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 подаются 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, когда 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 дымовых газов представляет собой процесс противоточного обмена и 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
Доменные печи работают по принципу химического восстановления, при котором 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 монооксиду 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. (См .: Непрерывное производство ). Кроме того, углерод в передельном чугуне снижает температуру плавления до уровня ниже, чем у стали или чистого железа; в отличие от этого, в цветочном горшке железо не плавится.
Из чугуна необходимо удалить кремнезем . Он вступает в реакцию 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, а это 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 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 оксид 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:
- CaCO 3 (тв) → СаО (тв) + CO 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 имеет ограниченное непосредственное коммерческое использование. Некоторое количество чугуна используется для изготовления 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 изготовления строительных материалов, автомобилей, кораблей и машин. Обессеривание 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 (так называемое обессеривание извести ). [8] На следующем технологическом этапе, так называемом производстве стали с кислородным покрытием , углерод окисляется путем продувки кислородом жидкого чушкового 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 нет 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 развертывание может произойти с 2020 года. [ необходима цитата ]
История
Чугун был найден в Китае в V веке до нашей эры, но самые ранние доменные печи в Китае датируются I веком нашей эры, а на западе - периодом Средневековья . [12] Они распространились из региона вокруг Намюра в Валлонии ( Бельгия ) в конце 15 века и были завезены в Англию в 1491 году. Топливо, используемое в них, неизменно было древесным углем . Успешная замена кокса на древесный уголь широко приписывают английский изобретатель Abraham Darby в 1709 эффективность процесса дополнительно повышается за счет практики предварительного подогрева воздуха для горения ( горячего воздуха ), запатентованный шотландский изобретатель Джеймс Beaumont Neilson в 1828 году [ 13]
Китай
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 копания 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 в доменных печах производился чугун, который затем либо превращался в готовые орудия в вагранке, либо превращался в кованое железо в чистящем поде. [15]
Хотя чугунные фермерские орудия и оружие были широко распространены в Китае к 5-му веку до нашей эры, на чугуноплавильных заводах с 3-го века и далее 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 обнаружены в современных провинциях Сычуань и Гуандун , а «карликовые» доменные печи были найдены 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 машин с приводом от лошади. То есть круговое движение колеса, будь то приводимое в движение лошадью или водой, было преобразовано комбинацией 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 и вагранки оставалось широко распространенным во времена династий Сун и Тан . [22] К XI веку китайская металлургическая промышленность династии Сун переключила ресурсы с древесного угля на кокс при литье чугуна и стали, избавив тысячи акров леса 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 требовалась дополнительная очистка, 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 качество было важно, таких как война, предпочтение отдавалось кованому железу и стали. Почти все оружие периода Хань сделано 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
Простейшая кузница, известная как корсиканская, использовалась 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. Такое нагнетание воздушного потока с помощью сильфонов, известное как холодный дутье , увеличивает топливную экономичность блумеров и повышает урожайность. Они также могут быть построены больше, чем цветы на естественной тяге.
Самые старые доменные печи Европы
Самые старые из известных доменных печей на Западе были построены в Дюрстеле в Швейцарии , в Märkische Sauerland в Германии и в Лаппхиттане в Швеции , где комплекс действовал между 1205 и 1300 годами. [30] В Нораскоге в шведском приходе Ярнбоос, есть 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, которые используются сегодня. Железо из комплекса Лапфиттана использовалось для производства шариков из кованого железа, известных как осмонды , и они продавались на международном уровне - возможная ссылка происходит в договоре с Новгородом от 1203 года и нескольких определенных ссылках в отчетах об английских обычаях 1250-х и 1320-х годов. Другие печи 13-15 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 заметили 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 Каспием (используя свой торговый путь через Волгу ), вполне возможно, что таким образом технология достигла Швеции. [34] Шаг от мельницы к настоящей домне 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. Известно, что уже 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
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]Цистерцианский вклад
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, и 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 до 17 веков [39], также используя богатый фосфатом шлак из своих печей в качестве сельскохозяйственных удобрений. [40]
Археологи все еще открывают для себя масштабы цистерцианской технологии. [41] В Ласкилле , пригороде аббатства Риво и единственной средневековой доменной печи, до сих пор идентифицированной в Великобритании , производимый 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 сохранилось до Генри VIII «s Растворение скитов в конце 1530 - х, как соглашение (сразу же после этого) относительно„smythes“с граф Ратленд в 1541 относится к блюмам. [45] Тем не менее, способы, которыми доменная печь распространилась в средневековой Европе, окончательно не определены.
Происхождение и распространение доменных печей раннего модерна
Из-за возросшего спроса 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 в Пустошь из Сассекса , 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. из сортового проката . [48]
Первые британские печи за пределами Уилда появились в 1550-х годах, и многие из них были построены в оставшейся части того и последующих столетий. 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 доступным для промышленности, вероятно, потреблялся так же быстро, как и 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 недалеко от Тулы и получила название Городищенского завода. Отсюда доменная печь распространилась на центральную часть России и, наконец, на Урал . [50]
Коксовые доменные печи
В 1709 году в Колбрукдейле в Шропшире, Англия, Авраам Дарби начал заправлять доменную печь коксом вместо древесного угля . Первоначальным преимуществом кокса 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 помогло преодолеть локальную нехватку древесины, особенно в Великобритании и на континенте. Кокс металлургического сорта 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 горячее дутье уменьшило 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
Первоначально коксовый чугун использовался только для литейных работ, изготовления котлов и других изделий из чугуна. Литейное производство 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 музеев ущелья Айронбридж . 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
Паровая машина использовалась для подачи дутьевого воздуха, преодолевая нехватку воды в районах, где находились уголь и железная руда. Выдувной цилиндр из чугуна 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
Горячий дутье был самым важным достижением в области топливной экономичности доменной печи и одной из важнейших технологий, разработанных во время промышленной революции . [59] [60] Горячий дутье был запатентован Джеймсом Бомонтом Нейлсоном на металлургическом заводе Уилсонтауна в Шотландии в 1828 году. В течение нескольких лет после его внедрения горячий дуть был разработан до такой степени, что потребление топлива было сокращено на одну треть с использованием кокса или двух. -третья с использованием 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 зажечь. Впервые антрацит был успешно опробован Джорджем Крейном на металлургическом заводе Инисседвин в Южном Уэльсе в 1837 году. [62] Он был использован в Америке компанией Lehigh Crane Iron Company в Катасауку, штат Пенсильвания , в 1839 году. кокс были произведены в 1870-х годах.
Современные печи
Доменные печи чугунные
Доменная печь остается важной частью современного производства чугуна. Современные печи высокоэффективны, в том числе печи Каупера 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 большой рост 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
Доменные печи в настоящее время редко используются при выплавке меди, но современные доменные печи для плавки свинца намного короче доменных печей для выплавки чугуна и имеют прямоугольную форму. [64] Общая высота шахты составляет от 5 до 6 м. [65] Современные свинцовые доменные печи построены с использованием водоохлаждаемых стальных или медных кожухов для стен и не имеют огнеупорной футеровки в боковых стенках. [64] Основание печи - под из огнеупорного материала (кирпич или литой огнеупор). [64] Свинцовые доменные печи часто имеют открытый верх, а не загрузочный колпак, используемый в доменных печах для чугуна. [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, при этом 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 (Imperial Smelting Furnaces)
Доменные печи, используемые в Imperial Smelting Process («ISP»), были разработаны на основе стандартной свинцовой доменной печи, но полностью герметичны. [67] Это связано с тем, что цинк, произведенный в этих печах, восстанавливается 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 на м 2 площади пода и более высоким расходом кокса. [67]
Производство цинка с помощью ISP обходится дороже, чем на заводах по производству электролитического цинка , поэтому в последние годы было закрыто несколько плавильных заводов, использующих эту технологию. [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
Современные печи оснащены множеством вспомогательных устройств для повышения эффективности, например складскими площадками для хранения руды, где выгружаются баржи. Сырье доставляется в складской комплекс с помощью рудных мостов или железнодорожных хопперов и перегрузочных вагонов . 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]
Сырье загружается в доменную печь разными способами. В некоторых доменных печах используется система «двойной колпак», 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 для выгрузки заряда 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 заключается в использовании «бесшумной» системы. В этих системах используется несколько бункеров для хранения каждого сырья, которое затем через клапаны выгружается в доменную печь. [69] Эти клапаны более точно контролируют, сколько каждого компонента добавляется, 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), чтобы точно контролировать, где размещается загрузка. [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 их опускания и последующее уменьшение размера по мере начала плавления. Кокс, известняковый флюс 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, в то время как «выпускные клапаны» защищают верх 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 труба сужения, медные фурмы с водяным охлаждением и оборудование для разливки жидкого чугуна и шлака. После пробуривания летки через заглушку из огнеупорной глины жидкий чугун и шлак стекают по желобу через отверстие «скиммера», разделяя железо и шлак. Современные более крупные доменные печи могут иметь до четырех леток и двух литейных цехов. [9] После выпуска чугуна и шлака летка снова закупоривается огнеупорной глиной.
В фурмах используются для реализации горячего дутья , который используется для повышения эффективности работы доменной печи. Горячий дутьевой 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. Температура, с которой они работают, может составлять от 2000 ° C до 2300 ° C (от 3600 ° F до 4200 ° F). Нефть , гудрон , природный газ , порошкообразный уголь и кислород также могут быть введены 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
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
В течение долгого времени было нормальной процедурой снести списанную доменную печь и заменить ее на более новую, улучшенную или снести весь объект, чтобы освободить место для последующего использования территории. В последние десятилетия несколько стран осознали ценность доменных печей как часть своей промышленной истории. Заброшенные сталелитейные заводы не сносили, а превращали в музеи или объединяли 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
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
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.
Смотрите также
- Базовая кислородная печь
- Процесс плавки цинка в доменной печи
- Тигельная сталь
- Добыча железа
- Водяной газ , полученный «паровым ударом».
- FINEX
- Процесс Flodin
- Металлургический и сталелитейный завод в Англии , который включает все виды металлургических заводов.
- Laskill
Рекомендации
- ^ См .: Тяга (котел)
- ^ Разработка схем теплопередачи в доменной печи, Серия конференций IOP: Материаловедение и инженерия
- ↑ PJ Wand, «Медеплавление в Electrolytic Refining and Smelting Company of Australia Ltd., Порт Кембла, Новый Южный Уэльс», в: Горнодобывающая и металлургическая практика в Австралазии: Мемориальный том сэра Мориса Моуби , Эд Дж. Т. Вудкок (Австралазийский институт горного дела и Металлургия: Мельбурн, 1980) 335–340.
- ^ RJ Sinclair, Добывающая металлургия свинца (Австралазийский институт горного дела и металлургии: Мельбурн, 2009), 9–12.
- ^ а б «Доменная печь» . Научная помощь. Архивировано из оригинала 17 декабря 2007 года . Проверено 30 декабря 2007 года .
- ^ а б в г д е Rayner-Canham & Overton (2006), Descriptive Inorganic Chemistry, Fourth Edition , New York: WH Freeman and Company, pp. 534–535, ISBN 978-0-7167-7695-6
- ^ Д-р К.Э. Ли, вторая форма науки (биология, химия, физика)
- ^ tec-science (21 июня 2018 г.). «От чугуна до стали» . тек-наука . Дата обращения 2 ноября 2019 .
- ^ a b c d e Американский институт чугуна и стали (2005). Как работает доменная печь . steel.org.
- ^ http://www.ulcos.org Архивировано 21 ноября 2008 г. на Wayback Machine.
- ^ ICIT-Ревю де METALLURGIE, сентябрь и октябрь вопросы, 2009
- ^ 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
- ↑ Симко, Чарльз Р. «Эпоха стали: Часть II». Современные материалы и процессы 172.4 (2014): 32-33. Academic Search Premier.
- ^ «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.
- Перейти ↑ Wagner 2008 , p. 230.
- ^ Эбрей, стр. 30.
- ↑ Раннее железо в Китае, Корее и Японии. Архивировано 5 февраля 2007 г. в Wayback Machine , Дональд Б. Вагнер, март 1993 г.
- Перейти ↑ Wagner 2008 , p. 6.
- ^ Нидхэм, Джозеф (1986), Наука и цивилизация в Китае, Том 4: Физика и физические технологии, Часть 2, Машиностроение , Тайбэй: Издательство Кембриджского университета, стр. 370, ISBN 0-521-05803-1
- ^ Хун-Сен Ян, Марко Чеккарелли (2009). Международный симпозиум по истории машин и механизмов . Springer Science and Business Media. С. 235–249. ISBN 978-1-4020-9484-2.
- Перейти ↑ Needham 1986 , pp. 118–119.
- ^ Наступление эпохи стали . Brill Archive. 1961. с. 54. GGKEY: DN6SZTCNQ3G.
- ↑ 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.
- ^ Эбрей, стр. 158.
- Перейти ↑ Wagner 2008 , p. 169.
- Перейти ↑ Wagner 2008 , p. 1.
- ^ Лян 2006 .
- ^ 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 .
- ↑ Дуглас Алан Фишер, отрывок из The Epic of Steel, заархивированный 25 февраля 2007 года в Wayback Machine , Davis Town Museum & Harper & Row, NY 1963.
- ^ 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 В 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 Occasional Papers № 3) Исследовательский центр национального парка Сноудония, Гвинед, Уэльс, OCLC 470699473 ; заархивировано здесь [1] веб- сайтом 11 марта 2012 г.
- ↑ A. Wetterholm, 'Исследования доменных печей в Нора Бергслаг' (Örebro Universitet 1999, Järn och Samhälle) ISBN 91-7668-204-8
- ^ 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.
- ^ Wagner 2008, 349-51.
- Перейти ↑ Wagner 2008, 354.
- ^ Маркевиц, Даррелл (25 марта 2006 г.). «Приключения в производстве раннего железа - Обзор экспериментальных плавок чугуна, 2001 - 2005 гг.» . www.warehamforge.ca . Архивировано 22 сентября 2015 года.
- Перейти ↑ Wagner 2008, 355.
- ^ BG Awty, 'Взрыв funace в эпоху Возрождения: хауты fournau или FONDERIE ', Труды Newcomen общества 61 (1989-90). 67.
- ^ Вудс, стр. 34.
- ^ Гимпель, стр. 67.
- ^ Вудс, стр. 35.
- ^ Вудс, стр. 36.
- ^ a b Вудс, стр. 37.
- ^ Р. В. Вернон, Г. Макдоннелл и А. Шмидт (1998). «Комплексная геофизическая и аналитическая оценка ранней разработки чугуна: три тематических исследования». Историческая металлургия . 32 (2): 72–5, 79.
- ↑ Дэвид Дербишир, «Генри," уничтоживший промышленную революцию "». Архивировано 13 июня 2014 г. в Wayback Machine , The Daily Telegraph (21 июня 2002 г.); цитируется Вудсом.
- ^ Шуберт, HR (1957), История британской черной металлургии с ок. 450 г. до н.э. - 1775 г. н.э. , Routledge & Kegan Paul, стр. 395–397.
- ^ а б в Тайлекот, РФ (1992). История металлургии, второе издание . Лондон: издательство Maney Publishing для Института материалов. ISBN 978-0901462886.
- ^ 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".CS1 maint: postscript ( ссылка )
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ Яковлев, В. Б. (1957), "Развитие производства кованого железа", металлург , Нью - Йорк: Springer, 1 (8): 545, DOI : 10.1007 / BF00732452 , S2CID 137551466
- ^ 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.
- ^ Розен, Уильям (2012). Самая сильная идея в мире: история пара, индустрии и изобретений . Издательство Чикагского университета. п. 149. ISBN. 978-0226726342.
- ^ Тайлекот, РФ (1992). История металлургии, второе издание . Лондон: издательство Maney Publishing для Института материалов. ISBN 978-0901462886.
- ^ Макнил, Ян (1990). Энциклопедия истории техники . Лондон: Рутледж. ISBN 0415147921.
- ^ «Кокс для доменного чугуна» . steel.org . Архивировано из оригинала 8 февраля 2017 года.
- ^ Рейстрик, Артур (1953), Династия основателей железа: Дарби и Коулбрукдейл , Йорк: Лонгманс, Грин
- ^ Гайд
- ^ Триндер, Барри Стюарт; Триндер, Барри (2000), Промышленная революция в Шропшире , Чичестер: Филлимор, ISBN 1-86077-133-5
- ^ 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.
- ^ 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 )CS1 maint: postscript ( ссылка ) - ^ Береза, стр. 181-9.
- ^ Хайд, стр. 159.
- ^ «Домна POSCO Gwangyang становится крупнейшей в мире» , DONG-A ILBO , 10 июня 2013 г.
- ^ a b c Р. Дж. Синклер, Добывающая металлургия свинца (Австралазийский институт горного дела и металлургии: Мельбурн, 2009), 75.
- ^ a b c d e Р. Дж. Синклер, Добывающая металлургия свинца (Австралазийский институт горного дела и металлургии: Мельбурн, 2009), 77.
- ^ RJ Sinclair, Добывающая металлургия свинца (Австралазийский институт горного дела и металлургии: Мельбурн, 2009), 76.
- ^ a b c d Р. Дж. Синклер, Добывающая металлургия свинца (Австралазийский институт горного дела и металлургии: Мельбурн, 2009), 89.
- ^ RJ Sinclair, Добывающая металлургия свинца (Австралазийский институт горного дела и металлургии: Мельбурн, 2009), 90.
- ^ а б Макнил, Ян (1990), Энциклопедия истории технологий , Тейлор и Фрэнсис, стр. 163, ISBN 0-415-01306-2
- ^ Страсбургер, Джулиус Х. (1969), Доменная печь: теория и практика , Тейлор и Фрэнсис, стр. 564, ISBN 0-677-10420-0
- ^ Уитфилд, Питер, « Проектирование и эксплуатация системы верхней зарядки карданного подвеса» (PDF) , заархивировано из оригинала (PDF) 5 марта 2009 г. , извлечено 22 июня 2008 г.
- ^ "Что такое каменная вата?" . rockwool.co.uk . Архивировано из оригинального 10 февраля 2010 года.
- ^ «Сравнение методов, применяемых на металлургическом заводе Сканторп, с методами, указанными в Заключениях по 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
- 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 Менг, 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
- 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