Основные процессы, протекающие в доменной печи

Доменная печь ⏤ это огромный вертикальный реактор, в котором происходит сложный процесс выплавки чугуна из железной руды. В ней одновременно протекает множество физических и химических процессов, которые можно разделить на несколько основных этапов⁚ подготовка материалов, загрузка материалов, процесс плавки, выведение чугуна и шлака.

Подготовка материалов

Перед тем, как загрузить материалы в доменную печь, их необходимо подготовить. Это важный этап, от которого зависит эффективность всего процесса выплавки чугуна.

• Железная руда. Железная руда ⏤ это основной компонент, из которого получают чугун. Перед загрузкой в печь руду обычно измельчают до определенного размера, чтобы обеспечить равномерное распределение в шахте печи и улучшить контакт с другими материалами. В некоторых случаях руду обогащают, то есть удаляют из нее пустую породу, чтобы повысить содержание железа.
• Кокс. Кокс ⏤ это твердое топливо, которое используется для создания высокой температуры в доменной печи. Он получают путем сухой перегонки каменного угля. Кокс должен обладать высокой прочностью, чтобы не разрушаться под воздействием высоких температур и давления в печи. Перед загрузкой в печь кокс обычно сортируют по размеру, чтобы обеспечить равномерное распределение в шахте печи.
• Флюсы. Флюсы ‒ это вещества, которые добавляют в доменную печь для снижения температуры плавления шлака. Шлак ⏤ это побочный продукт процесса плавки, который содержит примеси из железной руды и кокса. Флюсы взаимодействуют с этими примесями, образуя легкоплавкий шлак, который удаляется из печи. В качестве флюсов чаще всего используют известняк или доломит.
• Воздух. Воздух необходим для горения кокса и создания высокой температуры в печи. Он подается в печь через специальные фурмы, расположенные в нижней части печи. Перед подачей в печь воздух обычно нагревают до температуры 800-1000 °C, чтобы повысить эффективность процесса горения.

Правильная подготовка материалов ⏤ это залог успешной работы доменной печи. От качества и количества материалов зависит состав чугуна, его выход, а также расход топлива и флюсов.

Загрузка материалов

После подготовки материалы загружают в доменную печь через специальный загрузочный механизм. Процесс загрузки материалов ‒ это важный этап, от которого зависит равномерность распределения материалов в шахте печи и эффективность всего процесса выплавки чугуна.

Загрузка материалов осуществляется сверху вниз, по принципу «шахматной кладки». Это означает, что слои материалов чередуются друг с другом, чтобы обеспечить равномерное распределение и контакт между ними. Обычно в шахте печи формируется следующая последовательность слоев⁚

• Слой кокса. Кокс засыпается в печь первым слоем, чтобы обеспечить свободное движение газов и воздуха в шахте печи. Слой кокса должен быть достаточно толстым, чтобы обеспечить достаточное количество топлива для поддержания высокой температуры в печи;
• Слой железной руды. Слой железной руды засыпается поверх слоя кокса. Руда должна быть равномерно распределена по всему диаметру печи, чтобы обеспечить равномерное прохождение газов и воздуха.
• Слой флюсов. Слой флюсов засыпается поверх слоя железной руды. Флюсы должны быть равномерно распределены по всему диаметру печи, чтобы обеспечить равномерное взаимодействие с примесями в железной руде.

Загрузка материалов в доменную печь ‒ это непрерывный процесс, который осуществляется круглосуточно. Скорость загрузки материалов зависит от мощности печи и состава материалов.

В современных доменных печах процесс загрузки материалов автоматизирован. Специальные механизмы подают материалы в печь с определенной скоростью, обеспечивая равномерное распределение материалов в шахте печи.

Правильная загрузка материалов ⏤ это залог успешной работы доменной печи. От качества и количества материалов, а также от способа их загрузки зависит состав чугуна, его выход, а также расход топлива и флюсов.

Процесс плавки

В доменной печи происходит сложный процесс плавки, который можно разделить на несколько этапов⁚

1. Подсушка материалов. Материалы, загруженные в доменную печь, сначала подвергаются подсушке. Это необходимо для удаления влаги, которая может снизить температуру в печи и затруднить процесс восстановления железа.
2. Прокаливание материалов. После подсушки материалы начинают прокаливаться. При этом происходит разложение карбонатов, содержащихся в руде, и выделение углекислого газа. Также происходит частичное восстановление железа из руды.
3. Восстановление железа. В нижней части печи, где температура достигает 1500-1600 °C, происходит интенсивное восстановление железа из руды. Это происходит в результате реакции оксидов железа с углеродом кокса.
4. Плавка чугуна. Восстановленное железо плавится и стекает вниз, образуя чугун. Чугун содержит около 4% углерода, а также примеси кремния, марганца, фосфора и серы.
5. Образование шлака. В процессе плавки образуется шлак ‒ расплавленный материал, состоящий из пустой породы, флюсов и примесей. Шлак отделяется от чугуна и удаляется из печи.

Процесс плавки в доменной печи протекает непрерывно. Материалы загружаются сверху, а чугун и шлак выводиться снизу. В печи поддерживается постоянная температура, которая необходима для протекания всех химических реакций.

Для поддержания высокой температуры в печи используется кокс. Кокс сгорает, выделяя тепло, которое используется для плавки материалов. Газы, образующиеся при горении кокса, поднимаются вверх по шахте печи и используются для подогрева материалов, загружаемых в печь.

Процесс плавки в доменной печи ⏤ это сложный и энергоемкий процесс, который требует точного контроля и управления. От правильности проведения процесса плавки зависит качество чугуна, его выход, а также расход топлива и флюсов.

Выведение чугуна и шлака

После завершения процесса плавки, расплавленный чугун и шлак собираются в нижней части доменной печи, называемой «горном». Выведение этих продуктов является завершающим этапом процесса выплавки чугуна.

Чугун, имеющий более высокую плотность, чем шлак, опускается на дно горна. Шлак, менее плотный, располагается сверху чугуна. Для выведения чугуна и шлака используются специальные устройства, называемые «желобами».

Желоба для чугуна и шлака расположены на разных уровнях горна, чтобы обеспечить их раздельное выведение. Желоб для чугуна, как правило, располагается ниже, чем желоб для шлака.

Выведение чугуна происходит периодически, обычно несколько раз в сутки. Чугун, вытекающий из печи, направляется в специальные чугунные ковши, где он охлаждается и затвердевает.

Шлак выводится из печи непрерывно. Он направляется в специальные шлаковые отвалы, где он остывает и затвердевает. В дальнейшем шлак может использоваться в различных отраслях промышленности, например, в строительстве или в производстве цемента.

Процесс выведения чугуна и шлака требует точного контроля, чтобы избежать загрязнения чугуна шлаком и обеспечить стабильную работу печи. Для этого используются специальные датчики, которые отслеживают уровень чугуна и шлака в горне, а также температуру и состав материалов.

Выведение чугуна и шлака является важным этапом процесса выплавки, который завершает цикл работы доменной печи. От правильности проведения этого этапа зависит качество чугуна, а также безопасность работы печи.

В современной металлургии выведение чугуна и шлака автоматизировано, что позволяет оптимизировать процесс и повысить его эффективность.