Схема процесса в доменной печи
Доменная печь – это вертикальный цилиндрический реактор, в котором осуществляется процесс выплавки чугуна из железной руды. Внутри печи происходит сложный комплекс физико-химических процессов, которые можно разделить на несколько этапов.
Подготовка сырья
Перед тем, как сырье попадет в доменную печь, оно проходит тщательную подготовку, которая играет ключевую роль в успешном протекании процесса выплавки чугуна. Эта подготовка включает в себя несколько важных этапов, направленных на повышение эффективности работы печи и получение качественного чугуна.
- Подготовка железной руды⁚ Железная руда, являющаяся основным сырьем, поступает на завод в виде кусков различного размера. Для обеспечения равномерного распределения и эффективного восстановления железа, руду подвергают дроблению и обогащению. Дробление позволяет уменьшить размер кусков руды, что способствует более полному контакту с восстановительными газами и более быстрому протеканию процесса восстановления железа. Обогащение руды направлено на удаление пустой породы (вкраплений), которая не участвует в процессе выплавки и может снижать качество чугуна.
- Подготовка кокса⁚ Кокс – это твердое топливо, получаемое из каменного угля путем коксования. Он служит источником тепла и восстановителем в доменной печи. Кокс должен обладать определенными свойствами⁚ прочностью, пористостью, реакционной способностью. Перед использованием кокс подвергается дроблению, чтобы обеспечить равномерное распределение в печи и оптимизировать процесс горения.
- Подготовка флюса⁚ Флюс – это добавка, которая используется для снижения температуры плавления шлака и улучшения его текучести. Флюс взаимодействует с пустой породой, содержащейся в руде, образуя легкоплавкий шлак, который удаляется из печи. В качестве флюса используют известняк, доломит или другие материалы, подбираемые в зависимости от химического состава руды и требуемого состава шлака.
- Подготовка других материалов⁚ В некоторых случаях в доменную печь добавляют другие материалы, например, металлический лом, который способствует снижению расхода руды и улучшению качества чугуна.
Подготовка сырья – это важный этап, влияющий на эффективность работы доменной печи и качество получаемого чугуна. Правильно подготовленное сырье обеспечивает оптимальное протекание процесса выплавки и снижает потери металла.
Загрузка сырья
После тщательной подготовки, сырье, состоящее из железной руды, кокса и флюса, загружается в доменную печь в строго определенном порядке, который называется «шихтовкой». Правильная шихтовка имеет решающее значение для успешного протекания процесса выплавки чугуна, так как обеспечивает равномерное распределение материалов в печи, оптимальное прохождение восстановительных процессов и эффективное удаление шлака.
В доменную печь загружают шихту слоями, чередуя железную руду, кокс и флюс. Обычно используется следующий порядок⁚
- Кокс⁚ Первый слой формируют из кокса, который обеспечивает необходимое пространство для прохождения воздушных потоков и поддерживает высокую температуру в печи.
- Железная руда⁚ На кокс загружают железную руду, которая подвергается восстановлению до металлического железа.
- Флюс⁚ Флюс загружают сверху руды, чтобы обеспечить образование легкоплавкого шлака, который удаляется из печи.
- Повторение цикла⁚ Цикл загрузки кокса, руды и флюса повторяется до тех пор, пока печь не заполнится до необходимого уровня.
Загрузка сырья происходит с помощью специальных механизмов ‒ загрузочных устройств, которые обеспечивают равномерное распределение материалов по всему объему печи. Важно отметить, что загрузка происходит непрерывно, что обеспечивает стабильную работу печи и позволяет получать чугун постоянным потоком.
Процесс плавки
Процесс плавки в доменной печи – это сложный комплекс физико-химических реакций, которые протекают при высоких температурах и взаимодействии различных компонентов шихты; В основе процесса лежит восстановление железа из железной руды, которое происходит в результате взаимодействия руды с коксом.
В нижней части печи, куда поступает горячий воздух, происходит горение кокса, выделяя тепло, необходимое для плавки. Температура в печи повышается от низа к верху, достигая 1500-1600 °C в зоне плавки.
В верхней части печи происходит предварительное восстановление железной руды до оксидов железа низшей степени окисления. По мере опускания шихты вниз, температура повышается, и происходит более глубокое восстановление железа.
При температуре около 1200 °C железо плавится и стекает вниз в зону плавки. В зоне плавки происходит отделение железа от шлака, который состоит из оксидов кремния, алюминия, кальция и других элементов. Шлак менее плотный, чем железо, и плавает на поверхности расплавленного металла.
Процесс плавки продолжается непрерывно, и расплавленное железо и шлак регулярно выпускаются из печи.
Выпуск чугуна и шлака
После завершения процесса плавки, расплавленный чугун и шлак готовятся к выпуску из печи. Процесс выпуска происходит в специально оборудованных отверстиях, расположенных в нижней части печи. Выпуск чугуна и шлака происходит поочередно, чтобы избежать смешивания двух расплавленных масс.
Выпуск чугуна происходит через специальное отверстие, называемое «чугунная ляда». Перед выпуском чугуна отверстие закрывается заглушкой, которая удерживает расплавленный металл внутри печи. Когда накопится достаточное количество чугуна, заглушку открывают, и расплавленный металл стекает в чугуновозную чашу.
Шлак выпускается через отдельное отверстие, называемое «шлаковая ляда». Шлаковая ляда расположена выше чугунной ляды, чтобы избежать смешивания шлака с чугуном. Перед выпуском шлака отверстие также закрывается заглушкой. Когда накопится достаточное количество шлака, заглушку открывают, и расплавленный шлак стекает в шлаковый бункер.
Процесс выпуска чугуна и шлака происходит регулярно, как правило, несколько раз в сутки. Частота выпуска зависит от производительности доменной печи и от состава шихты.
Выпущенный чугун и шлак подвергаются дальнейшей переработке; Чугун может быть использован для производства стали, чугунного литья и других продуктов. Шлак может быть использован в строительстве как компонент бетона, в дорожном строительстве и в других отраслях.