Устройство и процессы доменной печи

Доменная печь представляет собой вертикальный цилиндрический агрегат, высотой до 30 метров, с расширением в нижней части – горном. В горне происходит плавка руды, а в верхней части печи загружается сырье. Процесс плавки основан на взаимодействии руды, кокса и флюсов при высоких температурах.

Строение доменной печи

Доменная печь – это сердце металлургического производства, где происходит плавка железной руды и получение чугуна. Ее устройство представляет собой сложную конструкцию, состоящую из нескольких основных частей, каждая из которых играет важную роль в процессе выплавки.

Горн – самая нижняя часть печи, где происходит плавка руды и образование чугуна. Он имеет форму усеченного конуса и выложен из огнеупорного кирпича, способного выдерживать температуру до 1600 °C. В горне располагается лещадка – специальная площадка, на которую стекают расплавленный чугун и шлак.

Шахта – это вертикальная часть печи, расположенная над горном. Она представляет собой широкий цилиндр, выложенный из огнеупорного кирпича. В шахте происходит восстановление железа из руды за счет взаимодействия с восстановительными газами, образующимися при сгорании кокса.

Расширение – это часть печи, расположенная между шахтой и горном. В расширении происходит накопление руды и кокса перед поступлением в горн.

Газоход – это канал, через который отводятся отработанные газы из печи. Газоход соединен с пылеулавливающим устройством, которое очищает газы от пыли и других загрязняющих веществ.

Вентилятор – устройство, которое обеспечивает поступление воздуха в печь. Воздух поступает в печь через форсунки, расположенные в нижней части горна.

Засыпная воронка – это отверстие в верхней части печи, через которое загружается сырье. Засыпная воронка оснащена специальным устройством, которое регулирует поступление сырья в печь.

Колошник – это специальная площадка в верхней части печи, на которую загружается сырье. Колошник оснащен устройством, которое уплотняет сырье и предотвращает его просыпание из печи.

Газовая система – это система трубопроводов и оборудования, которая обеспечивает отвод отработанных газов из печи и их использование в других целях.

Система охлаждения – это система трубопроводов и оборудования, которая обеспечивает охлаждение стен печи и предотвращает их перегрев.

Система управления – это система автоматики и электроники, которая обеспечивает контроль и управление работой печи.

Доменная печь – это сложный и эффективный агрегат, который является неотъемлемой частью металлургического производства. Ее устройство и процессы плавки позволяют получать чугун – основной материал для производства стали, а также другие металлические материалы.

Основные процессы в доменной печи

В доменной печи происходит сложный комплекс физико-химических процессов, целью которых является восстановление железа из руды и получение чугуна. Эти процессы протекают в строгой последовательности и определяются температурой и составом газовой фазы в разных зонах печи.

Подготовка сырья. В верхнюю часть печи загружается смесь из железной руды, кокса и флюсов. Кокс служит топливом и восстановителем, флюсы – для удаления пустой породы из руды и образования шлака.

Прогрев сырья. По мере опускания сырья вниз по шахте печи оно прогревается горячими газами, образующимися при сгорании кокса в нижней части печи.

Восстановление железа. При температуре около 800 °C начинается процесс восстановления железа из руды. Этот процесс происходит в несколько этапов⁚

• Восстановление оксидов железа. Оксиды железа в руде взаимодействуют с угарным газом (CO) и водородом (H2), образующимися при сгорании кокса, с образованием металлического железа и углекислого газа (CO2) или воды (H2O).
• Растворение углерода. Металлическое железо растворяет в себе углерод, образуя чугун.

Плавка и образование шлака. В нижней части печи при температуре около 1600 °C расплавляется чугун и шлак. Шлак – это расплавленная пустая порода, которая отделяется от чугуна и выводится из печи через специальные отверстия.

Отвод газов. Отработанные газы из печи отводятся через газоход и используются для подогрева воздуха, подающегося в печь, или в других целях.

Выпуск чугуна. Расплавленный чугун выпускается из печи через специальные отверстия – чугунные воронки.

Все эти процессы протекают в строгой последовательности и определяются многими факторами, такими как состав сырья, температура в печи, скорость подачи сырья, количество и качество воздуха, подающегося в печь.

Сырье для доменной печи

Для работы доменной печи необходимо использовать специальное сырье, состоящее из железной руды, кокса и флюсов. Качество и состав сырья влияют на качество получаемого чугуна, а также на эффективность работы печи.

Железная руда – это основной источник железа в доменной печи. Она содержит оксиды железа, которые восстанавливаются до металлического железа в процессе плавки. Существует несколько типов железных руд, отличающихся содержанием железа, примесями и физическими свойствами. Наиболее распространенные типы руд – это гематит, магнетит, лимонит. Качество железной руды определяется содержанием железа, содержанием вредных примесей (фосфора, серы), а также ее физическими свойствами (размер кусков, влажность).

Кокс – это твердое топливо, получаемое из каменного угля путем его коксования при высокой температуре без доступа воздуха. Кокс служит в доменной печи не только топливом, но и восстановителем, поскольку при его сгорании образуется угарный газ (CO), который восстанавливает железо из руды. Качество кокса определяется его прочностью, содержанием золы, влажностью, реакционной способностью.

Флюсы – это минеральные вещества, добавляемые в доменную печь для удаления пустой породы из руды и образования шлака. Шлак – это расплавленная пустая порода, которая отделяется от чугуна и выводится из печи. Флюсы подбираются так, чтобы шлак имел определенные физические и химические свойства, обеспечивающие его легкое отделение от чугуна и удобство вывода из печи. Наиболее распространенные типы флюсов – это известняк, доломит, флюорит.

Качество сырья для доменной печи влияет на качество получаемого чугуна, а также на эффективность работы печи. Поэтому к выбору сырья для доменной печи предъявляются строгие требования.