الجهاز ومبدأ تشغيل الأفران العالية. ما هو الفرن العالي؟ تصميم الفرن العالي ، مبدأ التشغيل والجهاز كيف يبدو الفرن العالي

الفرن العالي هو هيكل يتم من خلاله إنتاج منتجات مثل الحديد الخام والخبث وغاز الأفران العالية والغبار. يعتبر النجاح الرئيسي في إنتاج الأفران العالية هو حقيقة أن الكهربة والميكنة والأتمتة بدأت في التطور في الوقت المناسب ، مما أثر بشكل كبير على هذا المجال من النشاط. بمعنى آخر ، ساهم هذا في تحسين وإنشاء نظام كامل جديد من الآليات والمحركات الكهربائية والأتمتة الكهربائية في نظام التحميل العلوي ، وكذلك في عملية النقل المستمرة لتزويد الشحن.

ما هو الفرن العالي

يتكون جهاز الفرن العالي من معدات يتم بواسطتها تنظيف الغاز ، من غرف القبو اللازمة للتنظيف الهيدروليكي. كما أن لديها آلات تعبئة ومنتجات مسؤولة عن معالجة الخبث.

في حالة الحاجة إلى إصلاح مكونات فرن الصهر ، يتم استخدام المواد المقاومة للحرارة فقط ، والتي يتم إصلاحها من خلالها:

• دفاية؛
• أنابيب الهواء؛
• المزاريب.
• دلاء من الحديد الزهر.

من أجل تكثيف الذوبان ، يمكن استخدام شعلة عالية السرعة تعمل بالوقود أوكسي أو شعلة بلازما. بالإضافة إلى ذلك ، يوجد تركيب آلي داخل أفران الصهر ، والذي من خلاله يمكن التحكم عن بعد في عربات الوزن ، وكذلك إجراء إزالة الغبار المائي للغرفة السفلية ، لتغطية المغارف والأحواض التي يتم من خلالها يتدفق المعدن.

يستخدم إنتاج أفران الصهر الغاز الطبيعي ، والتفجير المرطب مع الرطوبة الثابتة ، فضلاً عن الانفجار المخصب بالأكسجين.

أكبر جزء من الفرن العالي

يتكون تصميم الفرن العالي من العديد من العناصر والغرف الموضحة أعلاه.

يمكن أن تعزى هذه:

• مباني المخابئ الفرعية ؛
• دلاء.
• عربات.
• المسارات وما إلى ذلك.

يوجد أكبر جزء في الفرن العالي ، ويسمى بالبخار ، وهو أقوى مكان في الهيكل ، والجزء العلوي يسمى الجزء العلوي. يحتوي هيكل الموقد أيضًا على قاع ، يُطلق عليه اسم bream ، للوضع الذي يكون ضروريًا في البداية لإعداد أساس خرساني مقوى ضخم. والغرض منه هو إجراء عملية مثل تراكم الحديد والخبث. بمجرد تجميعها ، يتم إرسالها على طول مزالق خاصة عبر تجويف الشق إلى الدلاء.

جهاز فرن الانفجار

تشمل المكونات الرئيسية لفرن الصهر الجزء العلوي ، والعمود ، والبخار ، والكتفين ، والموقد.

مزيد من التفاصيل حول كل منهم:

1. الجزء العلوي أو ، بعبارة أخرى ، الجزء العلوي من الفرن ، وهو مزود بمنافذ غاز مصممة لإزالة الغاز العلوي ، حيث تتم عملية التحميل بسبب تركيبات الشحن.
2. يتميز العمود الموجود أسفل الجزء العلوي بمظهر مخروط مقطوع يمتد نحو الأسفل ، مما يبسط عملية إمداد المواد الخام من تجويف الجزء العلوي ، كما تم تصميم العمود نفسه لتحضير المواد الخام من أكسيد الخام و لتقليل الحديد.
3. Raspara ، الذي تم ذكره سابقًا.
4. الأكتاف ، التي تشبه المخروط المقطوع ، تتوسع نحو الأعلى ، وهي مصممة لإكمال عملية تكوين الخبث ، وكذلك لترك كمية صغيرة من التدفق والوقود الصلب فيه.
5. الموقد ، الذي يتم فيه احتراق الوقود الوارد ، وهو مطلوب أيضًا من أجل تجميع الحديد الخام والخبث ، والذي يأتي في البداية في صورة سائلة.

من أجل حرق الوقود ، يلزم وجود هواء ، ودرجة حرارته هي الأعلى التي يمكن أن تكون في هذه الصناعة. مخطط السحب بسيط للغاية ، لأنه مأخوذ من الشارع عن طريق مآخذ الهواء ، ثم يمر في سخان الهواء بسبب مجرى الهواء الحلقي بسبب التويير.

مخطط الفرن العالي

سيتم وصف مبدأ تشغيل فرن الصهر أدناه ، ولكن يمكن العثور أدناه على الأجهزة والآليات المساعدة التي يمكن من خلالها ضمان صهر الحديد عالي الجودة. لضمان الإمداد المناسب للوقود ، يتم استخدام معدات خاصة ، يتم من خلالها وضع المواد الخام في تجويف الفرن دون أخطاء. يتطلب فرن الصهر صيانة مستمرة لضمان تفريغ الخبث والحديد الخام دون عيوب ، وبالتالي لا يتأثر الإنتاج والتكاليف. لهذا الغرض ، يوجد ساحة مسبك خاصة ، يتم تثبيت رافعة علوية عليها.

لتسخين الهواء في الفرن ، يتم استخدام سخانات هواء خاصة ، يتم فحص كل منها وتشخيص عيوبها بانتظام.

بالإضافة إلى وجود نظام خاص يعمل على ترطيب الهواء الساخن الداخل إلى الفرن. هذا مطلوب لعملية التصنيع. كما أن التركيب مزود بمنافخ خاصة تسمح لك بضغط الهواء المطلوب لحرق الوقود. يمكن أن يصل الضغط في تجويف الجزء العلوي في الفرن الحديث إلى 25 ميجا باسكال. هناك منشآت مثل أجهزة تنقية الغاز ، والتي تستخدم لتنقية الغاز العلوي.

يعتبر إنتاج أفران الصهر مطلوبًا حتى الآن منذ إنشائه في روسيا وفي العالم ككل ، حيث لا تزال المنتجات المعدنية المدرفلة مستخدمة ، والتي يتم من خلالها بناء الهياكل المختلفة.

وقود للفرن العالي

يوجد فرن لإنتاج الحديد الزهر على المواد الخام مثل فحم الكوك ، والذي يحدث في أفران فحم الكوك الخاصة ، حيث يتم صهر الحديد الخام. يتم الحصول على فحم الكوك من فحم الكوك الخاص. كقاعدة عامة ، في مصنع تعدين كبير ، يتم إنتاج فحم الكوك في متاجر خاصة لفحم الكوك ، حيث يوجد في المتوسط ​​50-70 فرنًا أو غرف فحم الكوك. يتم دمج كل منهم في غرفة واحدة.

العملية برمتها مؤتمتة بالكامل ، ويكمن جوهرها في حقيقة أن تركيبة فحم الكوك المسحوق والفحم غير الكوك يتم تحميلها في تجويف الغرفة وتسخينها حتى 1000 درجة مئوية دون الوصول إلى الهواء.

يتم تسخين الغرفة في الخارج. للحفاظ على درجة الحرارة داخل تجويف الفرن عند مستوى 1000 درجة مئوية ، تتطلب المسافة بين الغرف الحفاظ على درجة حرارة 1400 درجة مئوية ، يتم تسخين بطارية فرن الكوك بالغاز ، الذي يتم خلطه مع الهواء الساخن. أثناء التكويك ، وكذلك في لحظة تسخين الفحم إلى درجة حرارة 100 درجة مئوية ، يبدأ تبخر بطيء للرطوبة ، وبعد ذلك ، عندما يتم تسخين الفحم إلى 350 درجة مئوية ، يتم تجفيفه وإزالة الراتنجات.

عندما ترتفع درجة الحرارة إلى 450 درجة مئوية ، يبدأ تليين الجزيئات في فحم الكوك ، وتبدأ الجسيمات التي يتم الحصول عليها بهذه الطريقة في تغليف الأجزاء غير التكويكية من الفحم ، والتي تشكل كتلة مستمرة ، وبالتالي سبيكة واحدة . لعمل التكوين الصحيح وعالي الجودة ، يلزم الامتثال الكامل لجميع المراحل. عندما تصل حرارة الكتلة إلى 480-650 درجة مئوية ، تبدأ الكتلة في إطلاق منتجات غازية عضوية للتقطير الجاف للفحم.

بمجرد أن يتضخم الغاز المنطلق إلى كتلة صلبة من الفحم ، يبدأ في تركه تدريجياً ، وبعد ذلك يبقى الفحم المسامي وعدد كبير من المسام الصغيرة والشقوق ، وهو شبه فحم الكوك. عندما تصل درجة الحرارة إلى 650-1000 درجة مئوية ، فإنها تتحول إلى فحم الكوك بلون فضي ورمادي فاتح.

إذا تم استخدام الإنتاج بشكل صحيح ، فسيتم الحصول على ما يصل إلى 750 فحم الكوك من 1 طن من الفحم ، بالإضافة إلى 300 م 3 من غاز أفران الكوك وما يقرب من 35 كجم من قطران الفحم. منها 12 كجم من البنزين و 3 كجم من النشادر. يعد الفحم مصدرًا ممتازًا للحرارة ، حيث يستخدم في المنازل الخاصة للتدفئة.

كيف يعمل الفرن العالي

ما يتكون منه فرن الصهر واضح تمامًا ، لكنك تحتاج إلى معرفة كيفية عمله بالضبط.

تكنولوجيا العمل:

1. تم تصميم الفرن بطريقة تدخل الشحنة في تجويف الوعاء عن طريق جهاز شحن يشبه شكل مخروط صغير موجود في الأعلى.
2. بعد ذلك ، يمر المورد من الوعاء إلى تجويف المخروط الكبير ، ثم يتم إرسال الشحنة إلى الفرن. بسبب هذا النظام ، لا يخترق الغاز من الفرن العالي الغلاف الجوي المحيط بالمصنع.
3. بمجرد تحميل المخروط الصغير وقمعه ، من أجل الحصول على المواد الخام ، من الضروري تدوير الهيكل بزاوية 60 درجة ، وهو أمر مطلوب لتوزيع الشحنة بالتساوي قدر الإمكان.
4. بعد ذلك ، يتم تشغيل الفرن المعدني ، ويخضع المنجم لعملية ذوبان وخفض ، مما يجعل من الممكن إفساح المجال لجزء جديد من المورد.
5. من المهم بشكل خاص ملاحظة الملء المستمر للحجم القابل للاستخدام.
6. في الأفران العالية الحديثة ، يمكن أن يكون الحجم المفيد 2000-50000 م 2 ، والارتفاع يصل إلى حوالي 35 م ، وهو أكبر بكثير من القطر.

تم التفكير في تصميم مثل هذه الخطة لسبب ما ، لأن مبدأ التشغيل يتطلب الحركة المستمرة للمواد والغاز تجاه بعضهما البعض ، مما يؤدي إلى تنفيذ الإنتاج الكفء دون عيوب. تم تصميم الموقد والدنيس من كتل الطوب التي تحتوي على الألومينا. يمكن أيضًا استخدام كتل الكربون ، الموجودة داخل أغلفة فولاذية ويتم تبريدها بالماء ، والتي تأتي من خلال نظام السباكة من الثلاجة المصممة خصيصًا للفرن العالي. ملف تعريف الوظيفة هذا ليس Minecraft ، يجب أن تكون حذرًا هنا. سيتم استخدام فرن كبير أو صغير ، الأمر متروك لك. لكن الشخص الذي اخترعه فكر في كل شيء بأدق التفاصيل في السياق ، فأنت بحاجة إلى التأكد من أن الرمح في حالة عمل جيدة. (صوت واحد)

يتم صهر الحديد الزهر في أفران الصهر ، وهي أفران عمودية. يتمثل جوهر عملية إنتاج الحديد الزهر في الأفران العالية في تقليل أكاسيد الحديد ، والتي تعد جزءًا من عوامل الاختزال الغازية (CO ، H2) والصلبة (C) المتكونة أثناء احتراق الوقود في الفرن.

عملية الفرن العالي مستمرة. يتم تحميل مواد البدء (التكتل ، الكريات ، فحم الكوك) في الفرن من الأعلى ، ويتم إدخال الهواء الساخن والوقود الغازي أو السائل أو المسحوق في الجزء السفلي. تمر الغازات الناتجة عن احتراق الوقود عبر عمود الشحن وتعطيه طاقتها الحرارية. يتم تسخين الشحنة الهابطة ، وتقليلها ، ثم صهرها. يتم حرق معظم فحم الكوك في النصف السفلي من الفرن كمصدر للحرارة ، ويستخدم بعض فحم الكوك لتقليل وكربنة الحديد.

الفرن العالي هو وحدة قوية وعالية الأداء ، تستهلك كمية كبيرة من المواد. يستهلك الفرن العالي الحديث حوالي 20000 طن من الشحنة يوميًا وينتج حوالي 12000 طن من الحديد الخام يوميًا.

لضمان الإمداد والإخراج المستمر لمثل هذه الكمية الكبيرة من المواد ، من الضروري أن يكون تصميم الفرن بسيطًا وموثوقًا في التشغيل لفترة طويلة. فرن الصهر محاط من الخارج بغلاف معدني ملحوم من صفائح فولاذية بسمك 25-40 مم. يوجد في الجزء الداخلي من الغلاف بطانة مقاومة للحرارة ، يتم تبريدها في الجزء السفلي من الفرن بمساعدة ثلاجات خاصة - صناديق معدنية يتم تدوير الماء بداخلها. نظرًا لحقيقة أن هناك حاجة إلى كمية كبيرة من الماء لتبريد الفرن ، يتم استخدام التبريد بالتبخير في بعض الأفران ، وجوهرها هو توفير الماء للثلاجات عدة مرات أقل من الطريقة التقليدية. يسخن الماء ليغلي ويتبخر بسرعة ، مع امتصاص كمية كبيرة من الحرارة.

يُطلق على المخطط الداخلي للقسم الرأسي للفرن العالي اسم ملف تعريف الفرن. تشمل مساحة عمل الفرن ما يلي:

• قمة؛
• مِلكِي؛
• بخار؛
• أكتاف.
• بوق

قمة

هذا هو الجزء العلوي من الفرن العالي ، والذي يتم من خلاله تحميل المواد المشحونة وإزالة الفرن العالي أو الغاز العلوي. الجزء الرئيسي من الجهاز العلوي هو جهاز الشحن. تحتوي معظم الأفران العالية على أجهزة شحن مزدوجة المخروط. في الوضع المعتاد ، يتم إغلاق كلا المخاريط وعزل الجزء الداخلي للفرن عن الغلاف الجوي بشكل موثوق. بعد تحميل الشحنة في قمع الاستقبال ، يتم خفض المخروط الصغير وتسقط الشحنة على المخروط الكبير. المخروط الصغير مغلق. بعد جمع كمية محددة مسبقًا من الشحنة على المخروط الكبير ، يتم خفض المخروط الكبير مع إغلاق المخروط الصغير ويتم سكب الشحنة في الفرن. بعد ذلك ، يتم إغلاق المخروط الكبير. وبالتالي ، فإن مساحة العمل الخاصة بفرن الصهر تكون مغلقة بشكل دائم.

عادة ما يتم تغذية مواد الشحن إلى الجزء العلوي من الفرن من جانب واحد. نتيجة لذلك ، يتشكل منحدر في قمع المخروط الصغير. من غير المقبول التشغيل المطول لفرن صهر بمستوى شحن منحرف. للقضاء على هذه الظاهرة ، يتم تصنيع قمع الاستقبال والمخروط الصغير للدوران. بعد تحميل الشحنة ، يدور القمع ، جنبًا إلى جنب مع المخروط ، بزاوية مضاعفة 60 ، ونتيجة لذلك ، بعد تفريغ عدة تغذيات ، يتم التخلص من التفاوت تمامًا. 0

في الأفران الحديثة ، يمكن تركيب أجهزة شحن أكثر تعقيدًا. بدلاً من المخروط الكبير ، يتم تثبيت شلال دوار ، يمكن ضبط زاويته. يتيح لك هذا التصميم تغيير مكان توريد المواد وفقًا لقطر الجزء العلوي.

أثناء صهر الفرن العالي ، يتم توليد كمية كبيرة من الغاز ، والتي يتم إزالتها من الجزء العلوي للفرن. يسمى هذا الغاز بالغاز العلوي. يحتوي الغاز على مكونات قابلة للاحتراق ثاني أكسيد الكربون و H2 وبالتالي يستخدم كوقود غازي في إنتاج المعادن. بالإضافة إلى ذلك ، عند مروره عبر عمود الشحن ، يلتقط الغاز جزيئات صغيرة من المواد المحتوية على الحديد ، مكونًا ما يسمى بغبار المداخن. يتم التقاط الغبار في منظفات الغاز الخاصة واستخدامه كمادة مضافة للشحنة أثناء التكتل أو إنتاج الحبيبات.

مِلكِي

يمثل العمود معظم الارتفاع الكلي للفرن وحجمه. إن المظهر الجانبي للعمود ، وهو مخروط مبتور ، يمتد نحو الأسفل ، يضمن خفضًا وتخفيفًا موحدًا لمواد الشحن. يسمح الارتفاع الكبير للعمود بالمعالجة الحرارية والكيميائية للمواد ذات الغازات الساخنة المتزايدة.

راسبار

هذا هو الجزء الأسطواني الأوسط من مساحة عمل الفرن ، والذي يحتوي على أكبر قطر. يخلق التبخير بعض الزيادة الإضافية في حجم الفرن ويزيل التأخير المحتمل في شحن المواد.

أكتاف

هذا جزء من ملف تعريف الفرن الموجود أسفل البخار ويمثل مخروطًا مبتورًا يواجه البخار بقاعدته العريضة. يتوافق الاستدقاق العكسي للكتفين مع انخفاض في حجم المواد المنصهرة أثناء تكوين الحديد الزهر والخبث.

بوق

هذا هو الجزء الأسطواني السفلي من الفرن ، حيث يتم تنفيذ عمليات الفرن العالي الحرارة. في الموقد ، يتم حرق فحم الكوك وتشكيل غاز الفرن العالي ، والتفاعل بين المراحل السائلة ، وتراكم منتجات الصهر السائلة (الحديد الزهر والخبث) وإطلاقها الدوري من الفرن. يتكون القرن من جزء علوي أو جزء صغير وجهاز استقبال سفلي أو معدني. يسمى الجزء السفلي من جهاز الاستقبال المعدني سمك الأبراميس.

يوجد في الجزء السفلي من الموقد ثقوب من الحديد الزهر والخبث ، وهي فتحات لإطلاق الحديد الزهر والخبث. بعد إطلاق الحديد الزهر ، يتم إغلاق الثقب بكتلة حرارية خاصة باستخدام ما يسمى بالبندقية ، وهي عبارة عن أسطوانة ذات مكبس. قبل فتح الثقب المصنوع من الحديد الزهر ، تمتلئ البندقية بكتلة مقاومة للحرارة. بعد الانتهاء من إنتاج الحديد الزهر ، يتم إحضار البندقية إلى فتحة التاب ، وبمساعدة آلية المكبس ، يتم ضغط كتلة الثقب من البندقية وتملأ قناة التابول. لفتح ثقب من الحديد الزهر ، يتم استخدام آلة حفر خاصة ، والتي تحفر حفرة في كتلة الثقب ، والتي يتم من خلالها إطلاق الحديد الزهر.

تقع ثقوب الخبث على ارتفاع 1500-2000 مم من مستوى الثقب المصنوع من الحديد الزهر ويتم إغلاقها بسدادة الخبث ، وهي قضيب فولاذي بطرف. يتم توجيه الحديد الزهر والخبث الخارج من فرن الصهر عبر المزالق إلى مغارف الحديد والخبث. في الوقت الحاضر ، يتم إنتاج الخبث بشكل أساسي مع الحديد الخام ويتم فصله عن حديد الصب بواسطة جهاز خاص على أنبوب الفرن.

يتم فصل الخبث المتدفق من فرن الصهر عبر فتحة الصنبور عن الحديد الموجود في شلال الفرن بمساعدة لوحة فاصلة وممر يعمل كختم هيدروليكي. يمر الحديد الزهر عالي الكثافة في الفجوة أسفل لوحة الفصل ، بينما يتم تفريغ الخبث الأخف في المزلق الجانبي.

إذا كان من الضروري توفير الحديد الخام للمؤسسات الأخرى ، يتم سكبه في سبائك (سبائك) تزن 30-40 كجم باستخدام آلة صب خاصة.

في الجزء العلوي من الفرن على مسافة 2700-3500 مم من محور فتحة الصنبور المصنوعة من الحديد الزهر ، يتم تثبيت رماح الهواء على فترات منتظمة حول محيط الفرن ، يتم من خلالها تسخين الانفجار إلى 1100-1300 درجة يتم إدخال C في الفرن ، وكذلك الغاز الطبيعي ومضافات الوقود الأخرى (زيت الوقود ، والوقود المسحوق). يتم تزويد كل فرن صهر بالنفخ من نافخته. يتم تنفيذ التسخين بالانفجار في سخانات الهواء من النوع المتجدد ، عندما يتم تسخين فوهة سخان الهواء المصنوع من الطوب الحراري أولاً ، تحت تأثير حرارة الغاز المحترق ، ثم يتم تمرير الهواء من خلاله ، مع أخذ الحرارة من الفوهة. خلال فترة تسخين الفوهة ، يتم إمداد غرفة الاحتراق بالغاز والهواء من أجل احتراقها. منتجات الاحتراق ، التي تمر عبر الفوهة ، تسخنها وتذهب إلى المدخنة. خلال فترة التسخين بالانفجار ، يدخل الهواء البارد إلى فوهة التسخين ، ثم يسخن ، ثم يتم إدخاله في فرن الصهر. بمجرد أن تبرد الفوهة كثيرًا بحيث لا يمكن تسخين الهواء إلى درجة الحرارة المحددة ، يتم نقله إلى سخان الهواء التالي ، ويتم تسخين السخان المبرد. تبرد فوهة سخان الهواء بشكل أسرع من تسخينها. لذلك ، تتكون كتلة سخانات الهواء في فرن الصهر من 3-4 أجهزة ، أحدها يسخن الهواء ، ويتم تسخين الباقي. يتميز ملف تعريف الفرن العالي بأقطار وارتفاعات وزوايا ميل العناصر الفردية. أبعاد بعض الأفران موضحة في الجدول 1.

الجدول 1 - أبعاد الأفران

يجب أن تكون أبعاد كل جزء من الفرن مرتبطة ببعضها البعض وأن تكون بنسب معينة مع أبعاد الأجزاء الأخرى من الفرن. يجب أن يكون ملف تعريف الفرن عقلانيًا ، مما يضمن أهم الشروط لعملية الفرن العالي:

• خفض سلس ومستقر لمواد الشحن ؛
• التوزيع المناسب لتدفق الغاز القادم ؛
• التطوير الإيجابي لعمليات الاسترداد وتشكيل الحديد والخبث.

الكميات الرئيسية التي تميز أبعاد مساحة العمل هي الحجم المفيد للفرن والارتفاع المفيد. وهي تشمل الارتفاع والحجم المملوءين بالمواد ومنتجات الصهر. عند تحديد هذه المعلمات ، يتم أخذ علامة الحافة السفلية للمخروط الكبير لجهاز الملء في الموضع المنخفض على أنها المستوى العلوي ، والمستوى السفلي هو مستوى محور فتحة صنبور الحديد الزهر.

وفحم الكوك
7. غاز فرن الانفجار
8. دعامة من خامات الحديد والحجر الجيري وفحم الكوك
9. الافراج عن الخبث
10. إطلاق الحديد السائل
11. جمع نفايات الغاز

فرن الانفجار, فرن الانفجار- فرن صهر معدني كبير ذو موقع رأسي لصهر الحديد الزهر والسبائك الحديدية من المواد الخام لخام الحديد. أهم ميزة في عملية الفرن العالي هي استمراريتها طوال حملة الفرن بأكملها (من بناء الفرن إلى الإصلاح "الرئيسي") والتدفق المعاكس لغازات تويير الصاعدة مع عمود من المواد ينزل باستمرار وينمو من الأعلى بأجزاء جديدة من الشحنة.

موسوعي يوتيوب

• 1 / 5

  كلمة "فرن الانفجار" مشتق من الكلمة السلافية القديمة "dmenie" - الانفجار. بلغات أخرى: الإنجليزية. فرن صهر - فرن صهر ألماني. Hochofen - فرن عالي ، fr. هوت فورنو - فرن عالي. حوت. 高炉 (gāolú) - فرن عالي.

  يجب أن يؤخذ في الاعتبار الاختلاف الأساسي في معنى الكلمات "دومنيتسا" و "فرن الانفجار": في الفرن العالي تلقوا (على شكل قطع أو شقوق) قطعًا من الحديد الخام المستعاد (من كلمة "خام" "، أي ، انفجار غير ساخن) حديد ، وفي فرن الصهر - حديد سائل.

  قصة

  ظهرت أول أفران الصهر في الصين بحلول القرن الرابع.

  في أوروبا ، ظهرت أفران الصهر في ويستفاليا في النصف الثاني من القرن الخامس عشر. أصبح هذا ممكنًا بسبب ميكنة المنفاخ وزيادة درجة حرارة الانصهار. وصل ارتفاع الفرن العالي إلى 5 أمتار. أسلاف الأفران العالية هما shukofen و blauofen.

  يوجد في الجزء العلوي من الموقد رماح - فتحات لتزويد الانفجار المسخن إلى درجة حرارة عالية - هواء مضغوط غني بالأكسجين والوقود الهيدروكربوني.

  على مستوى الرماح ، تتطور درجة حرارة حوالي 2000 درجة مئوية. كلما تحركت لأعلى ، تنخفض درجة الحرارة ، وعند القمم تصل إلى 270 درجة مئوية. وبالتالي ، يتم تعيين درجات حرارة مختلفة في الفرن على ارتفاعات مختلفة ، بسبب العمليات الكيميائية المختلفة لانتقال الخام إلى

  على الرغم من العدد الكبير من المواد الاصطناعية والبوليمرية التي انتشرت على نطاق واسع في الصناعة الحديثة وفي الحياة اليومية ، فإن استخدام سبائك الحديد ليس أدنى من راحة اليد. الأجزاء والآليات والأدوات الأكثر أهمية والمكونات الأخرى مصنوعة من درجات وأنواع مختلفة من المعادن لها الخصائص اللازمة لحل المهام. لم تنجح عمليات البحث النشطة عن بديل كامل للسبائك المعدنية ، لأن الاختلاف في خصائص المواد كبير جدًا. لا يتوقف تطوير علم المعادن ، حيث تظهر تقنيات وطرق جديدة لتصنيع المواد عالية القوة والصلبة. في الوقت نفسه ، لم يتم نسيان الطرق التقليدية القديمة لصهر المعادن ، والتي تم العمل عليها لعدة قرون ودراستها بالتفصيل من قبل أجيال عديدة من علماء المعادن. ضع في اعتبارك جهاز الفرن العالي - أحد أقدم التصميمات لإنتاج الحديد المسبك ، والذي يستخدم بنشاط حتى يومنا هذا.

  قصة

  ظهرت الحاجة إلى تحسين تقنية صهر الحديد منذ فترة طويلة. لم تختلف الخامات منخفضة الذوبان ، الموجودة عمليًا على سطح الأرض ، بأحجام كبيرة وتم استخدامها بسرعة. كانت تقنية الصهر الحالية غير مقبولة ولا تسمح بالعمل مع الخامات الحرارية. كانت هناك حاجة لتحسين المعدات والتكنولوجيا الموجودة. بادئ ذي بدء ، كان من الضروري زيادة حجم الأفران وزيادة وضع الضغط بشكل كبير.

  تم العثور على أول ذكر لهياكل مماثلة للأفران العالية في الصين. إنهم ينتمون إلى القرن الرابع. في أوروبا ، يعود ظهور الأفران العالية إلى القرن الخامس عشر ؛ قبل ذلك ، تم استخدام ما يسمى بأفران الجبن. كان السلف المباشر للفرن العالي هو الفرن الكاتالوني ، الذي استخدم أساليب تكنولوجية قريبة من طرق إنتاج الأفران العالية. كانت سماته المميزة:

  • عملية توريد الشحن المستمر ؛
  • استخدام وحدات إمداد هواء قوية هيدروليكية التشغيل.

  فرن الصهر من القرن الرابع عشر

  كان حجم المطرقة الكتالونية 1 متر مكعب فقط ، مما لم يسمح بالحصول على كميات كبيرة من المنتجات. في القرن الثالث عشر ، في إمارة ستيريا الأوروبية ، تم إنشاء shtukofen ، وهو نسخة موسعة ومحسنة من الكتلان فورج. كان يبلغ ارتفاعه حوالي 3.5 متر وفتحتان تقنيتان - الفتحة السفلية لإمداد الهواء ، والفتحة العلوية لاستخراج الإزهار (الحديد الخام). أنتجت Shtukofen ثلاثة أنواع من منتجات الحديد شبه المصنعة:

  • فُولاَذ؛
  • حديد مرن
  • الحديد الزهر.

  كان الاختلاف بينهما في محتوى الكربون - كان معظمه في الحديد الزهر (أكثر من 1.7٪) ، وفي الفولاذ كان أقل من 1.7٪ ، وفي الحديد القابل للطرق كان المحتوى 0.04٪. تم تقييم المستوى العالي من محتوى الكربون بشكل سلبي ، نظرًا لأنه لا يمكن تزوير الحديد أو لحامه ، فمن الصعب صنع أسلحة منه.

  انه مهم! في البداية ، تم تصنيف الحديد الزهر على أنه نفايات ، حيث لا يمكن تزويره. لم يتغير الموقف تجاهه إلا بعد بدء إعادة الصهر الثانوي ، والذي بدأ بسبب عدم وجود خامات منخفضة الذوبان. كان الحديد الزهر ، الذي تم الحصول عليه من الحديد الزهر ، ذو جودة أعلى ، مما كان بمثابة حافز لتوسيع عملية التحويل.

  كانت الزيادة الإضافية في السعة وتحسين التكنولوجيا بمثابة حافز لظهور بلافن ، الذي يبلغ ارتفاعه بالفعل حوالي 5-6 أمتار ، وقادر على صهر الحديد الزهر والحديد في نفس الوقت. لقد كان بالفعل فرنًا عاليًا ، وإن كان تصميمًا مبسطًا إلى حد ما. تم إنشاء عملية من مرحلتين ، حيث كانت المرحلة الأولى هي إنتاج الحديد الخام ، والثانية - صهر الحديد منه مع زيادة الضغط.

  يعود ظهور أول أفران الصهر في أوروبا إلى نهاية القرن الخامس عشر. على الفور تقريبًا ، ظهرت هياكل مماثلة في إنجلترا ، وفي الولايات المتحدة الأمريكية ، تم إنشاء أول أفران صهر في وقت لاحق - في عام 1619. قام A. A. Vinius ببناء أول فرن صهر في روسيا في مصنعه في تولا. تتكون العملية من الخطوات التالية:

• وضع سبائك حديدية أمام الفم ، وذوبان ، وتدفق الحديد الزهر.
• فقدان بعض الكربون أثناء المرور بالقرب من tuyeres.
• إمداد الفوهة بالحديد الناتج ، وهو دفعة قوية ، يحترق فيها الكربون الزائد ، ويستقر الحديد الناعم في القاع.

يُستخرج الحديد من قاع الفرن وتشكيله ، وإزالة الخبث السائل وضغط السبائك. بهذه الطريقة ، كان ناتج الحديد النهائي حوالي 92٪ من الوزن الأولي للحديد الزهر ، وفاقت جودته بشكل كبير تلك الخاصة بمنتج الزهر.

أصبحت أزمة الوقود مشكلة خطيرة. تم استخدام الفحم في صهر الخام ، مما أدى إلى تدمير الغابات. نمت المشكلة إلى حد أن المعدن تم استيراده إلى إنجلترا من أوروبا ، وبعد ذلك من روسيا لمدة قرنين. اتضح أن الغابة تنمو ببطء أكثر من احتراقها. أظهرت محاولات استخدام الفحم أنه يحتوي على كمية كبيرة من الكبريت ، مما يقلل بشكل كبير من جودة المعدن. تم إجراء العديد من التجارب دون نجاح.

هذا مثير للاهتمام! تم العثور على الحل فقط في عام 1735 من قبل عالم المعادن الإنجليزي أ. ديربي الثاني ، الذي وجد طريقة لتحويل الفحم إلى فحم الكوك. منذ ذلك الوقت ، تم التغلب على مشكلة الوقود ، وحصلت العملية على دفعة جديدة للتنمية.

كان الاكتشاف الثوري التالي هو تسخين الهواء المستخدم للضغط. جعل من الممكن تقليل استهلاك الفحم بشكل كبير حتى 36 ٪. كانت هناك متطلبات خاصة لدرجة وجودة المعدن من حيث محتوى المنغنيز والسيليكون والفوسفور. تم تحسين تكنولوجيا وتصميم الأفران ، واستكمالها ، وأخذت تدريجيًا إلى المظهر الحديث.

الجهاز ومبدأ العملية

فرن الصهر عبارة عن هيكل عمودي من نوع العمود يشبه المخروط المتمدد لأسفل. يمكن أن يصل ارتفاع الفرن إلى 70 مترًا ، وحجم العمل 2700 متر مكعب. يصل الإنتاج اليومي لفرن صهر بهذا الحجم إلى 5000 طن من حديد الصب. السمة الرئيسية لتشغيل الأفران العالية هي استمرارية العملية. يتم العمل على مدار الساعة ولا يتوقف حتى إصلاح الفرن أو تفكيكه ، الأمر الذي قد يستغرق فترة من 3 إلى 15 عامًا. إذا تم إيقاف العمل وترك الفرن بدون وقود ، فسيحدث ما يسمى بـ "اللزوجة" ، تصلب المواد الموجودة بداخله. لا يمكن إعادة تشغيل الفرن الذي تم إيقافه بطريقة غير طبيعية. تجبر هذه الخصوصية المتخصصين على الاهتمام باستمرار بمراقبة وضع التشغيل للتثبيت ، ولكنها تتيح لك أيضًا الحصول على أقصى أداء.

المواد المطلوبة لتنفيذ عملية الفرن العالي:

• فحم الكوك (وقود) ؛
• خام الحديد (تكتل ، كريات) ؛
• التدفق (الرمل والحجر الجيري والمواد الضرورية الأخرى التي تنظم صعود الخبث).

يوجد عدد قليل جدًا من رواسب خام الحديد ، والتي تسمح جودتها باستخدامها في عملية الصهر دون معالجة مسبقة ، في العالم قليلة جدًا. لذلك ، في معظم الحالات ، يتم استخدام المواد الخام المعدة خصيصًا - تلبيد أو كريات ، وهي كتل من مواد خام مخصبة. لها شكل حبيبات مستديرة (كريات) أو جسيمات غير منتظمة الشكل (تكتل) بحجم 2-5 سم.

مخطط جهاز الفرن العالي

تصميم الفرن عبارة عن برج عمودي ضخم مبطن بالطوب (المقاوم للحرارة) من الداخل. يتم تثبيته على أساس متين ، مرفوع فوق مستوى الصفر إلى ارتفاع معين. الجزء العلوي المقاوم للحرارة من القاعدة يسمى الجذع. يحتوي الجزء العلوي من الأساس على منصة أفقية - وهي الدنيس ، التي تتحمل جميع الأحمال الديناميكية ودرجة الحرارة ، وبالتالي فهي مزودة بتبريد بالماء. الفرن محمي من الخارج بغلاف معدني قوي سماكة 4-6 سم.

الجزء الداخلي من الفرن عبارة عن برج مخروطي الشكل يتكون من عدة أقسام:

• منجم (أو عثماني). الجزء المخروطي الشكل من البرج يتوسع تدريجياً نحو الأسفل.
• راسبار. الجزء الأوسع (الأوسط) من البرج ، حيث تبدأ عمليات تكوين الخبث وذوبان المواد الخام. درجة الحرارة في هذه المنطقة من 1400 درجة.
• أكتاف. قسم قصير نسبيًا على شكل مخروط ، مستدق في الأسفل. في ذلك ، يحدث الذوبان النهائي للمعدن. تتراوح درجة الحرارة في هذه المنطقة بين 1600 و 1900 درجة مئوية.
• بوق. الجزء السفلي من البرج حيث توجد فتحات لإمداد الهواء (الرماح). هناك أيضًا فتحات من الحديد الزهر والخبث (فتحات لإطلاق الحديد الزهر والخبث). الجزء السفلي من الموقد هو الجزء العلوي من الأساس (الدنيس).

بمساعدة جهاز الشحن ، يتم تغذية الشحنة والتدفق في الأعلى. مع ذوبان وإزالة الحديد والخبث ، تغرق المواد وتحل محلها أجزاء جديدة. يتم تفريغ الغازات المتكونة أثناء العمليات الكيميائية من خلال خطوط الأنابيب الموجودة في الجزء العلوي من البرج. لديهم درجة حرارة عالية ويتم استخدامها لتسخين التيار الجديد الذي يدخل الفرن العالي للضغط. يتم التسخين في رعاة البقر - المنشآت التي تستوعب الهواء النقي ، وتسخن في المبادلات الحرارية وتزود الفرن بالهواء الساخن.

مخططات الفرن العالي

إن تصميم الأفران العالية وعملية إنتاج الصهر متماثلان عمليًا في جميع البلدان ولا يوجد بينهما اختلافات جوهرية. ولكن هناك مخططات مختلفة للهياكل الداعمة لها خصائصها وخصائصها.

ملامح مخططات تصاميم مختلفة من الأفران

1. مخطط اسكتلندي (أ). يتم تثبيت الجزء العلوي على هياكل داعمة خاصة تسمى الأعمدة الرئيسية. كقاعدة عامة ، عددهم يتوافق مع عدد الرماح. يتم ذلك لسهولة تشغيل وصيانة فتحات تزويد الهواء. إذا كنت تستخدم خيارات وضع أخرى ، فسيتعين وضع الرماح بشكل غير متساو ، مما سيؤثر على وضع الضغط والجودة الكلية للمعدن. عيب هذا المخطط هو إمكانية انتقال الاهتزاز من أجهزة التحميل إلى هيكل الفرن. بالإضافة إلى ذلك ، هناك صعوبات في إجراء الإصلاحات العاجلة أو إعادة البناء. في الوقت نفسه ، يكون هذا الفرن أرخص وله كتلة أقل ، مما يقلل من وقت البناء.
2. الألمانية (ب). يتم تثبيت الجزء العلوي على دعاماته الخاصة (أعمدة). يعمل هذا على تحسين جودة الخدمة للمركبة ، ولكنه يخلق إمكانية خلق ضغوط مفرطة في منطقة الكتف بسبب الأحمال من وزن البرج. يؤدي تقوية الهيكل إلى خلق مشاكل في الوصول إلى الأكتاف ، مما يؤثر على طريقة وجودة العمل.
3. مجتمعة (ج). في هذا المتغير ، يتم تقليل دوائر الجهد على الكتفين ، ولكن يتم ذلك على حساب صيانة أكثر تعقيدًا لقسم الموقد. في الوقت نفسه ، يوفر هذا المخطط قوة عالية للغلاف ، والذي يستمر في العمل بفعالية حتى في وجود تشققات ملحوظة. يتم تقدير هذه الميزة في المخطط من قبل المتخصصين الذين يعملون على المواد الخام التي تحتوي على نسبة عالية من الزنك. يشكل ضغطًا مفرطًا على جدران البرج ، مما يزيد من تكرار الإصلاحات الرئيسية.
4. اليابانية (ز). الهياكل الداعمة 6 أعمدة مجهزة بأقواس. على الرغم من قدرة التحمل المتزايدة ، إلا أن هناك عيوبًا ملحوظة - يؤدي عدم توازن الحمل إلى زيادة وزن الدعامات ، ويزيد قطر مجرى الهواء مقارنة بخيارات المخطط الأخرى ، مما يساهم في زيادة الأحمال على معدات tuyere. عيب إضافي هو تعقيد تنظيم النقل الأرضي في منطقة الموقد.
5. أمريكي (د). يتميز المخطط بوجود 4 أعمدة حاملة. تتمثل المزايا في تقليل الاهتزازات التي تحدث أثناء تشغيل آليات التحميل ، فضلاً عن تحسين الوصول بشكل كبير إلى منطقة الثقب والرمح.

تم تطوير هذه المخططات وتحسينها في ظل ظروف مختلفة ، مما تسبب في بعض الاختلافات في التصميم. ومع ذلك ، يتم تشغيل كل منهم بنجاح كبير وإنتاج منتجات عالية الجودة.

افعل ذلك بنفسك فرن الصهر

يبدو الإنتاج المستقل للفرن العالي للوهلة الأولى وكأنه مشروع سخيف. من غير المحتمل أن يفكر أي شخص في تنظيم ورشة عمل معدنية مصغرة في موقعه. هناك عدة أسباب لذلك:

1. نقص المواد الخام. لا يوجد سوى روايتين يحتويان على خام ثري متبقي في العالم - في البرازيل وأستراليا. من المستحيل عمليًا شراء الكريات أو اللبيدات - فهي غير متوفرة للبيع مجانًا ، وجميع عمليات التسليم تمر عبر بورصات السلع وتصل إلى آلاف الأطنان.
2. من المستحيل الحصول على تصريح لبناء إنتاج معدني مصغر. تعدين الحديد هو مصدر مشاكل بيئية كبيرة ، لذلك لن يجرؤ أي مسؤول على إعطاء الإذن لمثل هذا التعهد.
3. سوف يملأ الجيران جميع الحالات بالشكاوى ، حيث سيجعل الدخان المستمر والأبخرة حياتهم لا تطاق.

يتم الإشارة إلى الأسباب الأساسية فقط ، في الواقع هناك العديد من الأسباب الأخرى. يُستبعد استخدام فرن الصهر لإنتاج المعادن في منزل خاص.

ومع ذلك ، إذا أخذنا في الاعتبار خصائص تشغيل الفرن العالي ، على وجه الخصوص ، وضع الاحتراق المستمر ، فيمكن استخدامه لتدفئة المكان. هذا حل فعال لتزويد كل من المباني السكنية والمكتبية بالحرارة - مرآب ، صوبات زجاجية ، مباني ملحقة ، إلخ. على عكس موقد الوقود الصلب التقليدي ، حيث يجب تحميل الوقود بشكل متكرر وكفاءة منخفضة إلى حد ما ، يضمن فرن الانفجار حتى حرق المواد في غضون 15-20 ساعة. يتم تحقيق ذلك بسبب محدودية كمية الهواء ، والتي لا تسمح للوقود بالاحتراق بنشاط ويطيل العملية لفترة طويلة.

يمكنك صنع فرن الصهر بنفسك

عادة ما يكون الموقد مصنوعًا من برميل معدني. قم بقطع الجزء السفلي بعناية (ستظل هناك حاجة إليه) ، قم بتثبيت البرميل على أساس مسبق الصنع. يتم تعزيز دائرة القطع بأقسام قناة لإعطاء المزيد من الوزن - سوف تضغط على الوقود ، مما يساهم في وضع مضغوط واحتراق فعال. يتم قطع فتحة للمدخنة ، وعادة ما يكفي أنبوب بقطر 10 سم ، ثم من الضروري قطع غطاء للبرميل من لوح معدني ، حيث تم استخدام الجزء السفلي بالفعل كقمع للوقود. يتم قطع دائرة بالحجم المناسب ، ملحومة بعناية في البرميل. كما أنه يصنع ثقبًا للأنبوب. يتم قطع فتحة للباب أسفل البرميل ، يتم من خلالها تحميل الوقود. تحته يمكنك عمل باب إضافي لإزالة الرماد.

يتم لحام المدخنة من الأعلى ، ويجب أن يتجاوز طول الجزء المستقيم (حتى الكوع الأول) قطر البرميل (من الناحية المثالية ، أكثر من ذلك بكثير). أثناء التشغيل ، يصبح الفرن ساخنًا جدًا ، لذلك يقوم العديد من الأشخاص بتغطيته بالطوب أو إنشاء شاشة عاكسة للحرارة. تم العثور على الوضع الأمثل للعملية تجريبيا. يجب مراعاة تدابير السلامة من الحرائق ، ومن الناحية المثالية لمثل هذا الفرن ، من الضروري تخصيص غرفة منفصلة بدون أشياء قابلة للاحتراق.

فيديو: ولادة من الصلب

يعتبر الفرن العالي أحد أقدم التصاميم وأكثرها ثباتًا. تم اختبار فعاليته بمرور الوقت ، وقد تمت دراسة الأساليب والتقنيات التكنولوجية بعناية. إن قدرات الفرن العالي تجعل تشغيل هذه الأجهزة سيستمر لفترة طويلة جدًا ، وسيتم تحسين التصميمات والتقنيات.

سأتحدث في هذا المقال عن أهم عنصر في الإنتاج الحديث للسبائك الحديدية والحديد الزهر ، وهو الفرن العالي. إنها المعدات الرئيسية للفرن العالي ، لذلك أعتقد أن الجميع مهتم بمعرفة مكونات الفرن العالي ومبدأ التشغيل.

يستخدم خام الحديد كمادة خام ، والمنتج الرئيسي لإنتاج أفران الصهر هو الحديد الزهر ، والذي وجد تطبيقه في مجالات النشاط المختلفة: إنتاج السيارات ، والسباكة ، وأدوات الزهر ، إلخ.

ترتبط الحضارة الحديثة ارتباطًا وثيقًا بتطور تكنولوجيا الإنتاج ، وهو أمر مستحيل دون تحسين الأدوات والمواد المستخدمة في تصنيعها.

من بين جميع المواد ذات الأصل الطبيعي أو من صنع الإنسان ، تحتل المعادن الحديدية المكانة الأكثر أهمية - وهي سبيكة من الحديد والكربون مع وجود عناصر أخرى.

السبائك ، التي يكون جزء من الكربون فيها 2-5٪ ، تنتمي إلى الحديد المصبوب ، في وجود الكربون أقل من 2٪ ، السبيكة تنتمي إلى الفولاذ. لصهر المعادن ، يتم استخدام تقنية خاصة لإنتاج أفران الصهر.

فرن الانفجار هو عملية إنتاج الحديد الخام من خام الحديد المعالج في أفران الصهر أو ، كما يطلق عليها أيضًا ، أفران الصهر.

المواد الرئيسية اللازمة في عملية هذا الإنتاج هي:

• الوقود ، في شكل فحم الكوك يتم الحصول عليه من الفحم ؛
• خام الحديد ، وهو مادة خام مباشرة للإنتاج ؛
• التدفق - إضافات خاصة من الحجر الجيري والرمل والمواد الأخرى.




فرن الانفجار - جهاز لإنتاج الحديد الخام عن طريق اختزال صهر خامات الحديد أو مركزاته.

إن المعدات الرئيسية لمتجر الأفران العالية - فرن الصهر - عبارة عن فرن ذو عمود دائري مبطن ببناء حراري.

تستخدم أجهزة التبريد لحماية غلاف الفرن من الحرارة. يتم تثبيت غلاف الفرن والجهاز العلوي على الأساس ويتم تثبيتهما بواسطة أعمدة.

تسمى المادة الأولية للصهر بالشحنة وتتكون من خام الحديد وخام المنغنيز والتلبيد والكريات. يتم تغذية الشحنة إلى الجزء العلوي من الفرن عن طريق التخطي أو الحزام الناقل. من خلال قمع الاستقبال ، يتم تفريغ القفزات في الفرن. يتم توفير الهواء من خلال سخانات الهواء ، ويخرج منتج الصهر من خلال فتحات الضغط إلى المغارف الموجودة في الجزء السفلي.



تم تجهيز أفران الصهر الحديثة بنظام التحكم والمراقبة المركزي الذي يوفر تسجيل مؤشرات الأدوات والمؤشرات المعقدة لتشغيل الأفران العالية - استهلاك فحم الكوك لكل طن من الحديد الخام وإنتاج الأفران اليومية بالأطنان.

يتم استخدام وقود إضافي ، مما يقلل من استهلاك فحم الكوك وتكلفة الحديد الخام. يهدف تحسين تصميم الفرن العالي إلى زيادة قدرته (الحجم) ، وتحسين تحضير المواد الخام ، وإدخال تقنيات جديدة متقدمة وعالية الأداء.

يتم صهر الحديد الزهر في أفران الصهر ، وهي أفران عمودية. يتمثل جوهر عملية إنتاج الحديد الزهر في الأفران العالية في تقليل أكاسيد الحديد ، والتي تعد جزءًا من عوامل الاختزال الغازية (CO ، H2) والصلبة (C) المتكونة أثناء احتراق الوقود في الفرن.



عملية الفرن العالي مستمرة. يتم تحميل مواد البدء (التكتل ، الكريات ، فحم الكوك) في الفرن من الأعلى ، ويتم إدخال الهواء الساخن والوقود الغازي أو السائل أو المسحوق في الجزء السفلي.

تمر الغازات الناتجة عن احتراق الوقود عبر عمود الشحن وتعطيه طاقتها الحرارية. يتم تسخين الشحنة الهابطة ، وتقليلها ، ثم صهرها.

يتم حرق معظم فحم الكوك في النصف السفلي من الفرن كمصدر للحرارة ، ويستخدم بعض فحم الكوك لتقليل وكربنة الحديد.

الفرن العالي هو وحدة قوية وعالية الأداء ، تستهلك كمية كبيرة من المواد. يستهلك الفرن العالي الحديث حوالي 20000 طن من الشحنة يوميًا وينتج حوالي 12000 طن من الحديد الخام يوميًا.

مكونات الفرن العالي

فرن الصهر عبارة عن وحدة تعمل باستمرار ، وتتكون من المناطق التالية:

• انفجار حار.
• منطقة الانصهار (الكتفين والقرن).
• منطقة استرداد الحديد O (بخار).
• منطقة اختزال Fe2O3 (لي).
• منطقة التسخين (أعلى).
• تحميل مواد خام الحديد والحجر الجيري وفحم الكوك.
• غاز المجال.
• عمود من مواد خام الحديد والحجر الجيري وفحم الكوك.
• تحرير الخبث.
• إطلاق الحديد الزهر السائل.
• جمع نفايات الغاز.

يُطلق على المخطط الداخلي للقسم الرأسي للفرن العالي اسم ملف تعريف الفرن.

تشمل مساحة عمل الفرن ما يلي:

• قمة؛
• مِلكِي؛
• بخار؛
• أكتاف.
• بوق



قمة.

الجزء العلوي (الضيق) من الفرن يسمى الجزء العلوي. يحتوي الجزء العلوي على جهاز تعبئة لتحميل الشحنة (خام ، وقود ، تدفقات) وأنابيب مداخن يتم من خلالها تصريف الغازات من فرن الصهر ، يسمى الفرن العالي أو الأعلى. يسمى جزء الفرن بين القمة والبخار العمود.

يُطلق على جزء الفرن ، المواجه لأعلى بمخروط مقطوع ويدعم الشحن بالبخار جنبًا إلى جنب مع الشحنة والجزء العلوي ، الكتفين. في هذا الجزء من الفرن ، هناك انخفاض حاد إلى حد ما في حجم المواد المحملة نتيجة احتراق فحم الكوك وتشكيل منتجات صهر سائلة.

يمثل العمود معظم الارتفاع الكلي للفرن وحجمه. إن المظهر الجانبي للعمود ، وهو مخروط مبتور ، يمتد نحو الأسفل ، يضمن خفضًا وتخفيفًا موحدًا لمواد الشحن.

يسمح الارتفاع الكبير للعمود بالمعالجة الحرارية والكيميائية للمواد ذات الغازات الساخنة المتزايدة.

هذا هو الجزء الأسطواني الأوسط من مساحة عمل الفرن ، والذي يحتوي على أكبر قطر. يخلق التبخير بعض الزيادة الإضافية في حجم الفرن ويزيل التأخير المحتمل في شحن المواد.

أكتاف.

هذا جزء من ملف تعريف الفرن الموجود أسفل البخار ويمثل مخروطًا مبتورًا يواجه البخار بقاعدته العريضة. يتوافق الاستدقاق العكسي للكتفين مع انخفاض في حجم المواد المنصهرة أثناء تكوين الحديد الزهر والخبث.

يسمى الجزء السفلي من الفرن ، الذي له شكل أسطوانة ، حيث تتراكم منتجات الصهر - الحديد السائل والخبث - بالموقد. يوجد في الموقد ثقوب متباعدة شعاعيًا على نفس المسافة من بعضها البعض (10-16 ، اعتمادًا على حجم فرن الصهر).

يتم إدخال أنابيب مزدوجة الجدران مصنوعة من النحاس الأحمر أو البرونز أو الألومنيوم في هذه الثقوب. هذه الثقوب تسمى الرماح.

يتم نفخ الهواء الساخن المسخن في سخانات الهواء (Coopers) عبر الفتحات بواسطة مروحة أو منفاخ. يتم تبريد الرماح بواسطة الماء المتداول في الفراغ بين جدران الأنابيب.

عناصر إضافية للفرن العالي



في عملية العمل ، يلزم وجود أجهزة وآليات مساعدة لضمان ذوبان عالي الجودة للحديد الزهر. من الضروري وجود أجهزة لرفع وتحميل المواد الأولية في الفرن.

يحتاج فرن الصهر إلى صيانة مستمرة ، خاصة عند التنصت على الخبث والحديد. لهذا الغرض ، تم تكييف ساحات المسبك ، وهي مجهزة برافعات علوية.

يتم توفير تسخين الهواء لتشغيل الفرن ، ودرجة حرارة انصهار عالية مع هواء أقل بواسطة سخانات الهواء. على سبيل المثال ، في فرن بحجم مفيد 2000 متر مكعب ، يجب أن توفر هذه المعدات 3800 متر مكعب من الهواء في الدقيقة ، ودرجة حرارتها 1200 درجة.

يجب أن يكون البخار الناتج عن دخول الهواء إلى سخان الهواء رطبًا باستمرار. يتم تنظيم قيمة هذا المؤشر بواسطة نظام آلي.

يدخل الهواء المضغوط ، وهو ضروري لحرق الوقود ، إلى الفرن بفضل المنافيخ. يصل ضغطه في الجزء العلوي من الأفران الحديثة إلى 25 ميجا باسكال. يتم تنظيف الغاز العلوي عن طريق منظف الغاز.

الغرض من الفرن العالي ومبدأ التشغيل

يعد إنتاج الحديد الخام في فرن الصهر فرعًا مهمًا من علم المعادن الحديدية.

لا يتطلب هذا العمل الحاجة إلى استخدام معدات خاصة فحسب ، بل يتطلب أيضًا الالتزام الدقيق بتقنيات معينة.

يتم الصهر في فرن صهر من نفايات الصخور والمواد الخام.

يمكن أن يكون دور مادة الخام هو الأحمر أو البني أو الصاري أو خام الحديد المغناطيسي أو خامات المنغنيز.




يعد اختزال الحديد أحد المراحل الرئيسية في إنتاج الحديد الزهر.

نتيجة لهذه العملية ، يصبح الحديد صلبًا. ثم يتم إنزاله إلى بخار ، مما يعزز إذابة الكربون في الحديد. وهكذا يحدث تشكيل الحديد الزهر. في الجزء الساخن من الفرن ، يبدأ الحديد الزهر نفسه في الذوبان ، ويتدفق ببطء إلى الأسفل.

يعتمد مبدأ تشغيل الفرن العالي على نوع هذا الجهاز الضخم.

توجد أفران فحم الكوك وأفران الفحم.

السابق يعمل على فحم الكوك ، والأخير ، على التوالي ، على الفحم.

تم تصميم فرن العمود للتشغيل المستمر. شكل هذا الجهاز عبارة عن مخروطين مطويين بجوانب عريضة للقواعد. يوجد بين هذه المخاريط جزء من الفرن له شكل أسطواني - بخار.

يتم التعبير عن مبدأ تشغيل الفرن العالي في العديد من العمليات الفيزيائية والكيميائية. يتم تحديد وجود هذه العمليات من خلال نطاق درجة حرارة الفرن نفسه وعبء العمل على المادة.

بشكل عام ، يمكن تمييز العمليات التالية:

• عملية تحلل الحجر الجيري ، مما يؤدي إلى تكوين أنهيدريد الكربون وأكسيد الكالسيوم ؛
• استعادة الحديد والعناصر الأخرى ؛
• كربنة الحديد
• صهر المعادن
• تشكيل وذوبان الخبث.
• احتراق الوقود وغيرها.

سخان الهواء في الفرن العالي هو جهاز يتم فيه تسخين الهواء مسبقًا. ثم يتم تغذية هذا الهواء في الفرن.

لم يكن لمعدات صهر الحديد المبكرة عنصر مثل سخان الهواء. جعل تطوير الجهاز من الممكن تقليل تكاليف الوقود بشكل كبير.




يعتمد مبدأ تشغيل الفرن العالي على عمليات فيزيائية وكيميائية معقدة.

هناك مثل هذه العمليات:

• احتراق الوقود؛
• استعادة الحديد
• تحلل الحجر الجيري إلى أكسيد الكالسيوم وأنهيدريد الكربون ؛
• تشبع الحديد بالكربون.
• صهر المعادن
• ذوبان الخبث ، إلخ.



بالمعنى الأكثر عمومية ، فإن صهر أفران الصهر هو إنتاج الحديد الخام من خام الحديد.

المواد الرئيسية التي يمكن بها صهر الحديد:

• وقود - فحم الكوك
• خام الحديد - المادة الخام التي يصهر منها الحديد الزهر ؛
• التدفق - إضافات خاصة من الرمل والحجر الجيري وبعض المواد الأخرى.

تدخل الشحنة الفرن على شكل قطع صغيرة الحجم - حبيبات أو تكتلات. يمكن أن تعمل خامات المنغنيز أو أشكال مختلفة من خام الحديد كمادة خام. تُسكب المواد الخام في الأعلى في طبقات ، بالتناوب مع طبقات التدفق وفحم الكوك.

يطفو الخبث على سطح الحديد الساخن. يتم تصريف الشوائب قبل أن يتصلب المعدن السائل.



يجب أن يكون توريد المواد الخام وكذلك تشغيل الفرن مستمرين. يتم ضمان ثبات العملية بواسطة ناقلات خاصة. من خلال إدخال العناصر الموصوفة إلى الموقد ، تمر الشحنة عبر عدد من العمليات التكنولوجية.

يعطي الكوك المحترق درجة الحرارة المطلوبة ، والتي يجب ألا تقل عن 2000 درجة. يعزز الاحتراق مزيج الأكسجين والفحم. في نفس الوقت يتكون ثاني أكسيد الكربون. تحت تأثير ارتفاع درجة الحرارة ، يصبح هذا الأخير أول أكسيد الكربون. بفضل هذا ، تمت استعادة الحديد.

يصبح الحديد الزهر من الحديد الزهر بعد مرور الحديد عبر فحم الكوك المصهور. لكي تكون النتيجة ممكنة ، يجب أن يكون الحديد مشبعًا بالكربون. تشتمل مكاوي الصب على السبائك التي يمثل فيها الكربون 2-5٪.

بعد أن يتراكم المعدن النهائي في الموقد ، يتم تحريره من خلال الثقوب. يتم إطلاق الخبث أولاً من خلال الفتحة العلوية ، ثم من خلال الفتحة السفلية - الحديد الزهر. يتم تجفيف الأخير من خلال القنوات في دلاء وإرساله لمزيد من المعالجة.

منتجات الأفران العالية

منتجات صهر أفران الصهر هي:

• الحديد الزهر؛
• الخبث؛
• فرن صهر (علوي) غاز.

الحديد الزهر

الحديد الزهر هو المنتج الرئيسي لإنتاج أفران الصهر ، والخبث وغاز أفران الصهر من المنتجات الثانوية.

يتم تقسيم الحديد الزهر المصهور في أفران الصهر ، اعتمادًا على طريقة الاستخدام الإضافي ، إلى ثلاث مجموعات:

• الذهاب إلى إعادة التوزيع إلى الصلب ؛
• المسابك المصممة لإنتاج مصبوبات الحديد الزهر في الهندسة الميكانيكية ؛
• خاص (السبائك الحديدية) المستخدمة لإزالة أكسدة الفولاذ في صناعة الصلب.

الحديد الزهر هو سبيكة متعددة المكونات من الحديد مع الكربون والمنغنيز والسيليكون والفوسفور والكبريت.

يحتوي الحديد الزهر أيضًا على كميات ضئيلة من الهيدروجين والنيتروجين والأكسجين. قد تحتوي سبائك الحديد الزهر على الكروم والنيكل والفاناديوم والتنغستن والتيتانيوم ، وتعتمد الكمية على تكوين الخامات التي يتم صهرها.

الحديد الزهر مخصص للمعالجة إلى الفولاذ.

يتميز هذا الحديد الزهر بحقيقة أن الكربون الموجود فيه (2.2-4٪) في حالة ارتباط كيميائيًا.

سطح الكسر من الحديد الزهر أبيض.



اعتمادًا على التكوين وطريقة المعالجة ، هناك:

• الحديد الزهر ذو الموقد المفتوح المحتوي على الفوسفور من 0.15 إلى 0.30٪ والكبريت حتى 0.07٪ ؛
• يحتوي بيسمر على 0.07٪ فوسفور وما يصل إلى 0.069٪ كبريت ؛
• Tomasovsky ، وتحتوي على الفوسفور 1.6٪ والكبريت حتى 0.08٪.

يتم تقسيم الحديد الزهر إلى ثلاثة أنواع:

• فرن فحم الكوك (الدرجات M1 ، M2 ، M3 ، B1 ، B2).
• فحم الكوك القارورة (MF1 ، MF2 ، MF3).
• فحم الكوك التحويل عالي الجودة (PVK1 ، PVK2 ، PVK3).

بعد سحبها من فرن الصهر ، يُسكب الحديد الزهر في سبائك ويرسل باردًا إلى مصانع بناء الآلات ، حيث يُعاد صهره في أفران قبة خاصة لصب أجزاء الماكينة.

يتم صهر الحديد الزهر فحم الكوك في سبع درجات: LK1-LK7.

تنقسم كل درجة إلى ثلاث مجموعات محتوى منجنيز ، وخمس فئات لمحتوى الفوسفور ، وخمس فئات محتوى كبريت.




مكاوي الفوسفور.

تعتبر مكاوي الصب الفوسفورية التي تحتوي على ما يصل إلى 2٪ P عبارة عن مجموعة خاصة ؛ اعتمادًا على محتوى الفوسفور ، يتم استخدام تقنيات مختلفة لتحويل هذه الحديد المصبوب إلى صلب.




يلقي الحديد.

هذا النوع من الحديد الزهر مخصص لإنتاج منتجات الزهر في ورش صهر الحديد. السمة المميزة لهذه المكاوي هي المحتوى العالي من السيليكون (2.75 - 3.75٪ Si) ، وفي بعض الحالات ، الفوسفور. ويفسر ذلك حقيقة أن هذه العناصر تمنح الحديد المصهور قابلية عالية للحركة السائلة أو القدرة على ملء القالب جيدًا.

يستخدم الحديد المسبك بعد إعادة الصهر في مصانع بناء الآلات للحصول على مصبوبات مشكلة.

يستخدم الحديد الزهر في صناعة منتجات الزهر:

• أنابيب؛
• مشعات.
• تركيبات السباكة
• سرير؛
• كتل.
• التروس ، إلخ.



هذا الحديد الزهر في الكسر له لون رمادي. في ذلك ، يكون جزء من الكربون في حالة حرة ، في شكل جرافيت. يحتوي الحديد الزهر الرمادي عادة على السيليكون 1.25-4.25٪ ، الكربون 2.5-4٪ ، المنغنيز 0.5-1.3٪ ، الفوسفور 0.1-1.2٪ وكمية صغيرة من الكبريت.

يجعل المنغنيز الحديد الزهر صلبًا وهشًا.

على العكس من ذلك ، يقلل السيليكون من صلابة الحديد الزهر ، مما يجعل من السهل تشكيل المصبوبات من هذا الحديد الزهر.

الفوسفور يجعل الحديد الزهر سائلًا ذائبًا وملءًا جيدًا لأجزاء رقيقة من القوالب.

تقاوم المسبوكات المصنوعة من الحديد الزهر التي تحتوي على كمية متزايدة من الفوسفور التآكل جيدًا ، ولكنها في نفس الوقت تزيد من هشاشتها.

يعطي الكبريت الحديد الزهر درجة انصهار عالية ويقلل من خواصه الميكانيكية.




حديد الصب الخاص (السبائك الحديدية).

هذه سبائك حديدية تحتوي على نسبة عالية من السيليكون والمنغنيز وعناصر أخرى تستخدم كمزيل للأكسدة أو إضافات في مسابك الحديد والصلب.

وتشمل هذه:

• المنغنيز الحديدي (70-75٪ Mn وحتى 2٪ Si) ؛
• السليكون الحديدي (9-13٪ Si و 3٪ Mn) ؛
• الحديد الزهر المرآة (10 - 15٪ منغنيز وحتى 2٪ Si).

في السنوات الأخيرة ، انخفض صهر السبائك الحديدية في أفران الصهر بسبب المعالجة غير الاقتصادية. يعتبر صهر السبائك الحديدية في الأفران الكهربائية أكثر ربحية.

الخبث

يعتبر الخبث منتجًا ثانويًا ، وهو مادة بناء رخيصة جدًا وذات جودة عالية ويستخدم في صناعة الأسمنت والخرسانة والطوب وتهيئة الطرق.

كمية الخبث التي يتم الحصول عليها أثناء الصهر كبيرة جدًا (حوالي 60٪ من وزن الحديد الزهر يتم صهره).

الخبث قاعدية وحمضية.

الخبث الحمضي ذو قوة عالية. إذا تم نفخه في شكل سائل بالبخار أو الهواء ، تحصل على صوف الخبث ، وهو عازل جيد.

فرن الانفجار (غاز علوي)



هذا هو الغاز الذي يخرج من الفرن من خلال الجزء العلوي - الجزء العلوي.

يتكون من CO و H2 و CO2 و CH4 و N2. بعد التنظيف من الغبار الذي يحتويه ، يتم استخدام الغاز كوقود لتسخين الهواء المنفخ في فرن الصهر ولتسخين الغلايات ولأغراض أخرى.

نظرًا لأن الغاز يحتوي على ما يصل إلى 30٪ من ثاني أكسيد الكربون ، فهو وقود يتم استخدامه بعد إزالة الغبار. كمية غاز الفرن العالي تزيد بمقدار 2.5 مرة عن كمية الحديد الزهر. حرارة الاحتراق هي 3600-3900 كيلوجول / متر مكعب.

عند تشغيل فرن صهر على انفجار مشترك باستخدام الغاز الطبيعي ، يزداد محتوى الهيدروجين في الغاز العلوي إلى 6-8 ، وأحيانًا يصل إلى 12٪ ، بينما تزيد القيمة الحرارية إلى 4200 كيلو جول / م 3.

يتم استخدام حوالي 30-35٪ من الغاز العلوي في متجر الأفران العالية لتسخين فوهات سخان الهواء. يتم استخدام باقي الغاز في ورش الدرفلة والحرارة وفي محطات التدفئة والطاقة المشتركة.

تتم عملية إنتاج الحديد الزهر في أفران الصهر.

تشكل المواد الخام لصهر الأفران العالية ، بالنسب المطلوبة ، الشحنة.

الحديد الزهر هو منتج أساسي يتم الحصول عليه من المواد الخام. يعتمد إنتاج الحديد الخام على استخراج الحديد من الخامات باستخدام تفاعلات الأكسدة والاختزال المختلفة. في المستقبل ، يتم استخدام الحديد الزهر كمادة وسيطة لإنتاج الصلب.