ДОМЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Технический прогресс в доменном производстве характеризуется строительством новых мощных высокомеханизированных и автоматизированных печей, а также реконструкцией действующих печей, их модернизацией в соответствии с современными достижениями технологии выплавки чугуна. Современные крупные доменные печи имеют объем 3200 - 5000 м³, производительность 7000 - 11000 т чугуна в сутки, после задувки работают непрерывно в течение 5 - 10 лет.

Технологическая задача доменного производства сводится к получению чугуна из железной руды путем восстановления железа из кислородных соединений и его науглероживания. Сырьем современного доменного производства являются железорудный агломерат или окатыши, каменноугольный кокс и добавки (флюсы). Последние облегчают плавление пустой породы и других примесей к руде. Доменный процесс протекает при температуре 1600 - 1700 °С.

Доменная печь (рис. 43) представляет собой вертикальную печь шахтного типа. Ее высота до 35 - 40 м, примерно в 2,5 раза больше диаметра. Стенки и основание печи выкладывают из огнеупорных материалов. Для повышения стойкости огнеупорной кладки в ней устанавливают (примерно на ¾ высоты печи) металлические холодильники, по которым циркулирует вода. Расход её для крупных печей составляет до 70000 м³ в сутки. Кладка печи снаружи заключена в стальной кожух.

Рис. 43. Доменпая печь (схема). 1. засыпной аппарат; 2. газоотводы; 3. защитные плиты; 4. огнеупорная кладка; 5. стальной кожух; 6. кольцевые- площадки; 7. холодильники-шахты; 8. опорное кольцо; 9. кольцевой воздухопровод; 10. ось чугунной летки; 11. фурменный, рукав; 12. рабочая площадка; 13. колонна; 14. летка для чугуна; 15. холодильник; 16. летка для шлака.

К вспомогательным устройствам, обеспечивающим работу печи, относятся: шихтовые дворы, оборудованные погрузочно-разгрузочпыми устройствами; бункерные эстакады с вагонами-весами для автоматического взвешивания шихтовых материалов; подъемные механизмы, доставляющие емкости (скипы) с шихтой к загрузочному аппарату доменной печи; воздухонагреватели и другие устройства для осуществления горячего дутья; литейный двор, разливочные машины и др.

Отделение шихтоподачи доменного производства представляет собой галерею, в которой двухрядно размещены сырьевые бункеры. Подача из них железорудных материалов в доменную печь осуществляется с различной степенью механизации и автоматизации. Во вновь строящихся доменных цехах используется автоматическая конвейерная система шихтоподачи: при герметичном укрытии всех пылящих узлов и конвейера металлическим кожухом. Из-под укрытия с помощью единой мощной аспирационной системы, оборудованной трехступенчатой пылеочисткой, воздух с высокой степенью очистки удаляется в атмосферу.

Наиболее распространена другая технология подачи шихты в домну. Из бункеров шихта (агломерат, кокс, флюсы) с температурой 300 - 600 ºС загружается в передвигающиеся под эстакадой вагоны-весы, из которых сырье ссыпается в вагонетку (скип). Скип по наклонной плоскости лебедкой поднимается на колошник, опрокидывается, и материал через засыпной аппарат загружается в шахту домны. Предупреждение выбивания доменного газа достигается устройством специального колошникового затвора.

Доменная печь работает по принципу противотока: навстречу опускающимся материалам снизу вверх движется поток горячих газов, образующихся при сгорании топлива (кокса), а также природного газа. Для поддержания процесса горения через так называемые фурмы, расположенные в верхней части горна, вдувается горячий воздух. Его расход составляет около 4000 м³ на 1 т металла. В нижней части горна собирается расплавленный чугун. Выпуск чугуна производится через чугунную лётку, представляющую собой узкий канал в кладке металлоприемника, заполненный огнеупорной массой. Для выпуска чугуна в ней пробивается отверстие, которое затем снова заделывается специальной глиной. Одна или две шлаковые лётки располагаются несколько выше чугунной, так как более легкий шлак плавает на поверхности чугуна. Эти лётки запираются металлическими пробками с помощью машиношлакового стопора.

Выпускаемый из доменных печей жидкий чугун по системе открытых желобов заливается в ковш емкостью до 100 т и более, далее из ковшей чугун разливается в емкости меньшею объема. В современных доменных печах разливка чугуна производится на разливочных машинах. Доставляемый чугун выливается постепепно в желоб машины, а из него в движущиеся по конвейерной ленте мульды. Для ускорения процесса остывания и затвердения чугуна мульды могут орошаться водой. В конце конвейера при повороте мульд чашки выгружаются из них на железнодорожные платформы и вывозятся из цеха.

Для предотвращения приваривания чугуна к мульдам их перед заливкой орошают известковым молоком.

Кроме разлива чугуна в мульды, жидкий чугун используют на некоторых заводах для переделки в сталь в сталеплавильных печах. В этом случае расплавленный чугун сливается в специальные приемники (миксеры), из которых наливается в ковши, подаваемые к сталеплавильным печам. Шлак в большинстве случаев выпускается в специальные вагоны-ковши и отвозится в отвал или идет на грануляцию.

Выпуск чугуна и шлака производится периодически. На печах старой конструкции чугун выливают 5 - 6 раз в сутки, а шлак - примерно в 3 раза чаще.

На новых большегрузных доменных печах достигнута столь высокая степень интенсификации плавки, что число выпусков чугуна возросло до 15 - 18 раз в сутки, практически приблизив этот процесс к непрерывному. Операции по вскрытию и заделке чугунной лётки на таких печах полностью механизированы и осуществляются соответственно с помощью бурмашины и пушек с дистанционным управлением.

В процессе плавки выделяется огромное количество доменного газа, который беспрерывно удаляется из домны через газоотводы в колошнике доменной печи. В крупных печах объемом 3000 - 3200 м³ в сутки выделяется 15 - 17 млн. м³ газа. Доменный газ высокотоксичен, так как содержит от 26 до 32% оксида углерода. Кроме того, он сильно запылен (до 15 г пыли на 1 м³ газа). После очистки от пыли доменный газ используют как топливо для нагрева, подаваемого в домну наружного воздуха, водяных и паровых котлов и в других нагревательных производственных установках. Колошниковая пыль передается на агломерацию.

Условия труда в доменном производстве. Микроклиматические условия в доменном производстве чрезвычайно разнообразны. Рабочие, занятые на рудном дворе и бункерной эстакаде, работая на открытом воздухе, подвергаются воздействию метеорологических условий в соответствии с особенностями климата, сезона и конкретных погодных условий. Горновые и их подручные, разливщики чугуна на разливочных машинах в теплый период года работают в условиях нагревающего микроклимата. Средняя температура воздуха на большинстве рабочих мест колеблется в пределах 32 - 37 °С, повышаясь во время выпуска металла на 5 - 9 °С по сравнению с исходной. Интенсивность инфракрасного излучения подвержена значительным колебаниям, при ряде операций она составляет 350 - 10000 Вт/м². В сочетании со значительными физическими нагрузками, связанными с выполнением ручных операций, такие условия приводят к напряжению терморегуляции. Так, например, у горновых, шлаковщиков температура тела в такие периоды работы может повышаться до 37,5 - 38 °С; происходит учащение частоты сердечных сокращений до 120 - 135 ударов в 1 мин; увеличивается частота дыхания до 30 - 40 в 1 мин. Влагопотери могут составлять 5 - 6 и более литров за смену.

В зимнее время температура на литейном дворе регистрируется в пределах от -3 до 10 °С, нередко в сочетании с ветром. Резкие перепады температуры до 15 - 18 °С в холодный период, сочетающиеся с большими скоростями воздушных потоков, наблюдаются в пределах рабочей зоны бригады горновых.

Работы по загрузке доменных печей шихтовыми материалами характеризуются выделением в воздух больших количеств пыли. Высокая запыленность воздуха создается в подбункерных помещениях при заполнении вагонов-весов и скипа рудой, флюсами, и особенно агломератом, при грохочении кокса, при обдувке механизмов.

Как уже упоминалось, в последние годы вместо агломерата в доменном производстве все более широкое применение получают окатыши, которые, в частности, обладают повышенной механической прочностью, что позволяет ожидать уменьшения пылевыделений в отделениях шихтоподачи. Однако специальные исследования показали, что запыленность воздуха рабочей зоны при использовании окатышей оказалась в 1,5 - 2 раза выше, чем при использовании агломерата. Это объясняется тем, что пылеобразующие фракции окатышей имеют более мелкодисперсный состав. Таким образом, широкое применение окатышей делает еще более актуальной проблему борьбы с пылью в доменных цехах. Большое количество пыли выделяется при выгрузке колошниковой пыли из пылеуловителей. Состав пыли доменных цехов аналогичен таковому на агломерационных фабриках. На литейном дворе в пыли преобладают частицы графита, выделяющиеся из чугуна и шлака.

Доменный цех отличается наибольшим числом газоопасных мест, к ним относятся колошниковые площадки, площадки шахты печей, пылеуловители, места сушки ковшей, рабочие площадки горновых и их помощников, различные участки собственно газового хозяйства. Степень опасности подобных мест определяется концентрацией оксида углерода (как составной части доменного газа). Благодаря внедрению системы профилактических мероприятий - герметизации коммуникаций, автоматизации подачи газа, нормализации сжигания газов, рациональной вентиляции и др., а также благодаря совершенной системе контроля острые отравления оксидом углерода практически ликвидированы. Вместе с тем на ряде участков в условиях небольшого превышения предельно допустимой концентрации составляющих доменного газа в воздухе рабочей зоны не исключены хронические отравления оксидом углерода.

Все работы по обслуживанию доменной плавки являются опасными в отношении травматизма - ожогов искрами и брызгами расплавленного металла, выбивающимися из печи горячими газами при замене фурм, раскаленным металлом при уборке скрепа.

Яркость расплавленного металла и шлака, смотровых глазков, фурм значительно превышает переносимые уровни и характеризуется выраженным слепящим эффектом.