كيفية استخدام فرن الانفجار. ما هو الفرن العالي ل؟ تصميم الفرن العالي ومبدأ التشغيل والجهاز

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 التي أنشأها الإنسان، تحتل المعادن الحديدية المكان الأكثر أهمية - وهي سبيكة من الحديد والكربون مع وجود عناصر أخرى.

تصنف السبائك التي تحتوي على 2-5% من الكربون على أنها حديد زهر، بينما تصنف السبائك التي تحتوي على أقل من 2% من الكربون على أنها فولاذ. لصهر المعادن، يتم استخدام تقنية الفرن العالي الخاصة.

ABC للإنتاج

الصهر الانفجاري هو عملية إنتاج الحديد الزهر من خام الحديد المعالج في أفران الصهر أو، كما يطلق عليها أيضًا، أفران الصهر.

المواد الرئيسية اللازمة في عملية هذا الإنتاج هي:

• الوقود على شكل فحم الكوك المستخرج من الفحم؛
• وخام الحديد، وهو المادة الخام المباشرة للإنتاج؛
• تدفق - إضافات خاصة مصنوعة من الحجر الجيري والرمل وغيرها من المواد.

يدخل خام الحديد إلى أفران الصهر على شكل قطع من الصخور الصغيرة المنصهرة معًا - كتل أو كريات، على شكل كتل خام. يتم تحميل المادة الأولية في الفرن العالي طبقة تلو الأخرى، بالتناوب مع طبقات من فحم الكوك وإضافة التدفق طبقة تلو الأخرى.

ملحوظة:يعد التدفق ضروريًا لجعل النفايات الصخرية والشوائب المختلفة، والتي تسمى الخبث، تطفو.

يتم تصريف الخبث الذي يطفو على سطح الحديد الزهر الساخن قبل أن يتصلب المعدن. تسمى المادة المحملة لصهر الحديد الزهر، والتي تتكون من خام الحديد وفحم الكوك والصهور، بالشحنة.

الفرن العالي، الذي يشبه شكل البرج ذو القاعدة العريضة، مُبطن من الداخل بمادة مقاومة للحريق - الطين الناري.

عناصر التصميم الرئيسية هي:

• أكتاف.
• بخار؛
• حفرة الحريق؛
• مِلكِي
• بوق

غرفة البخار هي الجزء الأوسع من الفرن العالي. إنه يذيب خام الشوائب والتدفق، مما يؤدي إلى الخبث. لمنع تأثير درجات الحرارة المرتفعة على البناء وأغلفة الفرن، يتم استخدام وحدات التبريد بالمياه المتداولة.

تم بناء عمود الفرن العالي على شكل مخروطي يتوسع في الأسفل - وهذا التصميم للفرن العالي يسمح للشحنة بالسقوط بحرية أثناء عملية الصهر. يحدث تكوين الحديد الزهر، الذي ينزل إلى الفرن أثناء عملية الصهر، في البخار والكتفين. للاحتفاظ بالشحنة الصلبة في البخار والعمود، تكون الأكتاف على شكل مخروطي، مع تمدد نحو الأعلى.

كيف يعمل

يتم سكب الشحنة في الفرن العالي من خلال الفرن في أجزاء متواصلة.

لضمان استمرارية العمل، تم تركيب مستودع للكريات (اللبيدة) والتدفق وفحم الكوك بالقرب من الفرن العالي - وهو مخبأ مصمم لإعداد الشحنة.

يتم توريد المواد الخام إلى المخابئ، وكذلك توريد الشحنة إلى أجهزة التعبئة في الأعلى، بشكل مستمر باستخدام الناقلات.

تغوص الشحنة تحت كتلتها، وتدخل الجزء الأوسط من الفرن، حيث يتم تسخين مادة خام الحديد تحت تأثير الغازات الساخنة الناتجة عن احتراق فحم الكوك، وتخرج الغازات المتبقية من خلال الجزء العلوي.

يوجد في الفرن الموجود في الجزء السفلي من الفرن أجهزة لتزويد تدفقات الهواء الساخن تحت الضغط - tuyeres. تحتوي Tuyeres على نوافذ ذات زجاج مقاوم للحرارة، مما يسمح بالتحكم البصري في العملية.

ملحوظة:وللحماية من درجات الحرارة المرتفعة، يتم تبريد الأجهزة بالماء من خلال القنوات المتوفرة بداخلها.

ينتج فحم الكوك المحترق في المسبك درجة الحرارة المطلوبة لصهر الخام، بما يتجاوز +2000 درجة.

أثناء عملية الاحتراق، يتحد فحم الكوك والأكسجين لتكوين ثاني أكسيد الكربون.

إن تأثير درجة الحرارة المرتفعة على ثاني أكسيد الكربون يحول الأخير إلى أول أكسيد الكربون، الذي يزيل الخام ويقلل الحديد. تحدث عملية تكوين الحديد الزهر بعد مرور الحديد عبر طبقات من فحم الكوك الساخن.ونتيجة لهذه العملية، يتشبع الحديد بالكربون.

بعد أن يتراكم الحديد الزهر في المسبك، يتم إطلاق المعدن السائل من خلال الفتحات الموجودة أدناه - الفتحات. بادئ ذي بدء، يتم إطلاق الخبث من خلال فتحة الصنبور العلوية، ثم يتم إطلاق الحديد الزهر من خلال فتحة الصنبور السفلية. من خلال قنوات خاصة، يتم سكب الحديد الزهر في مغارف موضوعة على منصات السكك الحديدية ونقلها لمزيد من المعالجة.

يدخل حديد الزهر المسبك ، والذي سيتم استخدامه لاحقًا لإنتاج المسبوكات ، في آلة الصب ويتحول عند تصلبه إلى قضبان - سبائك.

لإنتاج الفولاذ، يتم استخدام الحديد الزهر، وهو ما يسمى حديد التحويل - وهو يمثل ما يصل إلى 80٪ من الإنتاج.

يتم نقل الحديد الخام المحول إلى مسبك الصلب باستخدام المحولات أو أفران الموقد المفتوح أو الأفران الكهربائية. في الأفران العالية الحديثة والضخمة، لا يتم استخدام تدفقات الهواء الساخن فقط لدعم عمليات الاحتراق، ولكن أيضًا يستخدم الأكسجين النقي مع الغاز الطبيعي.

تسمح لك هذه التكنولوجيا باستهلاك كميات أقل من فحم الكوك، ولكنها أكثر تعقيدًا من الناحية التكنولوجية. لذلك، للتحكم في عملية الإنتاج واختيار أوضاع الذوبان الأمثل، يتم استخدام أجهزة الكمبيوتر القادرة على التحليل المتزامن لتشغيل جميع الأنظمة.

شاهد مقطع فيديو تعليميًا يصف مبدأ التشغيل والفروق الدقيقة في الفرن العالي:

الغرض من الفرن العالي هو تنفيذ عمليات صهر السبائك الحديدية والحديد الزهر. وتستخدم المواد الخام خام الحديد لإنتاج هذه المواد. يعود تاريخ أصل اسم هذه المعدات إلى القرن الرابع عشر. مصطلح "المجال" يأتي من كلمة تهب. ظهرت المواقد الأولى في أوروبا، ثم بعد القرن السادس عشر، جاءت إلى روسيا.

تصميم الفرن العالي هو كما يلي: يتم تركيب الفرن على الأساس، ويغطي الغلاف الفولاذي الجزء الخارجي. الأساس مرتفع جدًا، ويسمى الجزء السطحي المقاوم للحرارة بالجذع. يبلغ سمك الغلاف عادة من 4 إلى 6 سم، ويوجد بداخله، على طول الجدران، منتجات مقاومة للحريق. يوجد في الجزء العلوي من الأساس سلسلة من التلال التي تتعرض للضغط الهيدروستاتيكي للكتلة المنصهرة ودرجات الحرارة المرتفعة. تحيط أكوام الدنيس الموجودة داخل الغلاف بثلاجات خاصة. يتم تمثيلها بألواح من الحديد الزهر مع ملفات يتم من خلالها تدوير المياه.

المعدات التي لا غنى عنها في صناعة المعادن الحديدية

يعد إنتاج الأفران العالية من المهام الصعبة في مجال علم المعادن. لكن في نفس الوقت يعود تاريخ هذا التصميم إلى أكثر من قرن. مع تطور التقدم العلمي والتكنولوجي، تغير تصميم الفرن قليلاً، وبدأت إضافة العناصر والأجزاء التي مكنت من تسريع عملية الإنتاج بشكل كبير. بالإضافة إلى ذلك، تمت أتمتة العديد من الأوضاع التي يصعب التحكم فيها في الأفران الحديثة.

يعد تشغيل الفرن العالي عنصرًا مهمًا في صناعة الحديد والصلب الحديثة. في الإنتاج الحديث، يتم استخدام المعدات ذات المستوى العالي من الإنتاجية فقط. بالإضافة إلى ذلك، تم تجهيز الأفران العالية المتقدمة بأنظمة التشغيل الآلي. يتمثل دور الأتمتة في تنظيم ومراقبة وتسجيل الخصائص الرئيسية لعمليات الصهر. يمكن للفرن الحديث التحكم في مستوى صب الشحنة وإمدادات الخام ودرجة حرارة الانفجار وضغط الغاز.

يمكن القول إن إنتاجية هذه الأفران تنمو وفقًا للعصر. تتيح التحسينات التي تم إدخالها على نظام الصهر زيادة إنتاجية المعدات عدة مرات.

رسم تخطيطي للفرن العالي يعطي فكرة مرئية عن كيفية عمله. هنا يمكنك ملاحظة كيف يتغير تصميم المعدات في المناطق ذات درجات الحرارة المرتفعة. أيضًا، مع الأخذ في الاعتبار الرسم التخطيطي، يمكنك معرفة مكان سكب مكونات المواد الخام وإلى أي مستوى.

تحدث العمليات في الفرن العالي بترتيب محدد بدقة. الفرن نفسه له شكل عمودي، مشابه لنوع العمود. قد يختلف الارتفاع قليلاً لكنه لا يتجاوز 35 مترًا ويكون قطر الهيكل عادة أصغر بمقدار 2.5 إلى 3 مرات. تستمر العملية في تسلسل معين. أولا، يتم استعادة الحديد. ثم تتم استعادة العناصر الأخرى - الفوسفور والكبريت وغيرها. يتدفق الخبث الناتج، الذي غير مكوناته بشكل كبير، إلى الأسفل ويتراكم في منطقة الموقد. إن التركيب الكيميائي للخبث هو الذي يحدد تركيبة الحديد الزهر.

مبدأ تشغيل المعدات

يتم التعبير عن مبدأ تشغيل الفرن العالي في العديد من العمليات الفيزيائية والكيميائية. يتم تحديد وجود هذه العمليات من خلال درجة حرارة الفرن نفسه وحمولة المواد. وبشكل عام يمكن تمييز العمليات التالية:

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

سخان الهواء بالفرن العالي هو جهاز يتم فيه تسخين الهواء مسبقًا. ثم يتم إدخال هذا الهواء إلى الفرن. لم تكن المعدات المبكرة لصهر الحديد الزهر تحتوي على عنصر مثل سخان الهواء. لقد أتاح تطوير الجهاز إمكانية تقليل تكاليف الوقود بشكل كبير.

الشحنة بالمعنى الحديث هي عبارة عن خليط من فحم الكوك ولبد خام الحديد والمواد الخام المصهورة. قبل عملية الصهر، تخضع الشحنة لتحضيرات خاصة. أولاً يتم سحقها ثم غربلتها. بعد الغربلة، يتم إرسال القطع الكبيرة لإعادة سحقها.

نتيجة عملية الاحتراق هي زيادة في درجة الحرارة. أعلى نقطة درجة حرارة يمكن أن تصل إلى أكثر من 2000 درجة مئوية. تحدث العمليات تحت ضغط الغازات الساخنة. عند الارتفاع، تبرد هذه الغازات إلى 300-400 درجة بالقرب من كوكوشنيك.

الغرض من الأفران

يعد إنتاج الحديد الخام في الفرن العالي فرعًا مهمًا من صناعة الحديد والصلب. لا يتطلب هذا العمل الحاجة إلى استخدام معدات خاصة فحسب، بل يتطلب أيضًا الالتزام الدقيق بتقنيات معينة. يتم إجراء الصهر في فرن عالي من نفايات الصخور والمواد الخام. يمكن أن تكون المادة الخام حمراء أو بنية أو صارية أو خام الحديد المغناطيسي أو خامات المنغنيز.

يعد اختزال الحديد إحدى المراحل الرئيسية لإنتاج الحديد الزهر. ونتيجة لهذه العملية يصبح الحديد قاسيا. بعد ذلك، يتم غمسه في البخار، مما يعزز ذوبان الكربون في الحديد. وهكذا يتكون الحديد الزهر. في الجزء الساخن من الفرن يبدأ الحديد الزهر نفسه في الذوبان، ويتدفق ببطء إلى الجزء السفلي.

يعتمد مبدأ تشغيل الفرن العالي على نوع هذا الجهاز الضخم. هناك أفران فحم الكوك وأفران الفحم. الأول يعمل على فحم الكوك، والثاني، على التوالي، على الفحم. تم تصميم فرن العمود للتشغيل المستمر. شكل هذا الجهاز عبارة عن مخروطين مطويين بجوانب عريضة عند القاعدة. بين هذه المخاريط يوجد جزء من الفرن ذو شكل أسطواني - البخار.

تم تصميم الفرن الصناعي، الذي يسمى المصهر، لنقل المواد المعالجة من حالة إلى أخرى. وهكذا تتحول الحالة الصلبة تدريجيا، تحت تأثير درجة حرارة تتجاوز درجة الانصهار، إلى الحالة السائلة. يمكن أن تكون المادة التي تم إحضارها إلى الحالة السائلة في وضع معلق، وكذلك في جهاز تبلور أو بوتقة أو منجم أو حمام على الموقد. تستخدم الأفران الصناعية لإنتاج المعادن من الخامات. وفيها تتم عمليات صهر المعادن غير الحديدية والصلب وصهر الزجاج وغيرها.

يمكن إجراء إصلاح الأفران العالية بعدة طرق. يتم إجراء الإصلاحات الرئيسية حسب الحاجة أو فيما يتعلق بالإصلاحات الرئيسية المخطط لها. خلال هذه الفترة يتم تعليق عملية العمل المستمرة. تنقسم الإصلاحات الرئيسية إلى ثلاثة أنواع. في فئة الإصلاح الأولى، يجب إطلاق منتجات الصهر السائلة بالكامل من الفرن ويجب إجراء فحص شامل لجميع المعدات. تشير الفئة الثانية إلى إصلاح متوسط ​​مع استبدال بعض العناصر. تتضمن الفئة الثالثة من الإصلاحات تغيير أجهزة التعبئة وضبط حماية الفرن العالي.

في هذه المقالة سأتحدث عن العنصر الأكثر أهمية في الإنتاج الحديث للسبائك الحديدية والحديد الزهر، وهو الفرن العالي. إنها المعدات الرئيسية للفرن العالي، لذلك أعتقد أن الجميع مهتمون بالتعرف على مكونات الفرن العالي ومبدأ التشغيل.

يستخدم خام الحديد كمواد خام، والمنتج الرئيسي لإنتاج الأفران العالية هو الحديد الزهر، والذي وجد تطبيقه في مختلف مجالات النشاط: إنتاج السيارات، وتصنيع الأدوات الصحية، وأدوات المطبخ المصنوعة من الحديد الزهر، وما إلى ذلك.

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 التي أنشأها الإنسان، تحتل المعادن الحديدية المكان الأكثر أهمية - وهي سبيكة من الحديد والكربون مع وجود عناصر أخرى.

تصنف السبائك التي تحتوي على 2-5% من الكربون على أنها حديد زهر، بينما تصنف السبائك التي تحتوي على أقل من 2% من الكربون على أنها فولاذ. لصهر المعادن، يتم استخدام تقنية الفرن العالي الخاصة.

الصهر الانفجاري هو عملية إنتاج الحديد الزهر من خام الحديد المعالج في أفران الصهر أو، كما يطلق عليها أيضًا، أفران الصهر.

المواد الرئيسية اللازمة في عملية هذا الإنتاج هي:

• الوقود على شكل فحم الكوك المستخرج من الفحم؛
• وخام الحديد، وهو المادة الخام المباشرة للإنتاج؛
• تدفق - إضافات خاصة مصنوعة من الحجر الجيري والرمل وغيرها من المواد.

الفرن العالي هو جهاز لإنتاج الحديد الزهر عن طريق تقليل صهر خامات الحديد أو مركزاته.

المعدات الرئيسية لمتجر الفرن العالي هي الفرن العالي - فرن ذو عمود دائري مبطن بالبناء الحراري.

لحماية غلاف الفرن من الحرارة، يتم استخدام أجهزة التبريد. يتم تثبيت غلاف الفرن وجهاز فرن الفرن على الأساس ودعمهما بأعمدة.

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

تم تجهيز الأفران العالية الحديثة بنظام تحكم ومراقبة مركزي يوفر تسجيل مؤشرات الأجهزة والمؤشرات المعقدة لتشغيل الفرن العالي - استهلاك فحم الكوك لكل طن واحد من الحديد الخام وإنتاجية الفرن العالي اليومية بالطن.

ويتم استخدام وقود إضافي، مما يقلل من استهلاك فحم الكوك وتكلفة الحديد الزهر. يهدف تحسين تصميم الفرن العالي إلى زيادة قوته (حجمه)، وتحسين تحضير المواد الخام، وإدخال تقنيات تقدمية جديدة وعالية الأداء.

يتم صهر الحديد الخام في أفران الصهر، وهي عبارة عن فرن ذو عمود. يتمثل جوهر عملية إنتاج الحديد الزهر في الأفران العالية في اختزال أكاسيد الحديد الموجودة في الخام باستخدام عوامل الاختزال الغازية (CO، H2) والصلبة (C) المتكونة أثناء احتراق الوقود في الفرن.

عملية الصهر في الفرن العالي مستمرة. يتم تحميل المواد المصدرية (اللبيدة، الكريات، فحم الكوك) إلى الفرن من الأعلى، ويتم توفير الهواء الساخن والوقود الغازي أو السائل أو المسحوق إلى الجزء السفلي.

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

يتم حرق معظم فحم الكوك في النصف السفلي من الفرن، مما يوفر مصدرًا للحرارة، ويتم إنفاق جزء من فحم الكوك على تقليل الحديد وكربته.

يعد الفرن العالي وحدة قوية وعالية الإنتاجية تستهلك كمية كبيرة من المواد. يستهلك الفرن العالي الحديث حوالي 20.000 طن من الشحن يوميًا وينتج حوالي 12.000 طن من الحديد الخام يوميًا.

مكونات الفرن العالي

الفرن العالي هو وحدة تعمل بشكل مستمر وتتكون من المناطق التالية:

• انفجار ساخن.
• منطقة الانصهار (الكتفين والموقد).
• منطقة تخفيض FeO (البخار).
• منطقة اختزال Fe2O3 (منطقة الألغام).
• منطقة التسخين (حفرة النار).
• تحميل مواد خام الحديد والحجر الجيري وفحم الكوك.
• انفجار الغاز.
• عمود من مواد خام الحديد والحجر الجيري وفحم الكوك.
• الافراج عن الخبث.
• إنتاج الحديد الزهر السائل .
• جمع الغازات العادمة.

يسمى المخطط الداخلي للقسم الرأسي للفرن العالي بملف الفرن.

تشمل مساحة عمل الفرن ما يلي:

• حفرة الحريق؛
• مِلكِي؛
• بخار؛
• أكتاف.
• بوق

كولوشنيك.

الجزء العلوي (الضيق) من الفرن يسمى الجزء العلوي. يحتوي الجزء العلوي على جهاز شحن لتحميل الشحنة (الخام والوقود والتدفقات) وأنابيب مخرج الغاز التي يتم من خلالها إزالة الغازات التي تسمى الفرن العالي أو الغازات العلوية من الفرن العالي. يسمى الجزء الموجود في الفرن بين الأعلى والبخار بالعمود.

يُطلق على جزء الفرن، المتجه للأعلى بمخروط مقطوع ويدعم الشحنة بالبخار مع الشحنة والجزء العلوي، اسم الأكتاف. يوجد في هذا الجزء من الفرن انخفاض حاد إلى حد ما في حجم المواد المحملة نتيجة لاحتراق فحم الكوك وتكوين منتجات الصهر السائلة.

يمثل العمود معظم الارتفاع الإجمالي وحجم الفرن. يضمن الشكل الجانبي للعمود، وهو عبارة عن مخروط مقطوع يمتد نحو الأسفل، خفضًا وتخفيفًا موحدًا لمواد الشحن.

يسمح الارتفاع الكبير للعمود بالمعالجة الحرارية والكيميائية للمواد عن طريق ارتفاع الغازات الساخنة.

هذا هو الجزء الأسطواني الأوسط من مساحة عمل الفرن، وله القطر الأكبر. يؤدي التبخير إلى زيادة إضافية في حجم الفرن ويزيل التأخير المحتمل في شحن المواد.

أكتاف.

هذا جزء من شكل الفرن الموجود أسفل غرفة البخار وهو عبارة عن مخروط مقطوع بقاعدته العريضة التي تواجه غرفة البخار. يتوافق الاستدقاق العكسي للكتفين مع انخفاض في حجم المواد المنصهرة أثناء تكوين الحديد الزهر والخبث.

الجزء السفلي من الفرن، الذي له شكل أسطوانة، حيث تتراكم منتجات الصهر - الحديد السائل والخبث - يسمى الحدادة. يحتوي الفرن على فتحات شعاعية تقع على مسافات متساوية من بعضها البعض (10-16، حسب حجم الفرن العالي).

يتم إدخال أنابيب النحاس الأحمر أو البرونز أو الألومنيوم مزدوجة الجدران في هذه الثقوب. تسمى هذه الثقوب tuyeres.

يتم نفخ الهواء الساخن الذي يتم تسخينه في سخانات الهواء (الأكواب) عبر القصبات بواسطة مروحة أو آلات نفخ. يتم تبريد التواير بواسطة الماء المنتشر في الفراغ الموجود بين جدران الأنابيب.

عناصر إضافية للفرن العالي

أثناء عملية العمل، هناك حاجة إلى الأجهزة والآليات المساعدة لضمان ذوبان الحديد الزهر عالي الجودة. من الضروري وجود أجهزة لرفع وتحميل المواد الخام إلى الفرن.

يتطلب الفرن العالي صيانة مستمرة، خاصة عند إنتاج الخبث والحديد الزهر. ولهذا الغرض، تم تجهيز ساحات المسبك برافعات علوية.

تسخين الهواء لتشغيل الفرن، يتم توفير درجة حرارة انصهار عالية مع هواء أقل بواسطة سخانات الهواء. على سبيل المثال، بالنسبة للفرن الذي يبلغ حجمه المفيد 2000 متر مكعب، يجب أن توفر هذه المعدات 3800 متر مكعب من الهواء في الدقيقة، ودرجة حرارته 1200 درجة.

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

يدخل الهواء المضغوط، وهو ضروري لحرق الوقود، إلى الفرن بفضل منفاخ الهواء. يصل ضغطه في أعلى الأفران الحديثة إلى 25 ميجا باسكال. تتم تنقية غاز الفرن العالي باستخدام جهاز تنقية الغاز.

الغرض من الفرن العالي ومبدأ التشغيل

يعد إنتاج الحديد الخام في الفرن العالي فرعًا مهمًا من صناعة الحديد والصلب.

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

يتم إجراء الصهر في فرن عالي من نفايات الصخور والمواد الخام.

يمكن أن تكون المادة الخام حمراء أو بنية أو صارية أو خام الحديد المغناطيسي أو خامات المنغنيز.

يعد اختزال الحديد إحدى المراحل الرئيسية لإنتاج الحديد الزهر.

ونتيجة لهذه العملية يصبح الحديد قاسيا. بعد ذلك، يتم غمسه في البخار، مما يعزز ذوبان الكربون في الحديد. وهكذا يتكون الحديد الزهر. في الجزء الساخن من الفرن يبدأ الحديد الزهر نفسه في الذوبان، ويتدفق ببطء إلى الجزء السفلي.

يعتمد مبدأ تشغيل الفرن العالي على نوع هذا الجهاز الضخم.

يوجد أفران فحم الكوك والفحم.

الأول يعمل على فحم الكوك، والثاني، على التوالي، على الفحم.

تم تصميم فرن العمود للتشغيل المستمر. شكل هذا الجهاز عبارة عن مخروطين مطويين بجوانب عريضة عند القاعدة. بين هذه المخاريط يوجد جزء من الفرن ذو شكل أسطواني - البخار.

يتم التعبير عن مبدأ تشغيل الفرن العالي في العديد من العمليات الفيزيائية والكيميائية. يتم تحديد وجود هذه العمليات من خلال درجة حرارة الفرن نفسه وحمولة المواد.

وبشكل عام يمكن تمييز العمليات التالية:

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

سخان الهواء بالفرن العالي هو جهاز يتم فيه تسخين الهواء مسبقًا. ثم يتم إدخال هذا الهواء إلى الفرن.

لم تكن المعدات المبكرة لصهر الحديد الزهر تحتوي على عنصر مثل سخان الهواء. لقد أتاح تطوير الجهاز إمكانية تقليل تكاليف الوقود بشكل كبير.

يعتمد مبدأ تشغيل الفرن العالي على عمليات فيزيائية وكيميائية معقدة.

تتميز العمليات التالية:

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

بالمعنى الأكثر عمومية، صهر الفرن العالي هو إنتاج الحديد الخام من المواد الخام لخام الحديد.

المواد الرئيسية التي يمكن صهر الحديد الزهر بها هي:

• الوقود - فحم الكوك؛
• خام الحديد هو المادة الخام التي يُصهر منها الحديد الزهر؛
• التدفق – إضافات خاصة مصنوعة من الرمل والحجر الجيري وبعض المواد الأخرى.

تدخل الشحنة إلى الفرن على شكل قطع صغيرة منصهرة - كريات أو تكتلات. يمكن أن تكون المادة الخام خام المنغنيز أو أشكال مختلفة من خام الحديد. يتم صب المواد الخام في الفرن في طبقات، بالتناوب مع طبقات من الصهور وفحم الكوك.

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

يجب أن يكون توريد المواد الخام، مثل تشغيل الفرن، مستمرًا. يتم ضمان اتساق العملية بواسطة ناقلات خاصة. عند الدخول إلى الفرن من خلال العناصر الموصوفة، تمر الشحنة بعدد من العمليات التكنولوجية.

إن حرق فحم الكوك يعطي درجة الحرارة المطلوبة والتي يجب ألا تقل عن 2000 درجة. يعزز الاحتراق مزيج الأكسجين والفحم. وفي الوقت نفسه، يتكون ثاني أكسيد الكربون. تحت تأثير درجة الحرارة المرتفعة، يتحول الأخير إلى أول أكسيد الكربون. بفضل هذا، يتم استعادة الحديد.

يصبح الحديد الزهر حديدًا زهرًا بعد مرور الحديد عبر فحم الكوك المنصهر. ولكي تصبح النتيجة ممكنة، يجب أن يكون الحديد مشبعًا بالكربون. تشمل حديد الزهر السبائك التي تحتوي على 2-5٪ كربون.

بعد أن يتراكم المعدن النهائي في المسبك، يتم إطلاقه من خلال الفتحات. يتم إطلاق الخبث أولاً من خلال الفتحة العلوية، ومن ثم يتم إطلاق الحديد الزهر من خلال الفتحة السفلية. يتم تصريف الأخير من خلال القنوات إلى الدلاء وإرساله للمعالجة اللاحقة.

منتجات الفرن العالي

منتجات صهر الفرن العالي هي:

• الحديد الزهر؛
• الخبث؛
• غاز الفرن العالي (العلوي).

الحديد الزهر

الحديد الخام هو المنتج الرئيسي لإنتاج الفرن العالي، والخبث وغاز الفرن العالي هي منتجات ثانوية.

تنقسم الحديد الزهر المصهور في الأفران العالية، اعتمادًا على طريقة الاستخدام الإضافي، إلى ثلاث مجموعات:

• مواد التحويل المستخدمة في المعالجة إلى الصلب؛
• المسابك المعدة لإنتاج مصبوبات الحديد الزهر في الهندسة الميكانيكية؛
• خاصة (السبائك الحديدية) تستخدم لإزالة الأكسدة من الفولاذ في صناعة الصلب.

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

يحتوي الحديد الزهر أيضًا على كميات ضئيلة من الهيدروجين والنيتروجين والأكسجين. يمكن أن تحتوي سبائك الحديد الزهر على الكروم والنيكل والفاناديوم والتنغستن والتيتانيوم، والتي تعتمد كميتها على تكوين الخامات التي يتم صهرها.

الحديد الخام مخصص للمعالجة إلى الفولاذ.

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

سطح الكسر من الحديد الزهر أبيض.

اعتمادًا على التركيب وطريقة المعالجة ، هناك:

• حديد الزهر ذو الموقد المفتوح الذي يحتوي على الفوسفور من 0.15 إلى 0.30٪ والكبريت حتى 0.07٪؛
• بسمر، يحتوي على الفوسفور 0.07% والكبريت حتى 0.069%؛
• توماسوفسكي، يحتوي على الفوسفور 1.6% والكبريت حتى 0.08%.

وينقسم الحديد الخنزير إلى ثلاثة أنواع:

• فحم الكوك (الدرجات M1، M2، M3، B1، B2).
• تحويل فحم الكوك الفوسفور (MF1، MF2، MF3).
• فحم الكوك الصباغ عالي الجودة (PVK1، PVK2، PVK3).

بعد الخروج من الفرن العالي، يُسكب الحديد الزهر في الخنازير ويُرسل باردًا إلى مصانع بناء الآلات، حيث يتم صهره مرة أخرى في أفران قبة خاصة لصب أجزاء الآلة.

يتم صهر حديد فحم الكوك المسبك في سبع درجات: LK1-LK7.

وينقسم كل درجة إلى ثلاث مجموعات على أساس محتوى المنغنيز، وخمس فئات على أساس محتوى الفوسفور وخمس فئات على أساس محتوى الكبريت.

حديد الزهر الفوسفوري.

تتكون مجموعة خاصة من حديد الزهر الفوسفوري الذي يحتوي على ما يصل إلى 2٪ P؛ اعتمادًا على محتوى الفوسفور، يتم استخدام تقنيات مختلفة لتحويل هذا الحديد الزهر إلى فولاذ.

مسبك الحديد الزهر.

هذا النوع من الحديد الزهر مخصص لإنتاج منتجات الزهر في محلات صهر الحديد. السمة المميزة لهذه الحديد الزهر هي محتواها العالي من السيليكون (2.75 - 3.75٪ سي)، وفي بعض الحالات الفوسفور. ويفسر ذلك حقيقة أن هذه العناصر تمنح الحديد الزهر المنصهر حركة عالية للسوائل أو القدرة على ملء قالب الصب جيدًا.

يتم استخدام حديد الزهر المسبك بعد إعادة الصهر في مصانع بناء الآلات لإنتاج المسبوكات ذات الأشكال.

يستخدم مسبك الحديد الزهر لتصنيع منتجات الزهر:

• أنابيب؛
• مشعات.
• تجهيزات المياه؛
• ستانين.
• كتل.
• التروس، الخ.

هذا الحديد الزهر له لون رمادي عند الكسر. وفيه يوجد جزء من الكربون في حالة حرة على شكل جرافيت. يحتوي الحديد الزهر الرمادي عادة على 1.25-4.25% سيليكون، 2.5-4% كربون، 0.5-1.3% منجنيز، 0.1-1.2% فوسفور وكمية صغيرة من الكبريت.

المنغنيز يعطي الحديد الزهر صلابته وهشاشته.

وعلى العكس من ذلك، يقلل السيليكون من صلابة الحديد الزهر، مما يجعل من السهل تصنيع المسبوكات المصنوعة من هذا الحديد الزهر.

يجعل الفوسفور الحديد الزهر قابلاً للذوبان ويملأ الأجزاء الرقيقة من القوالب جيدًا.

المسبوكات المصنوعة من الحديد الزهر والتي تحتوي على كمية عالية من الفوسفور تقاوم التآكل بشكل جيد، ولكنها في نفس الوقت تزيد من هشاشتها.

يمنح الكبريت الحديد الزهر نقطة انصهار كثيفة ويقلل من خواصه الميكانيكية.

حديد الزهر الخاص (السبائك الحديدية).

وهي عبارة عن سبائك حديدية تحتوي على نسبة عالية من السيليكون والمنغنيز وعناصر أخرى، وتستخدم كمزيلات للأكسدة أو كإضافات في صناعة الصلب ومسابك الحديد.

وتشمل هذه:

• المنغنيز الحديدي (70 - 75% منغنيز وما يصل إلى 2% سي)؛
• الفيروسيليكون (9 – 13% سي وما يصل إلى 3% منغنيز)؛
• حديد الزهر المرآة (10 – 15% منغنيز وحتى 2% سي).

في السنوات الأخيرة، انخفض صهر السبائك الحديدية في الأفران العالية بسبب الطبيعة غير الاقتصادية للمعالجة. من المربح أكثر صهر السبائك الحديدية في الأفران الكهربائية.

الخبث

الخبث هو منتج ثانوي، وهو مادة بناء رخيصة الثمن وعالية الجودة، ويستخدم في صناعة الأسمنت والخرسانة والطوب والطرق الرئيسية.

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

الخبث إما أساسي أو حمضي.

الخبث الحمضي لديه قوة عالية. إذا تم نفخه في صورة سائلة بالبخار أو الهواء، فستحصل على صوف الخبث، وهو عازل جيد.

فرن الانفجار (الغاز العلوي)

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

وهو يتألف من ثاني أكسيد الكربون، H2، CO2، CH4 وN2. وبعد تنظيف الغبار الذي يحتوي عليه، يستخدم الغاز كوقود لتسخين الهواء المنفوخ في الفرن العالي لتسخين المراجل وأغراض أخرى.

وبما أن الغاز يحتوي على ما يصل إلى 30% من ثاني أكسيد الكربون، فهو وقود يستخدم بعد إزالة الغبار. كمية غاز الفرن العالي أكبر بمقدار 2.5 مرة من حيث الوزن من كمية الحديد الزهر. حرارة الاحتراق هي 3600-3900 كيلوجول/م3.

عندما يعمل فرن الصهر على الانفجار المشترك باستخدام الغاز الطبيعي، فإن محتوى الهيدروجين في الغاز العلوي يزيد إلى 6-8، وأحيانا يصل إلى 12%، في حين تزيد حرارة الاحتراق إلى 4200 كيلوجول/م3.

يتم استخدام حوالي 30-35% من غاز الفرن العالي في ورشة الفرن العالي لتسخين فوهات سخانات الهواء. أما باقي الغاز فيستخدم في ورش الدرفلة والحرارة وفي محطات الحرارة والطاقة المشتركة.

تتم عملية إنتاج الحديد الزهر في الأفران العالية.

تشكل مواد الفرن العالي الخام، المأخوذة بالنسب المطلوبة، الشحنة.

الحديد الزهر هو منتج أساسي يتم الحصول عليه من المواد الخام. يعتمد إنتاج الحديد الزهر على استخلاص الحديد من الخامات باستخدام تفاعلات الأكسدة والاختزال المختلفة. وبعد ذلك، يتم استخدام الحديد الزهر كمادة خام لإنتاج الفولاذ.

وفحم الكوك
7. غاز الفرن العالي
8. عمود من خام الحديد والحجر الجيري وفحم الكوك
9. إطلاق الخبث
10. إنتاج حديد الزهر السائل
11. تجميع الغازات العادمة

فرن الانفجار, فرن الانفجار- فرن صهر معدني كبير ذو موقع رأسي لصهر الحديد الزهر والسبائك الحديدية من المواد الخام لخام الحديد. الميزة الأكثر أهمية في عملية الفرن العالي هي استمراريتها طوال فترة تشغيل الفرن بالكامل (من إنشاء الفرن إلى إصلاحه "الرئيسي") والتدفق المعاكس لغازات التويير الصاعدة مع عمود من المواد ينزل ويتصاعد بشكل مستمر من الأعلى مع أجزاء جديدة من التهمة.

يوتيوب الموسوعي

• 1 / 5

  كلمة "الفرن العالي" مشتقة من الكلمة السلافية القديمة "dmenie" - انفجار. بلغات أخرى: الإنجليزية. فرن الصهر - فرن النفخ الألماني. هوخوفن - فرن عالي، فرنسي. أوت فورنو - موقد عالي. حوت. 高炉 (gāolú) - موقد مرتفع.

  يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن هناك فرقًا جوهريًا في معنى عبارة "الفرن العالي" و "الفرن العالي": في الفرن العالي حصلوا (على شكل قطع أو كريت) على قطع من الحديد الخام المخفض (من كلمة "الخام" أي الحديد غير المسخن، وفي الفرن العالي - الحديد الزهر السائل.

  قصة

  ظهرت الأفران العالية الأولى في الصين بحلول القرن الرابع.

  وفي أوروبا، ظهرت الأفران العالية في ويستفاليا في النصف الثاني من القرن الخامس عشر. أصبح هذا ممكنا بفضل ميكنة تزوير المنفاخ وزيادة درجة حرارة الصهر. وصل ارتفاع الفرن العالي إلى 5 أمتار. أسلاف الأفران العالية كانوا Stukofen وBlauofen.

  يوجد في الجزء العلوي من الموقد فتحات - فتحات لتزويد الانفجار المسخن إلى درجة حرارة عالية - الهواء المضغوط المخصب بالأكسجين والوقود الهيدروكربوني.

  على مستوى tuyere تتطور درجة حرارة حوالي 2000 درجة مئوية. وكلما اتجهت نحو الأعلى، تنخفض درجة الحرارة، وتصل في القمم إلى 270 درجة مئوية. وبالتالي، يتم إنشاء درجات حرارة مختلفة في الفرن على ارتفاعات مختلفة، بسبب العمليات الكيميائية المختلفة لانتقال الخام إلى

  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 التي أنشأها الإنسان، تحتل المعادن الحديدية المكان الأكثر أهمية - وهي سبيكة من الحديد والكربون مع وجود عناصر أخرى.

  تصنف السبائك التي تحتوي على 2-5% من الكربون على أنها حديد زهر، بينما تصنف السبائك التي تحتوي على أقل من 2% من الكربون على أنها فولاذ. لصهر المعادن، يتم استخدام تقنية الفرن العالي الخاصة.

  ABC للإنتاج

  الصهر الانفجاري هو عملية إنتاج الحديد الزهر من خام الحديد المعالج في أفران الصهر أو، كما يطلق عليها أيضًا، أفران الصهر.

  المواد الرئيسية اللازمة في عملية هذا الإنتاج هي:

  • الوقود على شكل فحم الكوك المستخرج من الفحم؛
  • وخام الحديد، وهو المادة الخام المباشرة للإنتاج؛
  • تدفق - إضافات خاصة مصنوعة من الحجر الجيري والرمل وغيرها من المواد.

  يدخل خام الحديد إلى أفران الصهر على شكل قطع من الصخور الصغيرة المنصهرة معًا - كتل أو كريات، على شكل كتل خام. يتم تحميل المادة الأولية في الفرن العالي طبقة تلو الأخرى، بالتناوب مع طبقات من فحم الكوك وإضافة التدفق طبقة تلو الأخرى.

  ملحوظة:يعد التدفق ضروريًا لجعل النفايات الصخرية والشوائب المختلفة، والتي تسمى الخبث، تطفو.

  يتم تصريف الخبث الذي يطفو على سطح الحديد الزهر الساخن قبل أن يتصلب المعدن. تسمى المادة المحملة لصهر الحديد الزهر، والتي تتكون من خام الحديد وفحم الكوك والصهور، بالشحنة.

  الفرن العالي، الذي يشبه شكل البرج ذو القاعدة العريضة، مُبطن من الداخل بمادة مقاومة للحريق - الطين الناري.

  عناصر التصميم الرئيسية هي:

  • أكتاف.
  • بخار؛
  • حفرة الحريق؛
  • مِلكِي
  • بوق

  غرفة البخار هي الجزء الأوسع من الفرن العالي. إنه يذيب خام الشوائب والتدفق، مما يؤدي إلى الخبث. لمنع تأثير درجات الحرارة المرتفعة على البناء وأغلفة الفرن، يتم استخدام وحدات التبريد بالمياه المتداولة.

  تم بناء عمود الفرن العالي على شكل مخروطي يتوسع في الأسفل - وهذا التصميم للفرن العالي يسمح للشحنة بالسقوط بحرية أثناء عملية الصهر. يحدث تكوين الحديد الزهر، الذي ينزل إلى الفرن أثناء عملية الصهر، في البخار والكتفين. للاحتفاظ بالشحنة الصلبة في البخار والعمود، تكون الأكتاف على شكل مخروطي، مع تمدد نحو الأعلى.

  كيف يعمل

  يتم سكب الشحنة في الفرن العالي من خلال الفرن في أجزاء متواصلة.

  لضمان استمرارية العمل، تم تركيب مستودع للكريات (اللبيدة) والتدفق وفحم الكوك بالقرب من الفرن العالي - وهو مخبأ مصمم لإعداد الشحنة.

  يتم توريد المواد الخام إلى المخابئ، وكذلك توريد الشحنة إلى أجهزة التعبئة في الأعلى، بشكل مستمر باستخدام الناقلات.

  تغوص الشحنة تحت كتلتها، وتدخل الجزء الأوسط من الفرن، حيث يتم تسخين مادة خام الحديد تحت تأثير الغازات الساخنة الناتجة عن احتراق فحم الكوك، وتخرج الغازات المتبقية من خلال الجزء العلوي.

  يوجد في الفرن الموجود في الجزء السفلي من الفرن أجهزة لتزويد تدفقات الهواء الساخن تحت الضغط - tuyeres. تحتوي Tuyeres على نوافذ ذات زجاج مقاوم للحرارة، مما يسمح بالتحكم البصري في العملية.

  ملحوظة:وللحماية من درجات الحرارة المرتفعة، يتم تبريد الأجهزة بالماء من خلال القنوات المتوفرة بداخلها.

  ينتج فحم الكوك المحترق في المسبك درجة الحرارة المطلوبة لصهر الخام، بما يتجاوز +2000 درجة.

  أثناء عملية الاحتراق، يتحد فحم الكوك والأكسجين لتكوين ثاني أكسيد الكربون.

  إن تأثير درجة الحرارة المرتفعة على ثاني أكسيد الكربون يحول الأخير إلى أول أكسيد الكربون، الذي يزيل الخام ويقلل الحديد. تحدث عملية تكوين الحديد الزهر بعد مرور الحديد عبر طبقات من فحم الكوك الساخن.ونتيجة لهذه العملية، يتشبع الحديد بالكربون.

  بعد أن يتراكم الحديد الزهر في المسبك، يتم إطلاق المعدن السائل من خلال الفتحات الموجودة أدناه - الفتحات. بادئ ذي بدء، يتم إطلاق الخبث من خلال فتحة الصنبور العلوية، ثم يتم إطلاق الحديد الزهر من خلال فتحة الصنبور السفلية. من خلال قنوات خاصة، يتم سكب الحديد الزهر في مغارف موضوعة على منصات السكك الحديدية ونقلها لمزيد من المعالجة.

  يدخل حديد الزهر المسبك ، والذي سيتم استخدامه لاحقًا لإنتاج المسبوكات ، في آلة الصب ويتحول عند تصلبه إلى قضبان - سبائك.

  لإنتاج الفولاذ، يتم استخدام الحديد الزهر، وهو ما يسمى حديد التحويل - وهو يمثل ما يصل إلى 80٪ من الإنتاج.

  يتم نقل الحديد الخام المحول إلى مسبك الصلب باستخدام المحولات أو أفران الموقد المفتوح أو الأفران الكهربائية. في الأفران العالية الحديثة والضخمة، لا يتم استخدام تدفقات الهواء الساخن فقط لدعم عمليات الاحتراق، ولكن أيضًا يستخدم الأكسجين النقي مع الغاز الطبيعي.

  تسمح لك هذه التكنولوجيا باستهلاك كميات أقل من فحم الكوك، ولكنها أكثر تعقيدًا من الناحية التكنولوجية. لذلك، للتحكم في عملية الإنتاج واختيار أوضاع الذوبان الأمثل، يتم استخدام أجهزة الكمبيوتر القادرة على التحليل المتزامن لتشغيل جميع الأنظمة.

  شاهد مقطع فيديو تعليميًا يصف مبدأ التشغيل والفروق الدقيقة في الفرن العالي: