| ) з-да с полным металлургич. циклом имеет, как правило, не менее 3 доменных печей с воздухонагревателями и системой газоочистки. Запас шихты (кокса на 6-12 ч, агломерата или руды, а также флюсов на 1-2 суток работы печей) хранится в бункерах эстакады (общей для всех доменных печей). На мн. металлургич. з-дах в состав доменного цеха входит т. н. рудный двор, где хранится осн. запас железных руд, укладываемых в штабеля рудными перегружателями. Формирование штабеля и забор из него материалов производятся с учётом усреднения руд. В доменном цехе имеются также машины для разливки чугуна.
Доменная печь (рис. 2) представляет собой шахтную печь круглого сечения; футерована огнеупорной кладкой (верхняя часть шамотным кирпичом, нижняя -преим. углеродистыми блоками). Для предотвращения разгара кладки и защиты кожуха печи от высоких темп-р используют холодильники, в к-рых циркулирует вода. Кожух печи и колошниковое устройство поддерживаются колоннами, установленными на фундаменте.
Шихта подаётся на колошник печи скипами, реже ленточными конвейерами. Скипы разгружаются в печь через приёмную воронку и засыпной аппарат, установленный на колошнике. Воздух (дутьё) от воздуходувных машин подаётся в печь через воздухонагреватели (в к-рых нагревается до 1000-1200°С) и фурменные приборы, установленные по окружности горна. Через фурмы вводится также дополнит. топливо (природный газ, мазут или угольная пыль).
Рис. 1. Современный доменный цех: 1 - доменная печь; 2 - чугунная лётка; 3 - чугуновозы; 4 -газоотводы; 5 -литейные дворы; 6 - воздухонагреватели; 7 - дымовая труба; 8 - воздухопроводы холодного и горячего дутья; 5-пункт управления; 10 - пылеуловитель; 11-аппараты тонкой газоочистки; 12 - скиповой подъёмник; 13- бункерная эстакада; 14- газопроводы грязного и чистого газа; 15 - лифт; 16 - агломерационная фабрика.
Рис. 2. Доменная печь: 1 - защитные сегменты колошника; 2 - большой конус; 3 - приёмная воронка; 4 - малый конус; 5 - распределитель шихты; 6 - воронка большого конуса; 7 - наклонный мост; S - скип; 9 - воздушная фурма; 10 -чугунная лётка; 11 - шлаковая лётка.
Продукты плавки выпускаются в чу-гуновозные и шлаковые ковши через лётки, расположенные в нижней части горна. Образующийся в печи колошниковый газ отводится через газоотводы, расположенные в куполе печи (рис. 3).
Расстояние между осью чугунной лётки и нижней кромкой большого загрузочного конуса в опущенном состоянии наз. полезной высотой доменной печя, а соответствующий объём - полезным объёмом доменной печи. Мощные доменные печи в СССР имеют полезный объём 2000-3000 м3и являются одними из крупнейших в мире. Директивы по 9-му пятилетнему плану предусматривают стр-во доменных печей объёмом 5000 м3.
Основные химические процессы в доменной печи - горение топлива и восстановление Fe, Si, Mn и др. элементов. Часть кокса расходуется на процессы восстановления, но осн. кол-во опускается в горн и сгорает вместе с вдуваемым топливом у фурм. Газы с t 1600-2300°С, содержащие 35-45% СО, 1-12% Н2 и 45-65% N2, поднимаясь по печи, нагревают опускающуюся шихту, при этом СО и Н2 частично окисляются до СО2 и Н2О. Газы, выходящие из печи, имеют t 150-300°С.
Горение у фурм. У фурм доменной печи возникают очаги горения, наз. окислит, зонами, в к-рых вихревое движение газов приводит к циркуляции кусков кокса. Горение кокса развивается на поверхности контакта твёрдой и газообразной фаз. При этом кислород соединяется с углеродом в сложные комплексы СхОу, к-рые затем распадаются. В упрощённом виде суммарный процесс горения углерода твёрдого топлива у фурм сводится к экзотермич. реакции 2С + О2 = = 2СО. При вдувании природного газа или мазута, в к-рых гл. составляющей являются углеводороды (напр., метан), протекает реакция с выделением СО и Н2; при этом поглощается значит. часть тепла, выделяемого при сжигании С, а следовательно, понижается темп-ра горения у фурм. Во избежание этого необходимо повышать темп-ру дутья и обогащать его кислородом. Положит, влияние вдувания углеводородных топлив - в повышении концентрации водорода в газе и улучшении благодаря этому его восстановит. способности.
Восстановление железа и др. элементов. В доменной печи Си, As, P, подобно Fe, восстанавливаясь, почти полностью переходят в чугун. Полностью восстанавливается и Zn, к-рый затем возгоняется, переходит в газы и отлагается в порах кладки, вызывая её разрушение. Те элементы, к-рые образуют более прочные соединения с кислородом, чем Fe, восстанавливаются частично или совсем не восстанавливаются: V восстанавливается на 75-90% , Мп на 40-75%, Si и Ti в небольших кол-вах, Al, Mg и Са не восстанавливаются.
Восстановление поступающих в доменную печь окислов Fе2О3 и Fe3O4 происходит путём последоват. отщепления кислорода по реакциям:
3Fe2O3+CO (H2) = 2Fe3O4+CO2 (H2O), Fe3O4+CO (H2)=3FeO+CO2 (H2O).
Закись железа FeO восстанавливается до Fe газами (косвенное восстановление) и углеродом (прямое восстановление).
FeO+CO (H2)=Fe+CO2 (H2O), FeO+C=Fe+CO.
Высшие окислы марганца МnO2, Мn2О3 и Мn3О4 восстанавливаются газами с выделением тепла. В дальнейшем МnО восстанавливается до Мn только углеродом с затратой тепла примерно в 2 раза большей, чем при восстановлении Fe. Si также восстанавливается только С при высоких темп-pax по эндотермич. реакции:
SiO2+2C + Fe=FeSi+2CO.
Степень восстановления Si и Мп зависит в основном от расхода кокса; на каждый процент повышения содержания Si в чугуне расход кокса увеличивается на 5-7%, что увеличивает кол-во горячих газов в печи, вызывая перегрев шахты. Обогащение дутья кислородом, обеспечивая высокий нагрев горна, уменьшает кол-во образующихся газов, а следовательно, и темп-ру в шахте печи.
Сера в доменном процессе. S вносится в доменную печь в основном коксом и переходит в газы в виде паров (SO2, H2S и др.), но большая часть остаётся в шихте (в виде FeS и CaS); при этом FeS растворяется в чугуне. Для удаления S из чугуна необходимо перевести её в соединения, нерастворимые в чугуне, напр. в CaS:
FeS + CaO = CaS + FeO.
Это достигается образованием в доменной печи жидкоподвижных шлаков с повыш. содержанием СаО. Восстановит. среда благоприятно влияет на этот процесс, т. к. снижает содержание FeO в шлаке. Степень обессеривания достаточно высока, и только в нек-рых случаях чугун дополнительно обессеривается вне доменной печи различными реагентами.
Образование чугуна и шлака. Восстановленное в доменной печи Fe частично науглероживается в твёрдом, а затем в жидком состояниях. Содержание С в чугуне зависит от темп-ры чугуна и его состава. Шлак состоит из невосстановившихся окислов SiO2, А12ОЭ и СаО (90-95%), MgO (2-10%), FeO (0,1-0,4%), МnО (0,3-3% ), а также 1,5-2,5% S (гл. обр. в виде CaS). Для характеристики шлаков пользуются обычно показателем основности СаО / SiO2 или (СаО + MgO)/SiO2. Основность CaO/SiO2 для разных условий плавки колеблется в пределах 0,95-1,35%. При выплавке чугуна на коксе с повыш. содержанием S (донецкий кокс) работают на шлаках с верхним пределом основности и стремятся обеспечить содержание MgO в шлаке 6-8% и более, улучшая его жидкоподвижность.
Работа доменной печи начинается с её задувки. При этом горн и заплечики загружаются коксом, а шахта - т. н. задувочной шихтой. В полностью загруж. печь подаётся нагретое дутьё (уменьшенное кол-во), кокс воспламеняется, и начинается опускание материалов. Первый выпуск чугуна и шлака производится через 12-24 ч, после чего кол-во дутья и рудная нагрузка (отношение массы руды к массе кокса в подаче) постепенно увеличиваются, и через неск. дней после задувки доменная печь достигает нормальной производительности.
Непрерывная работа (кампания) доменной печи от задувки до выдувки (остановки на капит. ремонт) продолжается 5-6, а в нек-рых случаях 8-10 лет и более, в течение к-рых печь 1-2 раза останавливается на т. н. средний ремонт для замены изношенной кладки шахты. Выплавка чугуна на мощных печах за одну кампанию достигает 5-8 млн. m чугуна и более.
Рис. 3. Работа доменной печи"
Управление работой (ходом) доменной печи заключается в регулировании (в соответствии с качеством сырых материалов и видом выплавляемого чугуна) состава шихты, кол-ва, темп-ры и влажности дутья, а также величины подачи или последовательности загрузки отд. компонентов шихты и уровня засыпи. Ход доменной печи контролируется измерит. приборами, регистрирующими осн. параметры загрузки, дутья, колошникового газа, темп-ру кладки печи на разных горизонтах.
Получили распространение плавка с вдуванием дополнит. видов топлива, обогащением дутья кислородом и работа с повыш. давлением колошниковых газов. При повышении давления на колошнике уменьшается перепад давлений между низом и верхом доменной печи; это обусловливает более ровный сход шихты, улучшает восстановит. работу газов, уменьшает вынос пыли.
Д. п. характеризуется высокой степенью автоматизации. На совр. доменной печи автоматически осуществляются все операции шихтоподачи: набор компонентов шихты с отсевом мелочи, взвешивание, транспортировка на колошник и загрузка в печь по заданной программе. Автоматически поддерживаются оптимальный уровень засыпи и распределение шихтовых материалов на колошнике, давление колошникового газа, расход воды на охлаждение, темп-pa и влажность дутья, а также содержание в нём кислорода и расход природного газа. Автоматизировано переключение воздухонагревателей и управление режимом их нагрева. Автоматич. анализаторы обеспечивают непрерывную регистрацию состава колошникового газа и дутья. Внедряются системы автоматич. регулирования подачи дутья и природного газа как по общему расходу, так и по отд. фурмам.
Новые доменные печи оснащаются системами централизованного контроля и управления, к-рые обеспечивают усреднение показателей приборов и подсчёт комплексных показателей работы печи. Ведутся работы по комплексной автоматизации Д. п., в т. ч. управления тепловым режимом доменной печи с помощью ЭВМ.
Показатели работы доменной печи зависят гл. обр. от качества сырых материалов и степени подготовки их к плавке. Осн. показатели: суточная производительность доменной печи в т и расход кокса на 1 m чугуна. В СССР производительность доменных печей иногда характеризуется коэфф. использования полезного объёма (кипо). т. е. отношением полезного объёма в м3 к суточной выплавке передельного чугуна в m. Производительность доменной печи объёмом 3000 м3-7000 m чугуна в сутки. В 1970 ср. кипо составил 0,597 (в нек-рых случаях 0,43-0,45). Расход кокса на единицу выплавляемого чугуна имеет большое экономич. значение вследствие высокой стоимости кокса. Применение дополнит. топлива позволяет уменьшить расход кокса на 8-20% и снизить благодаря этому себестоимость чугуна. В СССР при выплавке передельного чугуна из хорошо подготовленной богатой железом шихты расход кокса 550-600 кг/т, а на нек-рых з-дах - не более 450-500 кг/т.
Совершенствование Д. п. направлено на улучшение подготовки сырых материалов к плавке, увеличение мощности (объёма) доменных печей, внедрение прогрессивной технологии, автоматич. управления ходом доменной печи.
Лит.: Сборник трудов по теории доменной плавки, сост. М. А. Павлов, т. 1, М., 1957; Леонидов Н. К., Усовершенствование конструкций доменных печей, М-, 1961; Доменный процесс по новейшим исследованиям. [Сб. ст.]. К 100-летию со дня рождения акад. М. А. Павлова, М., 1963; Доменное производство. Справочник, под ред. И. П. Бардина, т. 1 - 2, М., 1963; Готлиб А. Д., Доменный процесс, 2 изд., М., 1966.
В.Г. Воскобойников, А.Г.Михалевич.
ДОМЕННЫЙ ГАЗ, колошниковый газ, отходящий газ доменных печей, представляющий собой продукт гл. обр. неполного сгорания углерода. Хим. состав (при выплавке чугуна на кам.-уг. коксе): 12-20% углекислого газа, 20-30% окиси углерода, до 0,5% метана, 1-4% водорода, 55-58% азота. Используется на металлургия, з-дах как топливо. Теплота сгорания Д. г. примерно 3,6-4,6 Мдж/м3 (850-1100 ккал/м3). При обогащении дутья кислородом содержание азота в газе снижается и соответственно этому возрастает кол-во др. газов (в т. ч. окиси углерода и водорода), а также теплота сгорания.
ДОМЕНЫ, 1) ферромагнитные Д. (области самопроизвольной намагниченности)-намагниченные до насыщения части объёма ферромагнетика (обычно имеющие линейные размеры ~ 10-3-10-2см), на к-рые он разбивается ниже темп-ры Кюри (см. Кюри точка). Векторы намагниченности Д. в отсутствие внешнего магнитного поля ориентированы т. о., что результирующая намагниченность ферромагнитного образца в целом, как правило, равна нулю. Д. доступны непосредств. наблюдению (с помощью микроскопа): при покрытии поверхности ферромагнетика слоем суспензии, содержащей ферромагнитный порошок, частицы порошка оседают в основном на границах Д. и обрисовывают их контуры (рис. 1). Широко применяют и др. методы исследования доменной структуры, в частности магнитооптический, обладающий большей разрешающей способностью (см. Керра эффект, Фарадея эффект). Разбиение ферромагнетика на Д. объясняется след, причинами. Если бы весь ферромагнетик был намагничен до насыщения в одном направлении, то на его поверхности возникли бы магнитные полюсы и в окружающем пространстве было бы создано магнитное поле. Для этого требуется больше энергии, чем при разбиении ферромагнетика на Д., при к-ром магнитное поле вне образца отсутствует (магнитный поток замыкается внутри образца). При неизменном объёме и постоянной темп-ре в ферромагнетике реализуются лишь такие доменные структуры, для к-рых свободная энергия минимальна.
Направление векторов намагниченности Д. обычно совпадает с направлением осей лёгкого намагничивания. В этом случае для ферромагнетика выполняется условие минимума энергии магнитной анизотропии. При уменьшении размеров ферромагнетика до нек-рой критич. величины разбиение на Д. может стать энергетически невыгодным, образуется т. н. однодомённая структура: каждая ферромагнитная частица представляет собой один Д. На практике это реализуется в ферромагнитных порошковых материалах и ряде гетерогенных сплавов (см. Магнитные материалы). А. В. Ведяев, В. Е. Роде.
Рис. 1. Порошковые фигуры на поверхности кристалла кремнистого железа; видны границы доменов в объёме образца и замыкающих доменов у его поверхности. Стрелками показано направление намагниченности доменов.
2) Сегнетоэлектрические Д. - области однородной спонтанной (самопроизвольной) поляризации в сегнетоэлектриках. Наличие поляризации в отсутствие внешнего электрич. поля (спонтанной поляризации) является отличительной особенностью сегнетоэлектриков. Однако обычно Сегнетоэлектрические кристаллы не бывают однородно поляризованными. Они почти всегда разбиваются на Д., т. к. многодомённое состояние по сравнению с однодомённым характеризуется меньшей энергией (см. Сегнетоэлек-трики).
В соседних Д. направление вектора спонтанной поляризации различно, а величина - одинакова (рис. 2). Поперечные размеры Д. обычно порядка 10-5-10-3см. Переходная область между Д. (доме н-ная граница, или стенка) имеет шир. ~10-7см (иногда до 10-5 см). Доменная конфигурация зависит от размеров и формы образца, наличия неод-нородностей и дефектов в кристалле и т. п., а также от симметрии кристалла, к-рая определяет число возможных направлений спонтанной поляризации. Напр., у сегнетовой соли -2 возможных антипараллельных направления, у титаната бария ВаТiО3 (тетрагональной модификации) -6 направлений (рис. 3).
Рис. 2. Изменение поляризации при переходе через доменную границу.
Рис. 3. Схематическое изображение доменов и их поляризации в тетрагональной модификации ВаТiO3; знаки O* и O+ показывают, что поляризация перпендикулярна плоскости, на которой знак изображён, и направлена так, как показывают стрелки на плоскостях.
Наличие Д. существенно влияет на все свойства сегнетоэлектриков, прежде всего на их электрич. свойства. Под действием электрич. поля увеличиваются размеры Д. с поляризацией, направленной по
полю, и уменьшаются Д. с противоположной поляризацией (за счёт движения доменных стенок). Могут также зарождаться и расти новые Д. Изменение и образование новых Д. определяют высокую диэлектрич. проницаемость, а также вид и размеры петли гистерезиса в сегнетоэлектриках. Движение доменных границ обусловливает осн. часть диэлектрических потерь.
Д. наблюдаются и исследуются различными методами. Наиболее важные сведения о строении Д. были получены оптич. методами с помощью поляризационного микроскопа. В поляризованном свете одни Д. выглядят светлее, другие -темнее (рис. 4). Д. на поверхности кристалла можно наблюдать методом травления и методом порошков. В первом случае используется различная скорость травления, а во втором - разная местах выхода на поверхность кристалла Д. с различной поляризацией (рис. 5). 3) Д. наз. также области полупроводника с разным удельным сопротивлением и разной напряжённостью электрического поля. На такие Д. расслаивается полупроводник с N-образной вольт-амперной характеристикой в достаточно сильном внешнем электрич. поле (см. Ганна эффект). А. П. Леванюк, Д. Г. Санников.
Рис. 4. Домены в сегнетовой соли в поляризованном свете.
Рис. 5. Доменная структура кристалла триглицинсульфата (ТГС), выявленная методом травления. Домены имеют форму стержней.
Лит.: Вонсовский С. В., Магнетизм, М.,1971; Киренский Л. В., Маг нетизм, 2 изд., .М., 1967; Иона Ф., Ширане Д., Сегнетоэлектрические кристаллы пер. с англ., М., 1965; Желудев И. С. физика кристаллических диэлектриков, М. 1968; его же. Электрические кристаллы М., 1969.
ДОМЕРСКИЙ ЯРУС [по назв. горы До-меро (Domero) в Ломбардских Альпах], 5-й снизу ярус юрской системы, относящийся к нижнему её отделу (лейасу). Выделен итал. геологом Г. Бонарелли в 1894. В типовом местонахождении сложен известняками с кремнями и чёрными сланцами с многочисл. аммонитами. В Зап. Европе подразделяется на зоны Amalthens margaritatus и Pleuroce-ras spmatum. Часто рассматривается как верхний подъярус плинсбахского яруса.
ДОМЕСТИКАЦИЯ (от лат. domesticus - домашний), все виды приручения, одомашнивания животных, сопровождающиеся возникновением и развитием у них новых признаков.
ДОМИН |
