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2016-08-18O alto-forno é um equipamento indispensável nos processos metalúrgicos. Esses fornos surgiram há muito tempo e possibilitaram a fusão do minério de ferro, transformando-o em vários utensílios domésticos, armas militares, etc. Como é um alto-forno hoje e o que é essa unidade? Sobre isso em nosso material.
Foto de um alto-forno
O alto-forno tem uma longa história. Pela primeira vez, essas unidades apareceram na Europa no século XIV.
Apenas alguns séculos depois, no século XVI, os altos-fornos chegaram ao território da Rússia.
Nos fornos, o processo de fusão do ferro fundido é realizado continuamente. As matérias-primas para a fusão são carregadas por cima do forno e os sistemas para fornecer combustível e oxigênio são fornecidos por baixo. Quando aquecido, o minério de ferro derrete.
Com alto desempenho, os fogões se distinguem por um design bastante simples e excelente confiabilidade. Somente nessas condições é possível obter o resultado desejado da operação do equipamento.
Mas como funciona um alto-forno moderno?
Conhecemos o projeto e algumas características do alto-forno. Agora é necessário entender os processos tecnológicos que ocorrem neste equipamento industrial.
Como os altos-fornos operam continuamente, sua manutenção deve ser abordada com cuidado especial.
Existem três tipos de revisão.
Não é incomum que altos-fornos sejam parados para realizar reparos e atualizações de equipamentos adicionais. Assim, o fabricante reduz a frequência de paralisação do equipamento, perdendo menos dinheiro.
Os altos-fornos são dispositivos únicos que surpreendem com seu tamanho e capacidade.
Um alto-forno, ou alto-forno, é um conjunto complexo de equipamentos tecnológicos utilizados na indústria metalúrgica para produzir metais ferrosos. De fato, esta é uma grande estrutura, que inclui não apenas um forno, mas também unidades auxiliares.
Colapso
Para que serve um alto-forno? Ela tem um objetivo - obter ferro fundido, que será usado na metalurgia para a fabricação de máquinas, equipamentos e outros produtos contendo metais.
O princípio de funcionamento de um alto-forno é o seguinte: carga de minério com coque, fluxo de calcário é carregado na câmara receptora. Na parte inferior, é realizada a produção periódica de ferro fundido / ferroligas e escória fundida separadamente. Como o nível de material no alto-forno diminui durante a liberação, é necessário o carregamento simultâneo de novos lotes de carga.
O processo de trabalho é constante, a combustão é mantida com fornecimento controlado de oxigênio, o que garante maior eficiência.
O projeto do alto-forno garante um processo contínuo de processamento de minério, a vida útil do alto-forno é de 100 anos, grandes reparos são realizados a cada 3-12 anos.
O alto-forno moderno foi inventado por J. B. Neilson, que foi o primeiro a começar a aquecer o ar fornecido ao alto-forno em 1829, e em 1857 E. A. Cowper introduziu aquecedores de ar regenerativos especiais em uso.
Isso permitiu reduzir bastante o consumo de coque em mais de um terço e aumentar a eficiência do forno. Antes disso, os primeiros altos-fornos eram, na verdade, soprados crus, ou seja, ar não enriquecido e não aquecido era soprado neles.
O uso de cowpers, ou seja, aquecedores de ar regenerativos, possibilitou não apenas aumentar a eficiência do alto-forno, mas também reduzir ou eliminar completamente o bócio, o que foi observado quando a tecnologia foi violada. Podemos dizer com segurança que esta invenção possibilitou a perfeição do processo. Os altos-fornos modernos funcionam exatamente nesse princípio, embora seu controle hoje seja automatizado e proporcione maior segurança.
Os fornos modernos para fundição de ferro fundido fornecem aproximadamente 80% da quantidade total de ferro fundido, dos locais de vazamento é imediatamente alimentado para fundição elétrica ou oficinas a céu aberto, onde o metal ferroso é convertido em aço com as qualidades necessárias.
Os lingotes são obtidos a partir do ferro fundido, que são enviados aos fabricantes para serem fundidos em cúpulas. Para drenar a escória e o ferro fundido, são utilizados furos especiais, chamados de tapholes. No entanto, em fornos modernos, não separados, mas uma entrada comum é usada, dividida por uma placa especial resistente ao calor em canais para fornecimento de ferro fundido e escória.
O processo do alto-forno é totalmente dependente do excesso de carbono na cavidade do forno, consiste em reações termoquímicas que ocorrem no interior quando todos os componentes são carregados e aquecidos.
A temperatura no alto-forno pode ser de 200-250°C diretamente sob o topo e até 1850-2000°C no núcleo - vapor.
Quando o ar quente é fornecido ao forno e o coque é inflamado no alto-forno, a temperatura aumenta, o processo de decomposição do fluxo começa, como resultado do aumento do teor de dióxido de carbono.
Quando a coluna de material é abaixada na carga, o monóxido de ferro é reduzido; na parte inferior da coluna, o ferro puro é reduzido do FeO, fluindo para a lareira.
À medida que o ferro drena, ele entra em contato ativo com o dióxido de carbono, o metal é saturado e as propriedades necessárias são conferidas a ele. O teor total de carbono do ferro pode ser tão baixo quanto 1,7%.
Diagramas seccionais de um alto-forno (várias opções):
O projeto do alto-forno é muito complexo, é um grande complexo, que inclui os seguintes elementos: 
A altura do alto-forno pode chegar a 40 m, peso - até 35.000 toneladas, a capacidade da área de trabalho depende dos parâmetros do complexo.
Os valores exatos dependem da carga de trabalho da empresa e sua finalidade, os requisitos para o volume de metal recebido e outros parâmetros.
Uma versão mais detalhada do dispositivo:
Para manter as condições de funcionamento do alto-forno, grandes reparos são realizados regularmente (a cada 3-15 anos). É dividido em três tipos:
Um alto-forno não é apenas uma instalação para a produção de ferro-gusa, mas também inúmeras unidades auxiliares. Estes são o sistema de carga e alimentação de coque, escória, remoção de ferro fundido e gases, sistema de controle automático, cowpers e muito mais.
Os princípios de operação do forno permanecem os mesmos de séculos atrás, mas os modernos sistemas computacionais e a automação da produção tornaram o alto-forno mais eficiente e seguro.
O projeto moderno de um alto-forno envolve o uso de um cowper para aquecer o ar fornecido. Trata-se de uma instalação de ação cíclica feita de material resistente ao calor, que proporciona aquecimento do bico até 1200°C.
O Cowper liga quando o bico esfria para 800-900°C, o que permite garantir a continuidade do processo, reduzir o consumo de coque e aumentar a eficiência geral da estrutura.
Anteriormente, esse dispositivo não era usado, mas desde o século XIX. é necessariamente uma parte do alto-forno.
O número de baterias de cowper depende do tamanho do complexo, mas geralmente são pelo menos três, o que é feito com a expectativa de um possível acidente e mantendo a operacionalidade.
O aparelho superior - esta parte é a mais responsável e importante, incluindo três eclusas de gás operando de acordo com um esquema coordenado. 
O ciclo de operação deste nó é o seguinte:
Os saltos são levantadores de carga especiais. Com a ajuda de tais levantadores de galochas, as matérias-primas são capturadas do poço de caçamba, que é alimentado ao longo do viaduto inclinado.
Em seguida, as galochas são derrubadas, alimentando a carga na área de carregamento e retornando para uma nova porção. Hoje, esse processo é realizado de forma automática; unidades computadorizadas especiais são usadas para controle.
O bocal da lança do forno é direcionado para sua cavidade, através da qual é possível observar o curso do processo de fusão. Para fazer isso, os espreitadores com óculos resistentes ao calor são montados através de dutos de ar especiais. No corte, a pressão pode atingir um valor de 2,1-2,625 MPa.
Tapholes são usados para drenar ferro fundido e escória, imediatamente após a torneira eles são hermeticamente selados com argila especial. Anteriormente, eram usadas armas, que eram construídas com núcleo de argila plástica, hoje são usadas armas de controle remoto, que podem se aproximar da estrutura. Essa decisão possibilitou reduzir o índice de traumas e acidentes do processo, tornando-o mais confiável.
A produção de ferro-gusa é um negócio altamente lucrativo, mas é impossível estabelecer a produção de metal ferroso sem investimentos financeiros sérios. Alto-forno faça você mesmo em "condições artesanais" é simplesmente irrealizável, o que está associado a muitos recursos:
Mas em casa, você pode montar um forno de imitação (mini-alto-forno), com o qual pode derreter o metal.
Mas esses trabalhos exigem atenção máxima e são altamente desencorajados na ausência de experiência. Por que esse projeto pode ser necessário? Na maioria das vezes, é o aquecimento de uma estufa ou casa de campo com o uso mais eficiente de combustível.
Para fazer uma estrutura em casa, você precisa preparar:
Todo o trabalho deve ser realizado apenas na rua, pois o processo é bastante sujo e requer espaço livre.
As características de um forno auto-fabricado são:
A principal diferença entre um alto-forno “doméstico” será a restrição do acesso de ar à câmara de combustão, ou seja, a queima de lenha ou carvão ocorrerá com baixo nível de oxigênio. Um alto-forno industrial funciona de acordo com um princípio semelhante, mas um doméstico é usado apenas para aquecimento, é impossível derreter metal nele, embora a temperatura dentro da câmara seja suficiente.
A fabricação de altos-fornos é um processo caro e intensivo em recursos que não pode ser produzido em massa. Como os altos-fornos são utilizados exclusivamente na indústria, seu projeto e montagem são realizados para um complexo metalúrgico específico, que inclui diversas instalações e componentes de infraestrutura interna. Essa situação é observada não apenas na Federação Russa, mas também em outros países do mundo que possuem suas próprias instalações metalúrgicas.
O custo de fabricação e instalação de um alto-forno é bastante elevado, devido à complexidade do trabalho. Um exemplo é um grande complexo de alto-forno nº 7 chamado Rossiyanka, instalado em 2011. Seu custo foi de 43 bilhões de rublos, os melhores engenheiros do RV e de países estrangeiros estiveram envolvidos na produção. 
O complexo inclui os seguintes nós:
Desempenho complexo:
O novo complexo garante a produção de mais de 9.450 toneladas de ferro-gusa por dia, o volume útil do forno é de 490 metros cúbicos e o volume de trabalho é de 3.650 metros cúbicos. O projeto do alto-forno garante a produção de ferro-gusa sem desperdício e ecologicamente correta, o gás de alto-forno para usinas termelétricas e a escória utilizada na construção de estradas são obtidos como subprodutos.
Alto-forno - equipamento metalúrgico que permite obter ferro-gusa por meio do processamento de minério de ferro em escala industrial.
A peculiaridade da tecnologia proporciona não apenas alta qualidade dos produtos obtidos, mas também economia no consumo de coque. Durante o processo de produção, é possível controlar as condições de fusão, utilizando sistemas informatizados para isso, obtendo um produto com propriedades rigorosamente especificadas.
←Artigo anterior Próximo artigo→O alto-forno é uma unidade potente e de alto desempenho, que consome uma enorme quantidade de carga e explosão. O alto-forno moderno, de maior porte, consome diariamente cerca de 23.000 toneladas de carga, 18.000 toneladas de sopro, 1.700 toneladas de gás natural e produz 12.000 toneladas de ferro gusa, 4.000 toneladas de escória e 27.000 toneladas de gás de topo. Assim, cerca de 9 toneladas de ferro-gusa são fundidas a cada minuto em um grande alto-forno. Para garantir o fornecimento e a saída contínuos de uma quantidade tão grande de materiais, é necessário que os projetos do forno sejam simples e muito confiáveis.
Alto-forno - um forno tipo poço (Fig. 19). Materiais de carga - sinter (pellets) e coque são continuamente carregados no forno de cima em porções, que afundam lentamente; a duração de sua permanência no forno é de 4 ... 6 horas Na parte inferior do forno (topo da lareira) através das ventaneiras, é fornecido o sopro - ar aquecido; nas lanças, devido ao oxigênio da explosão, o coque queima com a liberação de calor, e os produtos quentes da combustão sobem pela coluna de carga, aquecendo-a; o tempo de residência dos gases no forno é de 3…12 s.
Arroz. 19. Vista geral de um alto-forno com aparelho de carregamento de dois cones:
1 - fundação; 2 - coluna; 3 furos para produção de ferro fundido; 4- calhas de ferro fundido; 5 - dispositivos de ventaneira; b - duto de ar anular; 7 - anel marator do invólucro; 8 - forro; 9 - invólucro de aço; 10 - topo; 11 - cone grande; 12 - cone pequeno; 13 - mecanismo rotativo do dispositivo de carregamento; 14 - funil de recebimento; 15, 19 - saídas de gás; 16 - pular; 17 - funil; 18 - ponte inclinada; 20 - funil (tigela); 21 furos para liberação de escória; 22 - plataforma.
Quando a carga de aquecimento é reduzida, o ferro é reduzido a partir de óxidos nele, que carburiza, derrete e cai na lareira, formando ferro-gusa, e os óxidos não reduzidos na parte inferior do forno (fundo do poço, vapor) são derretidos , formando escória, que também flui para a lareira. Ferro fundido e escória acumulada na lareira, com uma temperatura de 1450 ... 1500 ° C, são liberados periodicamente através de furos de ferro fundido e escória.
Uma vista geral de um alto-forno equipado com um dispositivo de carregamento de dois cones é mostrada na fig. 19. A fornalha repousa sobre a fundação 1, a maior parte da qual está enterrada no solo. No exterior, o forno encontra-se encerrado num invólucro de aço maciço 9. No interior do invólucro existe um revestimento 8, arrefecido por frigoríficos, que são fixados à superfície interior do invólucro. Na parte inferior do forno (lareira) existem furos 3 para liberação de ferro fundido e furos 21 para liberação de escória.
Um duto de ar revestido em anel 6 é colocado em torno do forno, no qual o sopro quente (ar) é fornecido pelos aquecedores de ar; o duto de ar anular serve para fornecer sopro a numerosos dispositivos de ventaneira 5 localizados ao redor da circunferência do forno, através dos quais o sopro entra na parte superior da fornalha.
Acima do topo 10 do forno há um dispositivo de topo. Inclui saídas de gás 15, 19, que servem para retirar o gás de alto-forno do forno; um aparelho de enchimento (carregamento) e vários outros mecanismos ligados ao carregamento ci da carga e remoção do gás. Os elementos do aparelho de carregamento são mostrados: um grande cone 11 que fecha o funil (tigela) 20; um pequeno cone 12 que fecha o funil 17 e um mecanismo 13 que assegura a sua rotação; funil de recebimento 14, no qual os materiais de carga são despejados da caçamba 16 virando-a e a caçamba é entregue ao topo ao longo dos trilhos da ponte inclinada 18.
A severidade do invólucro e do revestimento da parte superior do forno é transferida para a fundação através do anel marator 7 do invólucro e da coluna 2. O ferro líquido descarregado do forno através dos orifícios 3 entra nas calhas de ferro fundido 4 localizadas na a plataforma de trabalho 22 e através deles nas conchas de ferro fundido; A escória descarregada através dos furos 21 flui através de calhas de escória localizadas no local 22 para panelas de escória ou para instalações de granulação em forno de escória líquida.
O perfil de um alto-forno é chamado de contorno do espaço de trabalho, limitado pelo revestimento. Em seções horizontais (transversais), o perfil é um círculo de diâmetro variável.
O perfil do forno em corte axial vertical é mostrado na fig. vinte; os principais elementos do perfil são a fornalha, ombros, vapor, fuste e topo, que compõem o volume útil do forno, ou seja, volume a partir do eixo do furo de macho de ferro fundido - O.Ch.L. - para o fundo dos elementos móveis do aparelho de carregamento na posição abaixada (o volume útil não inclui o volume 1 da parte inferior da lareira desde o eixo do furo de torneira de ferro fundido até a alvenaria da brema, onde há uma camada não drenante de ferro líquido, e volume 2, limitado pela cúpula 3 do forno, no qual estão localizados os elementos do aparelho de carga).
Arroz. 20. Perfil do alto-forno
A parte superior tem a forma de um cilindro e serve para receber a carga carregada de cima. Abaixo do topo há um eixo que se expande para baixo; esta expansão é necessária para permitir o abaixamento livre dos materiais de carga, cujo volume aumenta como resultado do aquecimento. O raspar, que é um cilindro curto, serve para criar uma transição suave do eixo de expansão para os ombros afilados.
Os ombros são feitos na forma de um cone truncado; sua forma é necessária, pois a parte de minério da carga é derretida aqui, como resultado do qual o volume da carga diminui e os ombros afunilados não permitem que a carga caia muito rapidamente na lareira. Esta última tem formato cilíndrico, acumulando-se ferro líquido e escória em sua parte inferior, e o jateamento é fornecido à parte superior e o combustível (coque) queima aqui.
O tamanho principal do alto-forno é o volume utilizável. Na Rússia, os altos-fornos são construídos de acordo com projetos padrão, segundo os quais são fornecidos os seguintes volumes úteis, m 3: 1033, 1386, 1513, 1719, 2002, 2300, 2700, 3000, 3200, 4500, 5000 e 5500 .
A fundação é a base do forno e serve para transferir a carga criada pela massa do forno para o solo. A área da fundação é calculada levando em consideração a massa do forno (por exemplo, a massa de um forno com um volume de 5000 m 3 com carga atinge 450 toneladas) e o fato de que a pressão no solo não deve exceder 2,5 kg /cm2.
A fundação é composta por duas partes (Fig. 21): a inferior, subterrânea, chamada de sola 1, e a superior, chamada de cepa 2. A sola é de concreto e a cepa é de concreto refratário com resistência ao fogo de 1400 ... 1500 ° C. A resistência ao calor é conferida ao concreto pelo uso de um enchimento refratário - fireclay. O cimento Portland com argila refratária finamente moída ou aditivos de argila refratária é usado como aglutinante.
Arroz. 21. A fundação e o fundo do forno com volume de 5500 m 3: 1 - a sola da fundação; 2 - toco; 3 - blocos de carbono; 4 - refrigeradores; 5 - resfriamento a ar do fundo da dourada A sola é feita na forma de uma laje octogonal com uma espessura de 4 ... 6 m, a espessura do coto é de 2 ... 3,5 m. A fundação dos fornos modernos é protegida contra superaquecimento e destruição térmica por resfriamento a ar o fundo da brema (a junção da brema com o toco).
As colunas de aço repousam na parte inferior da fundação para a maioria dos fornos (Fig. 19, 2), transferindo a carga da estrutura superior do forno.
A carcaça do alto-forno é uma estrutura soldada composta por correias cilíndricas e cônicas feitas de chapa de aço. A espessura do invólucro na parte superior é 20…40, na parte inferior 40…60 mm. A carcaça é feita de aços com alta resistência ao impacto, resistência, ductilidade, resistência ao calor (16G2AF, 10G2S1, 14G2, etc.).
A maioria dos fornos tem um invólucro com um marator ou um anel marator (Fig. 19, 7), ou seja, anel de chapa de aço localizado horizontalmente, soldado na carcaça da parte inferior do eixo e na parte superior dos ombros. Através do marator e colunas (Fig. 19, 2), a carga da parte superior do forno é transferida para a fundação; além disso, o marator serve como suporte para a colocação do eixo e do vapor.
Construídos nos últimos anos, fornos domésticos com volume de 3000 ... 5000 m 3 começaram a ser feitos com autoportantes, ou seja, carcaça lisa sem anel marator. Ao mesmo tempo, as condições de sustentação da alvenaria do poço na carcaça se deterioraram e em um novo forno doméstico mais potente com um volume de 5500 m 3, a carcaça é autoportante, mas com um pequeno anel marator que serve para sustentar a alvenaria da mina.
Na carcaça do forno são feitos recortes para lanças, furos de ferro fundido e escória, para refrigeradores horizontais (se houver), bem como furos para parafusos para fixação de refrigeradores verticais e para tubos de abastecimento de água aos mesmos.
Os refrigeradores servem para resfriar o revestimento e a carcaça do forno com a ajuda de água industrial fria que passa por eles e no resfriamento evaporativo - com a ajuda de água fervente quimicamente purificada. Os refrigeradores de fogão são amplamente utilizados, localizados verticalmente entre a carcaça e o revestimento. Um refrigerador é um fogão de ferro fundido com um tubo de aço preenchido na forma de uma bobina para circulação de água. O refrigerador é fixado à carcaça do forno com parafusos.
No resfriamento evaporativo, para evitar a formação de bloqueios de vapor, a água fervente deve se mover de baixo para cima; portanto, dois ou mais tubos dispostos verticalmente são despejados na laje com suprimento de água para cada um deles por baixo e saída por cima.
O revestimento refratário (alvenaria) de um alto-forno é projetado para reduzir as perdas de calor e proteger o revestimento da exposição a altas temperaturas e do contato com metal líquido e escória.
Refratários aplicáveis. Para o revestimento de um alto-forno, são usados tijolos refratários de alta qualidade (alto-forno), tijolos de alta alumina, blocos de carbono e, às vezes, tijolos de carboneto de silício. Chamotte é baseado em SiO 2 e Al 2 O 3 .
Para altos-fornos, a norma prevê três graus de produtos refratários com teor de Al 2 O 3 de pelo menos 42, 41 e 39%, respectivamente; eles são caracterizados por maior densidade e resistência, alta refratariedade (> 1750 ° C), baixo teor de Fe 2 O 3 (< 1,5 %).
Tijolos com maior teor de Al 2 O 3 são usados para assentar o fundo do forno e com menor teor para assentar o topo. Além disso, para fornos de assentamento com volume ≤1033 m 3, a norma prevê um grau de argila refratária com teor de Al 2 O 3 menor (> 37%), menor resistência ao fogo (> 1730 ° C), resistência e densidade. O tijolo pode ter 230 mm de comprimento (normal) e 345 mm (um e meio). O uso de tijolos de vários comprimentos garante um bom entrelaçamento das juntas de alvenaria.
Tijolo de mulita com alto teor de alumina usado para colocação de sargo contém > 63% Al 2 O 3 com resistência ao fogo > 1800 °C. O tijolo de carboneto de silício para alto-forno contém > 72% de SiC e > 7% de nitrogênio e difere dos refratários baseados em Al 2 O 3 e SiO 2 por resistência e condutividade térmica notavelmente mais altas.
Os blocos de carbono são feitos de coque e antracito queimado com a adição de uma pequena quantidade de piche de alcatrão de carvão como aglutinante. O comprimento dos blocos atinge 3 ... 4 m, são retangulares na seção 400 × 400 e 550 × 550 mm. Blocos em combinação com tijolos de alta alumina de grande porte (400 × 200 × 100 mm) são usados para colocar a parte mais baixa do forno - a brema.
As costuras entre os tijolos refratários são preenchidas com uma argamassa feita de argamassas correspondentes à classe dos tijolos. A argamassa é um pó composto de chamota triturada e argila refratária. Para alvenarias responsáveis, são utilizadas argamassas com adição de pequenas quantidades de tensoativos e adesivos (soda, vinhaça sulfito-álcool), o que permite preparar soluções com menos umidade e aumentar sua plasticidade.
Para preencher as costuras entre os blocos de carbono, é utilizada uma pasta de carbono, composta por coque e piche. A folga entre os blocos é permitida não mais que 0,5 mm para juntas verticais e não mais que 1,5 mm para juntas horizontais.
Brema. Anteriormente, as bremas dos altos-fornos eram dispostas a partir de tijolos refratários de alta qualidade. No entanto, o aumento do volume dos fornos e a intensificação da fundição provocaram a rápida destruição dessa alvenaria. Portanto, atualmente, as douradas são feitas de carbono total ou combinadas de refratários de carbono e alto teor de alumina. O uso de refratários carbonáceos deve-se ao fato de que, devido à sua alta condutividade térmica, o superaquecimento é reduzido e, como resultado, a destruição da alvenaria de sargo é reduzida.
Buzina. O revestimento da fornalha ao nível das ventaneiras é feito de blocos de carbono, e nas áreas das ventaneiras e de ferro fundido e escória, tapumes de tijolos refratários (> 42% Al 2 O 3), uma vez que o carbono aqui pode ser oxidado por jateamento oxigênio, dióxido de carbono (CO 2), bem como vapor de água de massas refratárias. Ao trabalhar em massas de furos anidros, a região dos furos de ferro fundido é feita de blocos de carbono. Para evitar a oxidação dos blocos de carbono durante o sopro do forno, eles são protegidos por alvenaria em uma fileira de tijolos refratários.
A espessura do revestimento na parte inferior da lareira atinge 1600 mm. Do lado de fora, a alvenaria da lareira é resfriada por geladeiras de placas lisas.
Ombros. A colocação dos ombros é mais frequentemente feita de tijolos de paredes finas (espessura 230 ou 345 mm) de argila refratária (> 42% Al 2 O 3) em uma linha, enquanto o tijolo é adjacente aos refrigeradores de placas periféricas com tijolos vazados. Às vezes, tijolos de carboneto de silício são usados em vez de argila refratária. O revestimento dos ombros se desgasta rapidamente e, em vez disso, forma-se uma camada de scull (escória solidificada e pequenos pedaços de carga) na superfície dos refrigeradores.
Mina e raspar. A colocação do vapor e da parte resfriada do poço (~ 2/3 de sua altura a partir de baixo) é feita de argila refratária (> 41 ... 42% Al 2 O 3) ou tijolos de carboneto de silício, e a colocação do a parte superior não resfriada do eixo é feita de argila refratária contendo > 39% de Al 2 O 3 . Os tijolos são colocados em duas ou três linhas em um curativo.
A colocação de uma mina com vapor pode ser grossa, média e de paredes finas. Nos anos anteriores, a alvenaria de paredes espessas era amplamente utilizada (a espessura do topo do poço é de 800 ... 900 mm e até 1300 mm na área de vapor) com resfriadores horizontais enterrados na alvenaria e servindo de suporte. No entanto, devido ao fato de os resfriadores estarem localizados distantes um do outro, a carcaça é mal resfriada e, após o desgaste do revestimento, ocorre seu superaquecimento local, causando deformação térmica e possibilidade de trincas.
Além disso, recortes na carcaça para instalação de refrigeradores horizontais reduzem sua resistência e tornam a carcaça menos hermética. Nesse sentido, nos últimos anos, foram feitas minas de paredes finas e médias. O eixo de parede fina (e vapor) tem uma espessura de alvenaria de 230–345 mm na parte resfriada e 575–690 mm na parte superior não resfriada com resfriamento por refrigeradores verticais com nervuras, e alguns dos refrigeradores possuem saliências horizontais que servem como um suporte para a alvenaria e ajuda a manter a borda.
O eixo de parede média tem uma espessura de alvenaria na parte refrigerada de 575 ... 900 mm e na parte não refrigerada de 700 mm, o resfriamento é combinado de resfriadores verticais com nervuras em combinação com horizontais ou de resfriadores verticais com nervuras saliências.
Na parte a vapor e resfriada do poço, à medida que o tijolo se desgasta, forma-se uma camada de scull. A fim de reduzir a pressão da alvenaria que se expande ao aquecer na carcaça do forno e evitar sua ruptura, uma folga de 70 ...
Topo. O revestimento superior em si consiste em uma fileira de tijolos refratários dispostos no invólucro. Atrás dele, há uma “proteção do forno”, que percebe os golpes das peças de carga caindo de cima durante o processo de carregamento. Sua ampla variedade consiste em segmentos de aço - caixas vazadas preenchidas com tijolos refratários. Os segmentos estão localizados em várias fileiras de anéis ao longo da altura superior; segmentos adjacentes ao longo da circunferência são interligados por parafusos.
Toda a proteção superior é fixada ao invólucro com a ajuda de vários ganchos, em cada um dos quais os segmentos são fixados a uma placa vertical conectada a um brinco, que é suspenso livremente em um pino inserido no orifício do suporte; o último é aparafusado ao invólucro. Tal suspensão permite que todos os segmentos se movam para cima em caso de crescimento da alvenaria do eixo na direção vertical como resultado do seu aquecimento.
A lareira é condicionalmente dividida em duas partes - a zona superior da ventaneira, onde o coque queima, e a inferior - o receptor de metal, que serve para acumular ferro líquido e escória, e onde estão localizadas as torneiras de ferro fundido e escória. A altura da lareira (a distância do eixo do furo de ferro fundido até os ombros) nos fornos modernos é de 3,2 ... 3,9 m, e no forno doméstico mais potente com um volume de 5500 m 3 é aumentado para 5,7m.
As torneiras de ferro gusa estão localizadas 600 ... 1800 mm acima da brema, e a parte do receptor de metal localizada abaixo das torneiras é preenchida com uma camada não drenante ou "morta" de ferro líquido; esta camada é necessária para evitar a erosão da brema pelas correntes de ferro fundido na lareira e para protegê-la da exposição a altas temperaturas. Fornos de pequeno volume têm um furo de torneira de ferro fundido, fornos com volume de cerca de 2000 m 3 - dois, fornos com volume de 2700 m 3 - três e fornos com volume de 3200 ... 5500 m 3 - quatro torneiras.
Em grandes fornos com quatro furos de operação alternados, o número de saídas de ferro fundido por dia chega a 18 ... 24, em um forno com um volume de 1000 m 3 é de 4 ... 5.
Os furos de macho de escória estão localizados 1,4 ... 2,0 m acima do eixo dos furos de macho de ferro fundido Os fornos com volume igual ou inferior a 2700 m 3 possuem dois furos de macho de escória que servem para liberar a chamada escória "superior"; além disso, parte da escória escoa junto com o ferro fundido através dos furos de passagem de ferro fundido (escória “inferior”). Em fornos com volume de 3200 ... 5500 m 3 com quatro furos de ferro fundido, quase toda a escória sai pelos furos de ferro fundido junto com o ferro fundido, e nestes fornos é feito um furo de escória, que tem uma reserva valor.
O furo de torneira de ferro fundido é mostrado na fig. 22. O recorte para o furo de torneira na carcaça do forno é emoldurado por uma armação anular de aço 2 soldada a ele, revestida no interior com tijolos refratários. A letka é um canal de passagem na alvenaria da lareira e da armação; este canal com largura de 250...300 e altura de 400...500 mm é preenchido com massa refratária. Para liberar o ferro fundido na massa, um furo com diâmetro de 50 ... 80 mm é perfurado usando uma furadeira que gira a broca. Após a liberação do ferro fundido, o canal do taphole é entupido com uma massa refratária usando uma pistola elétrica.
Arroz. 22. Entalhe de ferro fundido: Os furos de escória são emoldurados com reforço, chamado dispositivo de escória, que é colocado na abertura dos refrigeradores do forno e preso à carcaça do forno. O dispositivo de escória é mostrado na fig. 23.
Arroz. 23. Dispositivo de escória Consiste em elementos conectados telescopicamente: lança oca refrigerada a água soldada ou estampada 1 com um diâmetro de 50...70 mm, resfriador oco de cobre fundido (brecha de escória) 2, resfriador de ferro fundido 3 com bobina espiral inundada para resfriamento de água , brecha refrigerada a água em ferro fundido 4 de design semelhante e estrutura 5, com a qual o dispositivo é fixado à carcaça do forno.
Todos os elementos do dispositivo possuem formato cônico, o que facilita sua substituição em caso de danos. A abertura da lança de escória é fechada com um bujão de metal usando uma rolha mecânica especial. A cavidade cônica do dispositivo de escória é preenchida com uma massa refratária, na qual é feito um furo para a escória sair do forno. Os tubos 6 são usados para fornecer água de drenagem para a ventaneira.
Na parte superior da fornalha a uma distância de 2700...3500 mm do eixo da torneira de ferro fundido da fornalha ao longo de sua circunferência, são instaladas ventaneiras de ar a intervalos regulares através das quais o sopro aquecido a 1100...1300 ° C, gás natural e outros aditivos de combustível (óleo combustível, carvão pulverizado) entram no forno ).
Nos fornos existentes com um volume de 1033 a 5500 m3, o número de ventaneiras é de 16...42).
Um complexo de dispositivos que servem para fornecer explosão para a lareira a partir de um duto de ar anular é chamado de dispositivo de ventaneira (Fig. 24).
Arroz. 24. Ferramenta Tuyère A parte principal do dispositivo é uma lança de ar oca de cobre 1 com um diâmetro interno de 140…190 mm, refrigerada por água. A ventaneira se projeta da alvenaria para dentro do forno a uma distância de 300…500 mm.
A lança é instalada em um vão de cobre fundido oco 2, e o vão é instalado em um refrigerador de ferro fundido (cabine) 3 com um tubo espiral cheio, que é fixado ao invólucro do forno com parafusos com sua flange. A lança, a brecha e o refrigerador são resfriados por água corrente.
O jacto fornecido à ventaneira 1 a partir da conduta de ar anular 12 passa através da manga 11 ligada a esta e do tubo de derivação fixo (cotovelo) 10; joelho móvel 7, que é fixado ao bocal 10 com dois ganchos 8, e um bocal substituível 4. O joelho móvel 7 pressiona o bocal contra a ventaneira usando um tensor de mola 5 preso ao invólucro do forno.
Para garantir a estanqueidade do dispositivo (no caso de distorções de elementos individuais como resultado de aquecimento, etc.), são fornecidas juntas esféricas na junção da lança-bico, cotovelo móvel do bico e tubo cotovelo móvel 10 (o juntas são afiadas ao longo da superfície esférica). Na extremidade do joelho móvel, é fornecido um visor 6 coberto de vidro para monitorar o funcionamento da zona da ventaneira.
A manga, o tubo de derivação 10 e o cotovelo móvel são revestidos no interior com tijolos refratários. O bocal é feito de aço com um revestimento fino no interior.
A lança e a brecha queimam periodicamente e para trocá-las, o tensor 5 é desconectado, as suspensões 8 são afrouxadas e o joelho móvel é girado em torno do eixo 9 das suspensões 8 para uma posição conveniente para remover o bico, a lança e a brecha.
O duto de ar anular 12, através do qual o jato quente é fornecido às ventaneiras, é revestido com tijolos de argila refratária e tem um diâmetro claro de 800...1800 mm, dependendo do volume do forno.
O dispositivo superior é uma estrutura metálica de vários andares que serve para suportar um conjunto de mecanismos projetados para carregar carga em um alto-forno (aparelhos de carregamento, etc.), remover gases (saídas de gás) e instalar equipamentos.
Saídas de gás. Para remover o gás do alto-forno, existem aberturas na cúpula do forno e saídas de gás que saem delas. Normalmente, o número de saídas de gás é quatro, elas são primeiro conectadas simetricamente em pares e depois em um duto de gás que desce até os coletores de poeira localizados na marca zero (em fornos com volume de 5000 ... 5500 m 3 existem oito saídas de gás e dois dutos de gás descendentes cada). As velas verticais (tubos) partem dos pontos superiores das saídas de gás, terminando com uma válvula atmosférica, que se abre, liberando gás na atmosfera quando a pressão no forno excede a permitida. O número de velas com válvulas varia de duas a quatro; elas também servem para liberar gás quando o forno para.
aparelho de enchimento. Ele é projetado para carregar a carga, sua distribuição necessária sobre a seção transversal do topo, ou seja, forno e para garantir a estanqueidade do forno durante o carregamento, ou seja, para evitar a entrada de ar no forno, levando à possibilidade de explosão, e para evitar a liberação de gás do forno na atmosfera.
A maioria dos altos-fornos está equipada com dispositivos de carregamento de cone duplo, e novos fornos estão sendo construídos com dispositivos de carregamento de um novo design - sem cone.
O dispositivo de carregamento de dois cones é mostrado na fig. 25 a.
Seus principais elementos são:
Arroz. 25. Dispositivo de carregamento de dois cones (a) e empresa sem cones "Pol-Würth" (b): Cones grandes e pequenos podem se mover para cima e para baixo; na posição superior, o cone grande é pressionado contra o funil 2 e o cone pequeno contra o funil 10, isolando o espaço de trabalho do forno da atmosfera; a posição dos cones no estado abaixado é mostrada pela linha pontilhada. Um pequeno cone é suspenso em uma haste tubular oca 5, um grande - em uma haste 3 que passa dentro da haste oca 5, de modo que os cones podem ser abaixados e levantados independentemente um do outro. O funil 10 está conectado a um acionamento que garante sua rotação juntamente com um pequeno cone.
Os materiais de carga são entregues ao topo por duas caçambas (carrinhos) que se movem ao longo dos trilhos 8 de uma ponte inclinada 9; na posição mais alta, salta 7 capotagens, pois as suas rodas dianteiras rolam ao longo de carris dobrados para baixo e as rodas traseiras rolam ao longo de outros carris dobrados para cima e levantando a parte de trás da caçamba (ver Fig. 25, a). Nesse caso, uma porção da mistura é despejada através do funil de recebimento na superfície do cone pequeno, após o que desce e o material derrama na superfície do cone grande, e o cone pequeno sobe imediatamente.
De maneira semelhante, dois a seis saltos são carregados na superfície de um cone grande (ganhando alimentação). Então, com o cone pequeno levantado, o cone grande é abaixado e o material de alimentação é derramado no forno, após o que o cone grande é levantado.
Em seguida, uma nova alimentação é coletada no cone grande (dois a seis saltos), mas antes de cada abaixamento do cone pequeno, ele gira 60° com o funil 10. Tendo carregado esta alimentação no forno abaixando e levantando um cone grande, a próxima alimentação é desenhada nele; ao mesmo tempo, antes de cada abaixamento do pequeno cone, ele gira com o funil 120 ° em relação à sua posição original. Ao pegar o avanço subsequente, o ângulo de rotação é de 180°, etc.
Graças a esta rotação do distribuidor, a alimentação não cai em um lugar sob a ponte inclinada 9, mas é distribuída de maneira relativamente uniforme em torno da periferia do topo.
Durante o processo de carregamento, os cones funcionam alternadamente: quando um é abaixado, o outro é levantado (fechado), o que garante a estanqueidade do forno.
Depois de abaixar o cone pequeno no espaço intercone, é criada uma pressão correspondente à pressão atmosférica, e o cone grande fica sob a pressão dos gases no forno, o que o impede de abaixar. Após o abaixamento do cone grande, uma pressão igual à pressão dos gases no forno é criada no espaço intercone, o que impede a abertura do cone pequeno.
Para equalizar a pressão no espaço intercone e no forno, gás puro é alimentado no espaço intercone a uma pressão próxima à pressão do gás no forno. Isso é feito antes de abaixar o cone grande com a ajuda de válvulas equalizadoras e, ao abaixar o cone pequeno, a válvula de alívio libera gás do espaço entre cones para a atmosfera. A operação das válvulas equalizadoras é automatizada e interligada com a operação dos cones do aparelho de carregamento.
O ponto fraco do aparelho são as articulações dos cones com os funis correspondentes. Aqui, devido ao aumento da pressão no forno, vazamentos de gás do alto-forno e a poeira contida nele causam desgaste abrasivo do metal. Portanto, a resistência dos cones é baixa, pequena; o cone é substituído quase a cada seis meses e o grande após 1,5 ... 2,5 g.
Entre vários dispositivos de carregamento sem cone, o design da empresa Paul Würth (Luxemburgo) provou-se bem. Um diagrama de tal dispositivo é mostrado na Fig. 25, B.
Seus principais elementos:
As eclusas 5 com um volume de 50...80 m 3 são equipadas com válvulas de fechamento de gás no topo 4, 7 em baixo e porta de dosagem de lote 6. As válvulas de fechamento de gás garantem a estanqueidade do forno, pois a válvula superior é aberto quando o inferior está fechado e vice-versa. A válvula de corte 9 serve para vedar o forno durante as reparações do dispositivo de carregamento.
A carga é carregada da seguinte forma. O funil de recebimento 2 é instalado acima da tremonha vazia 6, a válvula de corte de gás superior 4 é aberta com a válvula inferior 7 e o obturador 6 do bunker fechados e, abrindo o obturador 3 do funil, o lote é alimentado para o bunker do transportador de lote 1; depois de encher a tremonha, feche o obturador do funil e a válvula superior de corte de gás.
Para descarregar a carga no forno, a válvula de corte de gás inferior é aberta e, em seguida, a porta de carga 6 da tremonha, enquanto a taxa de material que sai da tremonha é determinada pelo grau de abertura da porta de carga. O material que sai da tremonha através do tubo 8 entra na bandeja rotativa 11 e rola para dentro do forno. Depois de esvaziar a tremonha, a porta de carga b e depois a válvula de corte de gás inferior 7 são fechadas. Durante o esvaziamento da tremonha, a bandeja faz pelo menos 10 rotações, enquanto o ângulo da bandeja é alterado de acordo com um determinado programa dentro de 7 ... 53 °, a descarga dura 60 ... 140 s.
As tremonhas direita e esquerda 5 funcionam alternadamente: quando uma tremonha está cheia, o material da outra é descarregado no forno. A mistura do transportador 1 é enviada para um determinado bunker movimentando o funil de recebimento 2. As válvulas de vedação de gás exercem apenas a função de vedação, não em contato com a mistura, o que aumenta sua vida útil.
Durante o funcionamento do dispositivo de carregamento, antes de abrir as válvulas de corte de gás, a pressão nas tremonhas 5 é equalizada com a pressão no forno ou com a pressão atmosférica. Para evitar a emissão de gás de alto-forno empoeirado dos bunkers 5 para a atmosfera, os fornos domésticos são fornecidos com um sistema de supressão de poeira, que consiste no fato de que o nitrogênio é fornecido ao bunker durante o descarregamento da carga dele a uma pressão maior do que a pressão dos gases no forno e, portanto, os gases do forno no bunker e dele não entram na atmosfera.
A desvantagem do dispositivo é que o complexo mecanismo de rotação da bandeja está localizado na cúpula do forno e, para seu resfriamento e proteção contra gases quentes, é necessário gastar muito (10 ... 30 mil m 3 / h) de nitrogênio ou gás de alto-forno resfriado e purificado; além disso, uma vez a cada três a quatro meses, é necessário um breve desligamento do forno para substituir as juntas de borracha das válvulas de corte de gás.
Fontes:
A produtividade é determinada pelo tamanho do forno. A potência máxima é observada quando o volume dos fornos do tipo poço é de 2 a 5 mil metros cúbicos. m. Seu diâmetro é 11-16 m, altura - 32-37 m.
Esquema de um alto-forno
O forno de cuba consiste nos seguintes elementos:
topo;
minas;
vapor;
ombros;
forja;
brema.
Topo- um dos elementos do espaço de trabalho, que prevê um certo nível de materiais distribuídos pela seção da mina.
Minha- a parte cilíndrica do alto-forno, onde se mantém a temperatura suficiente para fundir a carga. A redução do ferro ocorre na mesma parte do forno.
Raspar- a seção mais larga da estrutura, destinada aos principais processos de fusão. Abaixo estão os ombros que contribuem para o superaquecimento e o movimento do fundido e da escória para a próxima seção da estrutura.
O chifre é colocado acima da brema, que é uma alvenaria feita com tijolos refratários. O chifre é aquela parte da fornalha onde e são coletados. Entre os ombros e a lareira existem ventaneiras para fornecimento de gás quente (ar enriquecido com oxigênio) e gás natural.
Princípio da Operação
A mistura é alimentada com a ajuda de um guincho e entra no funil de recebimento. A composição da carga é representada por calcário, coque, sinter fluxado e minério. É possível adicionar pellets.
Os cones superiores (grandes e pequenos) funcionam alternadamente, transferindo a mistura de materiais para o eixo. No processo de operação do alto-forno, ocorre um fluxo gradual de carga. O aquecimento é realizado como resultado da combustão do coque, acompanhada pela liberação de calor.
A temperatura do gás da lareira está na faixa de 1900 a 2100 graus Celsius. É constituído por N 2 , H 2 e CO. Ao se movimentar na camada, não só contribui para o seu aquecimento, mas também inicia os processos de redução de ferro. A alta temperatura do gás é alcançada devido à alta temperatura do ar nos aquecedores de ar (1000-2000 graus).
Gás com temperatura de 250 a 300 graus, vindo do forno, é um alto-forno, após a remoção da poeira - um alto-forno. O menor poder calorífico do gás de alto-forno corresponde a 3,5 - 5,5 MJ/m 3 . A composição é diferente, é determinada como resultado do fornecimento de gás natural e do enriquecimento da explosão com oxigênio, é representada por tais substâncias:
N2 - 43-59%;
CO - 24-32%;
CO2 - 10-18%;
H2 - 1-13%;
CH4 - 0,2-0,6%.
Basicamente, o gás é necessário para dar uma certa temperatura aos bicos dos aquecedores de ar do alto-forno. Em combinação com gás natural ou de coqueria, é utilizado em diversos fornos, inclusive térmicos e de aquecimento.
O ferro que entra na parte inferior do alto-forno sofre fusão e se acumula na fornalha na forma de ferro fundido. A escória fluida é formada a partir de óxidos de ferro, combinados com e permanece na superfície do ferro fundido, pois possui uma densidade menor.
Periodicamente, ferro fundido e escória saem pelos orifícios correspondentes - ferro fundido, escória. Nos casos em que a quantidade de escória é desprezível, apenas um furo de macho de ferro fundido é usado. A separação da escória ocorre no local de fundição. A temperatura do ferro fundido na forma líquida está na faixa de 1420 a 1520 graus.
A alta produtividade do alto-forno é alcançada devido à presença de potentes aquecedores de ar, que são trocadores de calor do tipo regenerativo. Muitas vezes, os aquecedores de ar de alto-forno são chamados de cowpers em homenagem ao seu criador.
Cowper - um invólucro localizado verticalmente na forma de um cilindro, criado a partir de uma folha e um bico de tijolo. A câmara de combustão do aquecedor de ar, nomeadamente a sua parte inferior, é constituída por um queimador e uma conduta de jacto de ar quente. Foram utilizadas válvulas no espaço sob a embalagem, o que possibilitou a conexão com a saída para a chaminé e o duto de ar frio.
A versão moderna do forno de cuba é feita com quatro cowpers operando alternadamente: o bico de um dos dois cowpers é aquecido devido à entrada de gases de combustão aquecidos a alta temperatura, o ar aquecido penetra através do terceiro cowper. O quarto cowper é uma reserva.
A duração do sopro é de 50 a 90 minutos, então o cowper resfriado é aquecido, o sopro é realizado no próximo cowper mais quente. Durante o aquecimento, o queimador funciona, os gases de combustão penetram na chaminé sem obstáculos através da válvula aberta. Neste momento, as válvulas localizadas nos dutos de ar quente e frio estão fechadas.
Como resultado da combustão do combustível, os produtos de combustão são formados, que se movem para cima e entram no espaço da cúpula da câmara de combustão, depois descem e aquecem o bico. Somente depois disso, os produtos combustíveis com uma temperatura de 250 a 400 graus entram na chaminé pela válvula de fumaça.
Durante o sopro, ocorre o processo inverso: a válvula de fumaça está fechada, o queimador não funciona, enquanto as válvulas instaladas nos dutos de ar quente e frio estão abertas. O jato frio é fornecido ao espaço de preenchimento a uma pressão de 3,5-4 atm, depois se move através de um bico aquecido e, de forma aquecida, passa pela câmara de combustão para o duto de ar quente, de onde é alimentado na fornalha.
Sob certas condições, a explosão pode ser umidificada e enriquecida com nitrogênio ou oxigênio. Ao usar nitrogênio, é possível gastar e controlar economicamente o processo de fusão em um alto-forno. A economia de coque também é possível como resultado do enriquecimento da explosão com oxigênio até 35-40% quando combinado com gás natural. Ao aumentar a umidade para 3-5%, é possível obter uma temperatura de aquecimento de jateamento mais alta no cowper. Tais resultados são alcançados devido à intensificação da transferência de calor radiante na embalagem.
A altura dos cowpers é de cerca de 30-35 m, o diâmetro não é superior a 9 m. As partes superior e inferior do bocal são feitas de dinas ou tijolos de alta alumina e refratários, respectivamente. As células 4545, 13045, 110110 mm são criadas a partir de um tijolo compactado com uma espessura de 40 mm. Em altos-fornos são também utilizados outros recheios, nomeadamente recheios constituídos por blocos de seis faces com passagens horizontais e células redondas. Bicos também são usados, cuja base são bolas de alta alumina.
Para cada metro cúbico de volume de um bocal de tijolo, é fornecida uma superfície de aquecimento aproximada de 22 a 25 metros quadrados. m. O volume do alto-forno é 1-2 vezes o volume do bocal de cowper. Por exemplo, com um volume de forno de 3.000 metros cúbicos. m cowper volume será de cerca de 2000 metros cúbicos. m (3000 / 1,5).
Os mais comuns são os cowpers equipados com uma câmara de combustão embutida. Entre suas principais desvantagens estão o aquecimento excessivo do teto, a deformação da câmara de combustão como resultado da longa operação do forno. O queimador de cowper pode ser remoto e a câmara de combustão também pode ser localizada sob a cúpula. Na presença de um queimador remoto, são fornecidas alta durabilidade e conveniência, mas o preço desses dispositivos é o mais alto. Cowpers equipados com uma câmara de combustão abobadada são os mais baratos, mas a operação é mais complicada, porque o queimador e as válvulas estão localizados bem altos.
No processo de sopro, a temperatura à qual o ar é aquecido (1350-1400 graus) diminui gradualmente e está na faixa de 1050 a 1200 graus. Ao usar um alto-forno estacionário, tais flutuações são evitadas controlando a temperatura. Os indicadores desejados aparecem como resultado da adição de ar frio do duto de ar frio. A temperatura da explosão é reduzida para 1000-2000 graus e, com ela, o conteúdo de ar frio na mistura.
Balanço material aproximado da produção de ferro no alto-forno
Considere o equilíbrio térmico da fundição de 1 kg de ferro-gusa. Ao compilar os balanços, são levados em consideração sinter, ferro fundido, escória e gás de alto forno.
Pellets: óxido de ferro (III) - 81%, dióxido de silício - 7%, óxido de cálcio - 5%, óxido de ferro (II) - 4%, óxido e óxido - 1%, óxido de manganês - 0,3%, óxido de fósforo - cerca de 0,09 %, enxofre - cerca de 0,03%.
Aglomerado: óxido de ferro (III) - 63%, óxido de ferro (II) - 16%, óxido de cálcio - 10%, dióxido de silício - 7%, óxido de alumínio - 2%, óxido de magnésio e óxido de manganês - 1%, óxido de fósforo - cerca de 0,25%, enxofre - cerca de 0,01%.
Ferro fundido: ferro - 94,2%, carbono - 4,5%, manganês - 0,7%, silício - 0,6%, enxofre - cerca de 0,03%.
Escória: óxido de cálcio - 43%, dióxido de silício - 36%, óxido de alumínio - 10%, óxido de magnésio - 7%, óxido de manganês - 2%, óxido de ferro (II) e enxofre - 1%.
Gás de alto-forno: nitrogênio - 44%, - 25,2%, dióxido de carbono - 18%, hidrogênio - 12,5%, metano - 0,3%.
Analisemos o consumo de combustível em função do uso de sínter fluxado. Os custos com combustível são determinados com base no consumo de gás natural e coque (510-560 kg de combustível de referência / tonelada de liga), no total com o consumo de gás direcionado ao aquecimento do aquecedor de ar (90-100 kg de combustível de referência / tonelada de liga), com exceção da saída de gás de alto forno (170-210 kg de combustível equivalente/t de liga). Como resultado, o consumo total é o seguinte: 535 + 95 - 190 = 440 (kg c.e./t de liga).
Tendo em conta que a produção de coque e sínter já consumiu uma certa quantidade de combustível (cerca de 430-490 kg por 1 tonelada de liga e 1200-1800 kg por 1 tonelada de liga, respectivamente), o consumo total de combustível necessário para produzir uma tonelada de liga é: 440 + 40 + 170 = 650 (kg de combustível de referência/t), dos quais 170 e 40 kg de combustível de referência/t, recalculados por tonelada de liga, também são gastos na produção de coque.
O desempenho do alto-forno é avaliado pelo fator de utilização do volume útil (KIPO). O indicador é calculado como a razão entre o volume útil da estrutura e a fundição de ferro em 24 horas. Para fornos modernos, a norma é de 0,43 a 0,75 metros cúbicos. m dia / t. Quanto menor o KIPO, mais eficiente o forno é usado.
É mais lógico considerar o indicador como a razão entre a produtividade e uma unidade de volume. É mais conveniente usar o indicador da produtividade específica do alto-forno (Pu = 1 / KIPO), cujo valor é de 1,3 a 2,3 toneladas (metros cúbicos / dia).
A economia de combustível é possível se as seguintes recomendações forem observadas:
Aumentar a pressão do gás no topo para 1,5-2 atm (reduzindo o volume de gases, é possível reduzir a remoção de poeira do topo ou aumentar o consumo de jateamento);
uso de carvão pulverizado na lareira para economizar cerca de 0,8 kg de coque por quilograma de carvão pulverizado;
aumentar a temperatura de aquecimento do ar nas cocheiras para reduzir o consumo de coque;
aplicação do calor dos gases de escape dos cowpers para aumentar a temperatura do ar e do gás de alto-forno antes de serem introduzidos na câmara de combustão;
fornecimento de gases redutores aquecidos da mesma forma que nos fornos de metalização (é possível reduzir o consumo de coque, economizando até 20% de combustível);
o uso de calor físico de escórias líquidas ardentes (a solução para este problema é promissora, mas ainda não foi implementada devido à liberação periódica de escórias).
Características do alto-forno
O alto-forno é uma das principais unidades de fusão da indústria siderúrgica. Sua principal tarefa tecnológica é a fundição de ferro fundido de características e composição especificadas. Pela aparência, o alto-forno lembra uma torre da altura de um prédio de trinta andares. Do lado de fora, possui um revestimento em chapa de aço e, por dentro, é disposto com várias camadas de tijolos refratários (argila). A carga é entregue à camada superior do alto-forno por elevadores especiais: coque, que é uma estrutura porosa sinterizada e extremamente dura, produto carbonáceo do processamento de carvão em alta temperatura, material calcário que melhora as condições de fusão. O minério de ferro preparado também é extraído lá. Em seguida, por meio de um dispositivo chamado top, todo o material entregue é carregado no forno em camadas. Por baixo, através de bicos especiais (lanças), são fornecidos combustível e uma mistura de ar quente enriquecida com oxigênio e misturada com gás natural.
Princípio da Operação
O alto-forno, cujo princípio de funcionamento é baseado na combustão de coque em alta temperatura em uma atmosfera de saturação máxima de oxigênio, é uma unidade de fundição do tipo poço vertical. Para o sucesso do processo de alto-forno e para que a carga passe bem na mistura de gás e ar, é necessária a preparação preliminar do minério. Consiste na sinterização do minério em grandes tortas ou pelotas redondas. Sob a influência de sua própria massa, a carga desce, passando por quase todo o alto-forno e ao longo do caminho sendo lavada pelos gases liberados durante a combustão do material de coque. A parte principal do processo de fusão ocorre na lareira. A carga é adicionalmente aquecida por ar quente, o que permite minimizar significativamente o custo do coque, além de aumentar a produtividade do forno.
Da história do alto-forno
O segundo milênio aC pode ser considerado o início do nascimento da metalurgia ferrosa. No início, as fogueiras eram usadas para obter ferro, depois foram substituídas por poços de fundição, chamados de forjas de queijo. Eles colocaram minério e carvão. A mistura de ar necessária para manter o processo de combustão era suprida por tiragem natural, que posteriormente, com o desenvolvimento da tecnologia, foi substituída por fole. Claro, este método não poderia produzir metal de alta qualidade. O ferro tinha a aparência de uma massa pastosa com abundantes inclusões de escórias e resíduos de carvão vegetal incompletamente queimado. O baixo teor de carbono tornou o metal macio, produtos feitos dele facilmente dobrados, rapidamente embotados e praticamente não sucumbiram ao endurecimento. Ao longo dos séculos, o processo de fundição foi aprimorado cada vez mais. Assim, as forjas começaram a se transformar em pequenos fornos, o que possibilitou a obtenção de metal de maior qualidade. O primeiro alto-forno apareceu na Europa na virada dos séculos XIV - XV. Tais unidades começaram a ser construídas na província de Namur (Bélgica) e na Inglaterra. O carvão vegetal continuou a ser utilizado como combustível, o que, com o aumento do volume de produção metalúrgica, levou ao desmatamento de cada vez mais áreas da floresta. Em 1735, o inventor inglês Abraham Derby utilizou com sucesso o coque de carvão no processo de alto-forno, que não continha impurezas de outros tipos de combustível. Isso ajudou não apenas a economizar recursos florestais significativos, mas também aumentou significativamente a eficiência e a produtividade da fundição. Os altos-fornos modernos são instalações complexas e de alta tecnologia capazes de fundir até 5.000 - 5.500 toneladas de ferro-gusa de alta qualidade por dia. Todos os processos de preparação e carregamento de material de carga são totalmente mecanizados.
Dispositivo
A construção de um alto-forno tipo poço vertical é planejada levando em consideração o fato de que, com o aumento do volume útil interno da estrutura, sua eficiência também aumenta. Agora todas as grandes empresas estão tentando ter unidades com uma tonelagem de pelo menos 2.000 - 3.500 m 3 . Por exemplo, desde 1974, um gigante com um volume de 5.000 m 3 opera na usina metalúrgica de Krivorozhstal. O ar em unidades tão grandes é soprado através de bicos de 14 a 36 ventaneiras. Para aquecer a mistura de ar, são usados dispositivos elétricos poderosos especiais. Cada alto-forno de grande escala industrial é atendido por três a quatro aquecedores de comutação automática. Além disso, a operação da unidade é fornecida por vários dispositivos auxiliares, que incluem pátios de carga especiais equipados com dispositivos de descarga e carga; viadutos do tipo bunker com carro balança projetado para pesagem automática de materiais carregados; mecanismos de elevação que entregam carrinhos de caçamba auto-basculantes ao bloco de carga da estrutura. Para o funcionamento normal de todo o sistema, dispositivos especiais de aquecimento também são destinados à implementação do processo de jateamento de alta temperatura, pátios de fundição, transportadores de ferro, transportadores de escórias e máquinas de vazamento. Em geral, um alto-forno moderno é uma espécie de miniempresa automatizada, atendida por muitos especialistas de vários perfis. Essas estruturas de produção enormes e complexas são unidades contínuas e trabalham por vários anos sem parar até que o revestimento interno do refratário se desgaste.
