Конструкция доменной печи

Доменная печь представляет собой вертикальную шахтную печь, высотой до 30 метров, с коническим расширением в верхней части (колошник) и сужающимся основанием (горн). Внутри печи располагается футеровка из огнеупорных материалов, которая защищает металлический корпус от воздействия высоких температур.

Основные элементы конструкции

Доменная печь состоит из нескольких ключевых элементов, каждый из которых играет важную роль в процессе выплавки чугуна.

• Колошник ⎻ верхняя часть печи, куда загружаются шихтовые материалы. Он оснащен загрузочными устройствами, которые обеспечивают равномерное распределение шихты по всей площади печи.
• Шахта ⎻ основная часть печи, где происходит процесс восстановления железа из руды. Шахта имеет коническую форму, сужающуюся книзу, что способствует равномерному движению шихты вниз.
• Расширение ⸺ специальная зона, расположенная ниже шахты, где происходит интенсивное горение топлива и выделение тепла. В расширении происходит преобразование твердой шихты в жидкий чугун.
• Горн ⸺ нижняя часть печи, где собирается расплавленный чугун и шлак. Горн имеет форму усеченного конуса, сужающегося книзу.
• Лещадка ⸺ площадка, расположенная под горном, где собирается расплавленный чугун.
• Футеровка ⸺ огнеупорная кладка, которая защищает металлический корпус печи от высоких температур. Футеровка изготовлена из специальных материалов, способных выдерживать температуру до 1600 °C.
• Вдувочные устройства ⎻ система труб, через которые в печь подается воздух, необходимый для горения топлива.
• Газоотводящие устройства ⸺ система труб, через которые отводятся газы, образующиеся в процессе горения топлива.

Все эти элементы работают в тесной взаимосвязи, обеспечивая непрерывный процесс выплавки чугуна.

Подготовка шихтовых материалов

Подготовка шихтовых материалов ⎻ это важный этап в процессе выплавки чугуна, который влияет на качество конечного продукта.

• Железная руда ⸺ основной компонент шихты, содержащий железо в виде оксидов. Перед загрузкой в печь руду измельчают и обогащают, удаляя пустую породу.
• Кокс ⎻ твердое топливо, используемое для восстановления железа из руды. Кокс получают из каменного угля путем его коксования.
• Флюсы ⎻ вещества, добавляемые в шихту для снижения температуры плавления шлака и улучшения его текучести. В качестве флюсов используют известняк, доломит и другие минералы.
• Металлолом ⎻ добавляется в шихту для увеличения содержания железа в чугуне и снижения затрат на производство.

Все компоненты шихты тщательно измельчаются и смешиваются в определенных пропорциях, чтобы обеспечить оптимальные условия для процесса выплавки чугуна.

Правильная подготовка шихтовых материалов является ключом к получению качественного чугуна с заданными свойствами.

Технологический процесс выплавки чугуна

Выплавка чугуна в доменной печи ⸺ это сложный процесс, включающий в себя несколько стадий и протекающий при высоких температурах.

Загрузка шихтовых материалов

Процесс выплавки чугуна начинается с загрузки в доменную печь шихтовых материалов.

В качестве шихтовых материалов используются руда, кокс, флюс и топливо.

Руда ⸺ это основной источник железа. Она содержит различные примеси, такие как кремний, марганец, фосфор, сера, которые необходимо удалить в процессе выплавки.

Кокс ⎻ это твердое топливо, используемое для обеспечения высокой температуры в печи. Он также служит восстановителем железа из руды.

Флюс ⎻ это вещество, которое добавляется в шихту для снижения температуры плавления руды и для образования шлака. Шлак ⸺ это расплавленная масса, которая собирает в себя примеси из руды и удаляется из печи.

Топливо ⎻ это необходимый компонент для обеспечения высокой температуры в печи. В качестве топлива используется кокс, а также природный газ и мазут.

Загрузка шихтовых материалов в печь осуществляется через колошник ⸺ верхнюю часть печи.

Материалы загружаются в определенной последовательности и в определенных пропорциях. Это делается для обеспечения равномерного распределения тепла и восстановительных процессов в печи.

После загрузки шихтовых материалов в колошник она постепенно опускается вниз под действием собственного веса и давления новой шихты.

Процессы, происходящие в печи

Внутри доменной печи происходят сложные физико-химические процессы, которые можно разделить на несколько этапов⁚

1. Подготовка шихты⁚ После загрузки шихтовых материалов в колошник, они начинают опускаться вниз, постепенно нагреваясь от горячих газов, поднимающихся из горна.

Сушка шихты⁚ На этом этапе удаляется влага из шихтовых материалов.

3. Разложение карбонатов⁚ При температуре около 900°C происходит разложение карбонатов в руде, например, известняка (CaCO3) на известь (CaO) и углекислый газ (CO2).

4. Восстановление железа⁚ При температуре выше 1000°C происходит восстановление железа из руды. Углерод из кокса вступает в реакцию с оксидами железа, образуя железо и углекислый газ.

5. Плавка железа⁚ При температуре около 1500°C железо плавится и стекает вниз, образуя чугун.

6. Образование шлака⁚ Флюс, добавленный в шихту, взаимодействует с примесями руды, образуя шлак. Шлак плавится и стекает вниз, отделяясь от чугуна.

7. Выпуск чугуна и шлака⁚ Чугун и шлак собираются в горне и периодически выпускаются из печи.

В процессе выплавки чугуна образуются также газы, которые выходят из печи через колошник. Газы содержат углекислый газ, азот, водород, метан и другие компоненты. Они используются в производстве тепла и для других целей.