История производства топлива для металлургии

Основной проблемой металлургии древности и средних веков был древесный кокс, который имел низкую механическую прочность и для его производства требовалось большое количество древесины. По этой причине в Европе и Англии были вырублены практически лучшие леса.

С увеличением высоты доменных печей потребовалось более прочное топливо, чем древесный уголь, топливо, способное не разрушаться при загрузке в печи, при опускании в ней до очагов горения. Найти замену древесному углю оказалось очень сложно, и поиски заняли более столетия. Таким топливом стал кокс, получаемый спеканием некоторых марок каменных углей без доступа воздуха.

Кокс был впервые получен из каменного угля Дерби (1677-1717 гг.) на заводе в Англия. В 1717 г. выплавка чугуна на этом заводе велась с использованием топлива состоящего из 2 частей древесного угля - 1 части торфа - 5 частей кокса.

Первую доменную плавку только на коксе осуществил Абрахам II Дерби (1711-1763 гг.) в 1735 г.

Кучное коксование каменного угля (рисунок 1.7) было чрезвычайно трудоемким процессом, требовало больших производственных площадей, сопровождалось выделением большого количества токсичных газов. Длительность процесса достигала 6–10 суток, а выход годного кокса не превышал 50% массы угля.

Рисунок 1.7 – Кучное коксование каменного угля

Следующим шагом в развитии техники коксования стало строительство ульевых печей (рисунок 1.8). При этом способе тепло для коксования получали сжиганием в подсводовом пространстве газообразных продуктов пиролиза угля. Длительность коксования уменьшилась до 3 суток, а выход годного возрос до 65%.

Рисунок 1.8 – Ульевая печь для коксования каменного угля

Во второй половине ХIХ в. ульевые печи стали объединять в группы (батареи) с общим боровом для отвода дымовых газов и общими для всех печей устройствами загрузки угля и выгрузки кокса.

Дальнейшие изменения в конструкции и технологии коксования касались в основном создания отопительных простенков, расположения угольной шихты вертикальными слоями, применения коксовыталкивателей и создания систем улавливания коксового газа.

Выплавка чугуна на коксе в Западной Европе и СIIIА быстро возрастала: в 1850 г. 70% всех доменных печей работали на коксе, а в 1900 г. – 95%.

Принципиально новым инженерным решением на рубеже пятидесятых годов XIX столетия было создание отопительного простенка. При этом пространство, где проходило горение газов, отделили от камеры, в которой под воздействием тепла, поступающего через стенку, происходил процесс коксования угольной загрузки.

В сравнительно короткий период (20-30 лет) примитивные стойловые и ульевые печи превратились в современные теплотехнические агрегаты.

Одной из первых удачных конструкций такого типа считается печь, изобретенная Э. Коппе и внедренная в производство в 1860-1870 гг. в Бельгии и Германии. Очень похожими по конструкции были и печи Отто-Гофманна.

Выплавка чугуна на коксе в Западной Европе и СIIIА быстро возрастала: в 1850 г. 70% всех доменных печей работали на коксе, а в 1900 г. – 95%.

Выгоды промышленного производства из железной руды чугуна были очевидны уже в середине XVI в. А резкий скачок в развитии доменного производства и повсеместное вытеснение доменными печами других агрегатов, применявшихся для экстракции железа из руд, произошел в ходе промышленной революции на рубеже 18-19 вв.

Началом промышленной революции принято считать 1733 год, когда Джоном Кеем был изобретен механический челнок для ткацких станков. Это событие практически совпадает с внедрением в металлургическое производство доменной плавки на каменноугольном коксе. Начиная с 1735 г. совершенствование конструкции доменной печи, технологии доменной плавки и изобретения в области металлургии железа следуют одно за другим практически непрерывно.