Процесс доменной плавки железа

Доменная плавка ー это сложный технологический процесс, в котором из железной руды, кокса и флюсов получают чугун. Этот процесс происходит в специальной печи ⏤ доменной печи, которая представляет собой вертикальную шахту, по которой шихтовые материалы опускаются вниз, встречаясь с восходящим потоком горячих газов. В ходе плавки происходит ряд химических реакций, в результате которых железо из руды восстанавливается, а примеси переходят в шлак.

Подготовка шихтовых материалов

Подготовка шихтовых материалов ⏤ это ключевой этап в процессе доменной плавки, от которого напрямую зависит качество получаемого чугуна. Процесс включает в себя несколько этапов, каждый из которых имеет свою специфику и играет важную роль в общем технологическом цикле.

1.Подготовка железной руды

Железная руда, поступающая на металлургический завод, обычно содержит примеси, которые необходимо удалить или снизить их концентрацию. Это достигается путем обогащения руды, которое может включать следующие операции⁚

• Дробление⁚ Руда измельчается до определенного размера, чтобы обеспечить равномерное распределение в шихте и ускорить процесс плавки.
• Измельчение⁚ Руда дополнительное измельчается до более мелкого размера, чтобы увеличить поверхность контакта с реагентами при обогащении.
• Магнитная сепарация⁚ Применяется для отделения магнитных руд от не магнитных, что позволяет получить концентрат железа с более высоким содержанием железа.
• Флотация⁚ Процесс, в котором рудные частицы вспениваются и отделяются от пустой породы, что позволяет получить концентрат железа с более высоким содержанием железа.
• Обжиг⁚ Руда прокалывается при высокой температуре для удаления влаги, органических веществ, а также для перевода оксидов железа в более легковосстановимые формы.

1.2. Подготовка кокса

Кокс ー это твердое топливо, которое используется в доменной печи для восстановления железа из руды. Он получают путем коксования каменного угля, который подвергается термической обработке в специальных печах без доступа воздуха. Коксование ー это сложный процесс, в котором углерод превращается в более устойчивую форму, а летучие вещества удаляются. Качество кокса определяется его механической прочностью, содержанием золы, влаги, серы.

1.3. Подготовка флюсов

Флюсы ー это материалы, которые добавляются в шихту для регулирования температуры плавления и состава шлака. Флюсы взаимодействуют с пустой породой и примесями в руде, образуя жидкий шлак, который легко отделяется от чугуна. В качестве флюсов используются известняк, доломит, кварцит.

1.4. Смешивание шихтовых материалов

После подготовки отдельных компонентов шихты их смешивают в определенном соотношении, которое зависит от состава руды, кокса и флюсов. Смешивание обеспечивает равномерное распределение компонентов в шихте и улучшает процесс плавки.

1.5. Транспортировка шихты

Подготовленная шихта транспортируется к доменной печи с помощью специальных механизмов. Транспортировка должна быть организована так, чтобы обеспечить непрерывный поток шихты в печь.

Загрузка шихты в доменную печь

Загрузка шихты в доменную печь ー это важный этап процесса плавки, который требует точности и координации. От правильности загрузки шихты зависит эффективность плавки, качество получаемого чугуна и безопасность работы.

2.1. Система загрузки шихты

Доменные печи оснащены специальными системами загрузки шихты, которые обеспечивают постоянный поток материалов в печь. Система загрузки состоит из следующих элементов⁚

• Бункеры⁚ В них хранится подготовленная шихта перед загрузкой в печь. Бункеры обычно расположены над горловиной печи и имеют систему дозирования, которая позволяет контролировать количество шихты, поступающей в печь.
• Конусные затворы⁚ Устанавливаются на выходе из бункеров и регулируют поток шихты в печь. Конусные затворы могут быть механическими или гидравлическими.
• Шлюзовые питатели⁚ Используются для перемещения шихты из бункеров в печь. Шлюзовые питатели работают по принципу вращающегося вала с лопастями, которые перемещают шихту в печь.
• Система управления⁚ Обеспечивает контроль за процессом загрузки шихты и регулирует работу всех элементов системы.

2. Технология загрузки шихты

Загрузка шихты в доменную печь проводится по определенной технологии, которая обеспечивает равномерное распределение компонентов в шихте и создание оптимальных условий для плавки.

2.3. Основные принципы загрузки шихты

При загрузке шихты в доменную печь следуют основным принципам⁚

• Послойная загрузка⁚ Компоненты шихты загружаются слоями, чтобы обеспечить равномерное распределение тепла и газов в печи.
• Соблюдение соотношения компонентов⁚ Количество руды, кокса и флюсов в шихте должно соответствовать определенному соотношению, которое зависит от состава руды и требований к качеству чугуна.
• Учет влажности шихты⁚ Влажность шихты влияет на температуру плавки, поэтому ее необходимо учитывать при загрузке шихты.
• Контроль за температурой шихты⁚ Температура шихты в печи должна поддерживаться на определенном уровне, чтобы обеспечить эффективное плавление и восстановление железа.

2.4. Автоматизация процесса загрузки

Современные доменные печи оснащены системами автоматизации, которые контролируют процесс загрузки шихты и обеспечивают точность и безопасность работы.

Процесс плавки

Процесс плавки железа в доменной печи ー это сложный и динамичный процесс, который протекает при высоких температурах и давлении. В доменной печи происходят многочисленные химические реакции, в результате которых железо из руды восстанавливается, а примеси переходят в шлак.

3.1. Зоны доменной печи

Доменная печь условно разделяется на несколько зон, в которых протекают разные процессы⁚

• Зона загрузки⁚ В этой зоне шихта загружается в печь и начинает нагреваться горячими газами.
• Зона предварительного нагрева⁚ В этой зоне шихта продолжает нагреваться, а влага из нее испаряется.
• Зона восстановления⁚ В этой зоне происходит восстановление железа из руды углеродом из кокса.
• Зона плавления⁚ В этой зоне плавится железо и шлак.
• Зона расплава⁚ В этой зоне расплавленное железо и шлак спускаются вниз и собираются в горне печи.
• Зона выпуска⁚ В этой зоне чугун и шлак выпускаются из печи.

3.2. Химические реакции в доменной печи

В доменной печи происходят следующие основные химические реакции⁚

• Восстановление железа⁚ Железо из руды восстанавливается углеродом из кокса по следующей реакции⁚
• Образование шлака⁚ Флюсы реагируют с пустой породой руды, образуя расплавленный шлак, который собирается в нижней части печи и выпускаеться отдельно от чугуна.
• Горение кокса⁚ Кокс горит в воздухе, который подается в печь через форсунки.
• Образование газов⁚ При горении кокса образуются газы, которые содержат углекислый газ, угарный газ, азот и другие компоненты.

Температура в доменной печи

Температура в доменной печи достигает 1500-1600°C. Нагрев печи происходит за счет горения кокса и экзотермических реакций восстановления железа.

3.4. Давление в доменной печи

В доменной печи поддерживается давление около 2-3 атмосфер. Давление необходимо для обеспечения потока газов в печи и спуска расплавленного железа и шлака.

3.5. Продолжительность плавки

Продолжительность плавки в доменной печи зависит от размера печи, состава руды и других факторов. Обычно плавка продолжается от 6 до 12 часов.

3.6. Контроль за процессом плавки

За процессом плавки в доменной печи ведется постоянный контроль. С помощью различных приборов и систем контроля следит за температурой, давлением, составом газов, уровнем шихты и другими параметрами.