дутья может составлять от 900 ° C до 1300 ° C (от 1600 ° F до 2300 ° F) в зависимости от конструкции и состояния печи. Они имеют дело с температурами от 2000 ° C до 2300 ° C (от 3600 ° F до 4200 ° F). Нефть , гудрон , природный газ , угольная пыль и кислородможет также вводиться в печь на уровне фурмы для объединения с коксом для высвобождения дополнительной энергии и увеличения процента присутствующих восстановительных газов, что необходимо для повышения производительности. [9]


Производство каменной ваты [ править ]

Каменная или минеральная вата - это пряденное минеральное волокно, используемое в качестве изоляционного материала и в гидропонике . Он производится в доменной печи, в которую загружается диабазовая порода с очень низким содержанием оксидов металлов. Полученный шлак отделяется и формуется с образованием продукта из минеральной ваты. [72] Также производится очень небольшое количество металлов, которые являются нежелательным побочным продуктом .

Списанные доменные печи как музейные объекты [ править ]

Основная статья: Список сохранившихся исторических доменных печей

Долгое время обычным явлением было снос списанной доменной печи и ее замену на более новую, улучшенную или снос всей площадки, чтобы освободить место для дальнейшего использования территории. В последние десятилетия несколько стран осознали ценность доменных печей как часть своей промышленной истории. Заброшенные сталелитейные заводы не сносили, а превратили в музеи или превратили в многоцелевые парки. Наибольшее количество сохранившихся исторических доменных печей существует в Германии; другие такие сайты существуют в Испании, Франции, Чехии , Японии, Люксембурге , Польше , Румынии , Мексике , России и США.

Системы газоочистки [ править ]

Выхлопные газы доменной печи обычно очищаются в пылеуловителе, таком как инерционный сепаратор, рукавный фильтр или электрофильтр . У каждого типа пылесборников есть свои сильные и слабые стороны - некоторые собирают мелкие частицы, некоторые крупные частицы, некоторые собирают электрически заряженные частицы. Эффективная очистка выхлопных газов зависит от нескольких этапов очистки. [73]

Иногда отходящее тепло также собирается из выхлопных газов.

Галерея [ править ]

  • Заброшенная доменная печь в Сестао , Испания. Сама печь находится внутри центральной балки.

  • Часть системы газоочистки доменной печи в Монклове , Мексика. Этот скоро будет выведен из эксплуатации и заменен.

См. Также [ править ]

  • Основная кислородная печь
  • Процесс плавки цинка в доменной печи
  • Тигельная сталь
  • Добыча железа
  • Водяной газ , полученный «паровым ударом».
  • FINEX
  • Процесс Flodin
  • Металлургические и сталелитейные заводы в Англии , которые включают все виды металлургических заводов.
  • Laskill

Ссылки [ править ]

  1. ^ См .: Тяга (котел)
  2. ^ Разработка схем теплопередачи в доменной печи, Серия конференций IOP: Материаловедение и инженерия
  3. ↑ PJ Wand, «Медеплавление в Electrolytic Refining and Smelting Company of Australia Ltd., Порт Кембла, Новый Южный Уэльс», в: Горнодобывающая и металлургическая практика в Австралии: Мемориальный том сэра Мориса Моуби , Эд Дж. Т. Вудкок (Австралазийский институт горного дела и Металлургия: Мельбурн, 1980) 335–340.
  4. ^ RJ Sinclair, Добывающая металлургия свинца (Австралазийский институт горного дела и металлургии: Мельбурн, 2009), 9–12.
  5. ^ а б «Доменная печь» . Научная помощь. Архивировано из оригинала 17 декабря 2007 года . Проверено 30 декабря 2007 года .
  6. ^ a b c d e f Rayner-Canham & Overton (2006), Descriptive Inorganic Chemistry, Fourth Edition , New York: WH Freeman and Company, pp. 534–535, ISBN 978-0-7167-7695-6
  7. ^ Д-р К.Э. Ли, вторая форма науки (биология, химия, физика)
  8. ^ tec-science (21 июня 2018 г.). «От чугуна до стали» . тек-наука . Дата обращения 2 ноября 2019 .
  9. ^ a b c d e Американский институт железа и стали (2005 г.). Как работает доменная печь . steel.org.
  10. ^ http://www.ulcos.org Архивировано 21 ноября 2008 г. на Wayback Machine.
  11. ^ ICIT-Ревю де METALLURGIE, сентябрь и октябрь вопросы, 2009
  12. ↑ Питер Дж. Голас (25 февраля 1999 г.). Наука и цивилизация в Китае: Том 5, Химия и химическая технология, Часть 13, Горное дело . Издательство Кембриджского университета. п. 152. ISBN. 978-0-521-58000-7. ... самая ранняя доменная печь, обнаруженная в Китае примерно с первого века нашей эры
  13. ^ Симко, Чарльз Р. «Век стали: Часть II». Современные материалы и процессы 172.4 (2014): 32-33. Academic Search Premier.
  14. ^ «Самое раннее использование железа в Китае» Дональда Б. Вагнера в Металлах в древности , Сюзанн М. М. Янг, А. Марк Поллард, Пол Бадд и Роберт А. Иксер (BAR International Series, 792), Oxford: Archaeopress , 1999 , стр. 1–9.
  15. Перейти ↑ Wagner 2008 , p. 230.
  16. ^ Ebrey, стр. 30.
  17. ↑ Раннее железо в Китае, Корее и Японии. Архивировано 5 февраля 2007 г. в Wayback Machine , Дональд Б. Вагнер, март 1993 г.
  18. Перейти ↑ Wagner 2008 , p. 6.
  19. ^ Нидхэм, Джозеф (1986), Наука и цивилизация в Китае, Том 4: Физика и физические технологии, Часть 2, Машиностроение , Тайбэй: Cambridge University Press, стр. 370, ISBN 0-521-05803-1
  20. Перейти ↑ Hong-Sen Yan, Marco Ceccarelli (2009). Международный симпозиум по истории машин и механизмов . Springer Science and Business Media. С. 235–249. ISBN 978-1-4020-9484-2.
  21. Перейти ↑ Needham 1986 , pp. 118–119.
  22. ^ Наступление эпохи стали . Brill Archive. 1961. с. 54. GGKEY: DN6SZTCNQ3G.
  23. ↑ Дональд Б. Вагнер, «Китайские доменные печи с 10 по 14 века» Историческая металлургия 37 (1) (2003), 25–37; первоначально опубликовано в West Asian Science, Technology and Medicine 18 (2001), 41–74.
  24. ^ Ebrey, стр. 158.
  25. Перейти ↑ Wagner 2008 , p. 169.
  26. Перейти ↑ Wagner 2008 , p. 1.
  27. Перейти ↑ Liang 2006 .
  28. ^ Юлиус Х. Страсбургер (1969). Теория и практика доменных печей . Издательство Gordon and Breach Science. п. 4. ISBN 978-0-677-10420-1. Проверено 12 июля 2012 года .
  29. ↑ Дуглас Алан Фишер, отрывок из «Эпоса о стали», заархивированный 25 февраля 2007 г. в Wayback Machine , Городской музей Дэвиса и Харпер энд Роу, Нью-Йорк, 1963.
  30. ^ Jockenhövel, Albrecht et al. (1997) «Археологические исследования начала доменных печей в Центральной Европе». Архивировано 24 февраля 2013 г. в Wayback Machine Abteilung für Ur- und Frühgeschichtliche Archäologie, Westfälische Wilhelms-Universität Münster; аннотация опубликована как: Jockenhövel, A. (1997) "Археологические исследования начала доменных печей в Центральной Европе", стр. 56–58 In Crew, Peter and Crew, Susan (редакторы) (1997) Early Ironworking in Europe: Археология и эксперимент: тезисы докладов международной конференции в Plas Tan y Bwlch 19–25 сентября 1997 г.(Plas Tan y Bwlch, статьи № 3) Исследовательский центр национального парка Сноудония, Гвинед, Уэльс, OCLC 470699473 ; заархивировано здесь [1] веб- сайтом 11 марта 2012 г. 
  31. ^ А. Веттерхольм, «Исследования доменных печей в Нора бергслаге» (Örebro Universitet 1999, Järn och Samhälle) ISBN 91-7668-204-8 
  32. ^ Н. Бьёкенстам, «Доменная печь в Европе в средние века: часть новой системы производства кованого железа» в Г. Магнуссоне, «Важность производства чугуна: технологические инновации и социальные изменения I» (Jernkontoret, Stockholm 1995), 143 –53 и другие статьи в том же томе.
  33. ^ Wagner 2008, 349-51.
  34. Перейти ↑ Wagner 2008, 354.
  35. ^ Markewitz, Даррелл (25 марта 2006). «Приключения в производстве раннего железа - Обзор экспериментальных плавок чугуна, 2001–2005 годы» . www.warehamforge.ca . Архивировано 22 сентября 2015 года.
  36. Перейти ↑ Wagner 2008, 355.
  37. ^ BG Awty, 'Взрыв funace в эпоху Возрождения: хауты fournau или FONDERIE ', Труды Newcomen общества 61 (1989-90). 67.
  38. ^ Вудс, стр. 34.
  39. ^ Гимпель, стр. 67.
  40. ^ Вудс, стр. 35.
  41. ^ Вудс, стр. 36.
  42. ^ a b Вудс, стр. 37.
  43. ^ RW Вернон, Г. Макдоннелл и А. Шмидт (1998). «Комплексная геофизическая и аналитическая оценка ранней добычи железа: три тематических исследования». Историческая металлургия . 32 (2): 72–5, 79.
  44. ↑ Дэвид Дербишир, «Генри," уничтоживший промышленную революцию "». Архивировано 13 июня 2014 г. в Wayback Machine , The Daily Telegraph (21 июня 2002 г.); цитируется Вудсом.
  45. ^ Шуберт, HR (1957), История британской черной металлургии с ок. 450 г. до н.э. - 1775 г. н.э. , Routledge & Kegan Paul, стр. 395–397.
  46. ^ а б в Тайлекот, РФ (1992). История металлургии, второе издание . Лондон: издательство Maney Publishing для Института материалов. ISBN 978-0901462886.
  47. ^ Мерсон, Джон (1990). Гений, которым был Китай: Восток и Запад в создании современного мира . Вудсток, Нью-Йорк: The Overlook Press. п. 69 . ISBN 0-87951-397-7Компаньон сериала PBS "Гений, который был Китаем"
  48. ^ Б. Awty & С. Whittick (с П. Комбами), «Господство Кентерберийского, железо-основателей в Buxted и континентальные предшественники пушечного основания в Weald» Sussex археологических коллекциях 140 (2004) за 2002 год, стр 71–81.
  49. ^ PW King, 'Производство и потребление железа в Англии и Уэльсе в начале Нового времени' Обзор экономической истории LVIII (1), 1–33; Г. Хаммерсли, «Угольная промышленность по производству чугуна и его топливо 1540–1750 гг.» Обзор экономической истории, сер. II, XXVI (1973), стр. 593–613.
  50. ^ Яковлев, В. Б. (1957), "Развитие производства кованого железа", металлург , Нью - Йорк: Springer, 1 (8): 545, DOI : 10.1007 / BF00732452 , S2CID 137551466 
  51. ^ Ландес, Дэвид. С. (1969). Свободный Прометей: технологические изменения и промышленное развитие в Западной Европе с 1750 года по настоящее время . Кембридж, Нью-Йорк: Пресс-синдикат Кембриджского университета. С. 90–93. ISBN 0-521-09418-6.
  52. ^ Розен, Уильям (2012). Самая сильная идея в мире: история пара, индустрии и изобретений . Издательство Чикагского университета. п. 149. ISBN 978-0226726342.
  53. ^ Tylecote РФ (1992). История металлургии, второе издание . Лондон: издательство Maney Publishing для Института материалов. ISBN 978-0901462886.
  54. ^ Макнил, Ян (1990). Энциклопедия истории техники . Лондон: Рутледж. ISBN 0415147921.
  55. ^ "Кокс для производства чугуна в доменных печах" . steel.org . Архивировано из оригинала 8 февраля 2017 года.
  56. ^ Raistrick, Артур (1953), Династия Железа Учредители: Darbys и Coalbrookedale , Йорк: Лонгманс, зеленый
  57. ^ Гайд
  58. ^ Триндер, Барри Стюарт; Триндер, Барри (2000), Промышленная революция в Шропшире , Чичестер: Филлимор, ISBN 1-86077-133-5
  59. ^ Ландес, Дэвид. С. (1969). Свободный Прометей: технологические изменения и промышленное развитие в Западной Европе с 1750 года по настоящее время . Кембридж, Нью-Йорк: Пресс-синдикат Кембриджского университета. п. 92. ISBN 0-521-09418-6.
  60. ^ Эйрес, Роберт (1989). «Технологические преобразования и длинные волны» (PDF) : 21. Архивировано из оригинального (PDF) 1 марта 2012 года . Проверено 17 октября 2013 г. <Рис. 7 показан временной ряд отношения C / Fe> Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  61. ^ Береза, стр. 181-9.
  62. ^ Хайд, стр. 159.
  63. ^ "Домна POSCO Gwangyang становится крупнейшей в мире" , DONG-A ILBO , 10 июня 2013 г.
  64. ^ a b c Р. Дж. Синклер, Добывающая металлургия свинца (Австралазийский институт горного дела и металлургии: Мельбурн, 2009), 75.
  65. ^ a b c d e Р. Дж. Синклер, Добывающая металлургия свинца (Австралазийский институт горного дела и металлургии: Мельбурн, 2009), 77.
  66. ^ RJ Sinclair, Добывающая металлургия свинца (Австралазийский институт горного дела и металлургии: Мельбурн, 2009), 76.
  67. ^ a b c d Р. Дж. Синклер, Добывающая металлургия свинца (Австралазийский институт горного дела и металлургии: Мельбурн, 2009), 89.
  68. ^ RJ Sinclair, Добывающая металлургия свинца (Австралазийский институт горного дела и металлургии: Мельбурн, 2009), 90.
  69. ^ Б McNeil, Ян (1990), энциклопедия истории технологии , Taylor & Francis, с. 163, ISBN 0-415-01306-2
  70. Перейти ↑ Strassburger, Julius H. (1969), Доменная печь: теория и практика , Taylor & Francis, p. 564, ISBN 0-677-10420-0
  71. ^ Уитфилд, Питер, « Проектирование и эксплуатация системы верхней зарядки карданного подвеса» (PDF) , заархивировано из оригинала (PDF) 5 марта 2009 г. , извлечено 22 июня 2008 г.
  72. ^ "Что такое каменная вата?" . rockwool.co.uk . Архивировано из оригинального 10 февраля 2010 года.
  73. ^ «Сравнение методов, применяемых на металлургическом заводе Сканторп, с теми, которые указаны в Заключениях НДТ для производства чугуна и стали, опубликованных в Официальном журнале Европейского Союза» (PDF) . Его Величество Правительство Великобритании. 8 марта 2012 . Проверено 19 января 2021 года .

Библиография [ править ]

  • Берч, Алан (2005), Экономическая история британской черной металлургии, 1784–1879 , Routledge, ISBN 0-415-38248-3
  • Эбрей, Патрисия Бакли; Уолтхолл, Энн; Palais, Джеймс Б. (2005), Восточная Азия: культурная, социальная и политическая история , Бостон: Houghton Mifflin, ISBN 0-618-13384-4
  • Гимпель, Джин (1976), Средневековая машина: Промышленная революция средневековья , Нью-Йорк: Холт, Райнхарт и Уинстон, ISBN 0-03-014636-4
  • Хайд, Чарльз К. (1977), Технологические изменения и британская металлургическая промышленность, 1700–1870 , Принстон: Princeton University Press, ISBN 0-691-05246-8
  • Лян, Цзимин (2006), Китайская осадная война: механическая артиллерия и осадное оружие древности , Сингапур, Республика Сингапур: Леонг Кит Мэн, ISBN 981-05-5380-3
  • Вагнер, Дональд Б. (2008), Наука и цивилизация в Китае, том 5-11: Черная металлургия , Cambridge University Press
  • Вудс, Томас (2005), Как католическая церковь построила западную цивилизацию , Вашингтон, округ Колумбия: Regnery Publ., ISBN 0-89526-038-7

Внешние ссылки [ править ]

  • Американский институт железа и стали
  • Анимация доменной печи
  • Обширная картинная галерея обо всех методах изготовления и формовки железа и стали в Северной Америке и Европе. На немецком и английском языках.
  • Принципиальная схема доменной печи и печи Купера