Доменная печь и доменный процесс

 

Устройство доменной печи

Доменная печь представляет собой вертикальную шахтную печь, предназначенную для выплавки чугуна из железной руды. Она состоит из нескольких основных частей⁚ горна, шахты, расширения, колошника и газоотводящих устройств.

Конструкция доменной печи

Доменная печь – это сложная конструкция, состоящая из нескольких ключевых элементов. Горн, расположенный в нижней части печи, представляет собой расширенную часть, где происходит выплавка чугуна и шлака. Шахта, представляющая собой вертикальный цилиндр, является основной частью печи, где происходит восходящий поток газов и спуск шихтовых материалов. Расширение, расположенное над шахтой, служит для накопления шихтовых материалов и их равномерного распределения в шахте. Колошник, верхняя часть печи, предназначен для загрузки шихтовых материалов и их равномерного распределения по всему сечению печи. Газоотводящие устройства, такие как газоход и пылеулавливатели, отводят из печи газы, которые образуются в процессе доменного процесса.

Внутренняя поверхность печи футеруется огнеупорным материалом, который защищает ее от разрушения под воздействием высоких температур и агрессивных сред. Для обеспечения герметичности печи и предотвращения утечки газов используются различные уплотнительные материалы.

Доменные печи бывают разных размеров и конструкций, в зависимости от производительности и типа выплавляемого чугуна.

Основные элементы печи

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

• Горн – нижняя часть печи, где происходит выплавка чугуна и шлака. Он имеет форму усеченного конуса и оснащен форсунками для подачи дутья.
• Шахта – вертикальный цилиндр, расположенный между горном и расширением. В шахте происходит восходящий поток газов и спуск шихтовых материалов.
• Расширение – расположено над шахтой и служит для накопления шихтовых материалов и их равномерного распределения в шахте.
• Колошник – верхняя часть печи, предназначенная для загрузки шихтовых материалов и их равномерного распределения по всему сечению печи.
• Газоотводящие устройства – отводят из печи газы, которые образуются в процессе доменного процесса. К ним относятся газоход, пылеулавливатели и другие устройства.

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

Доменный процесс

Доменный процесс – это сложный физико-химический процесс, протекающий в доменной печи и направленный на выплавку чугуна из железной руды.

Стадии доменного процесса

Доменный процесс можно разделить на несколько основных стадий, каждая из которых характеризуется определенными физико-химическими преобразованиями⁚

• Подготовка шихтовых материалов. На этой стадии происходит подготовка шихтовых материалов (железной руды, кокса, флюсов) к загрузке в печь. Руду дробят и обогащают, кокс готовят из каменного угля, а флюсы – это специальные добавки, способствующие удалению пустой породы из руды.
• Загрузка шихты. Подготовленные шихтовые материалы загружаются в колошник доменной печи, где они начинают опускаться вниз под действием собственного веса. В процессе опускания шихта проходит через разные зоны печи, где происходят различные преобразования.
• Обжиг и восстановление. В зоне обжига шихта нагревается до высокой температуры и происходит разложение карбонатов флюсов и железной руды. В зоне восстановления оксиды железа восстанавливаются до металлического железа под действием угарного газа, образующегося при сгорании кокса.
• Плавка и шлакообразование. В зоне плавки металлическое железо плавится и стекает в горн печи. Флюсы взаимодействуют с пустой породой руды, образуя шлак, который также стекает в горн.
• Выпуск чугуна и шлака. Расплавленный чугун и шлак выпускаются из горна печи через отдельные отверстия. Чугун используется для производства стали, а шлак – как строительный материал.

Химические реакции в доменной печи

В доменной печи происходят сложные химические реакции, которые можно разделить на несколько групп⁚

• Сгорание кокса. Основным топливом в доменной печи является кокс, который сгорает в нижней части печи, образуя угарный газ (CO) и углекислый газ (CO₂)⁚
• Восстановление железа. Угарный газ, образующийся при сгорании кокса, восстанавливает оксиды железа, содержащиеся в железной руде, до металлического железа. Например, восстановление оксида железа (Fe₂O₃) до металлического железа (Fe) происходит по следующей реакции⁚
• Шлакообразование. Флюсы, добавляемые в шихту, взаимодействуют с пустой породой руды, образуя шлак. Шлак представляет собой расплавленную массу, которая легче железа и стекает в горн печи, отделяясь от чугуна. Процесс шлакообразования необходим для удаления пустой породы из железа и улучшения качества чугуна.

Кроме того, в доменной печи происходят и другие химические реакции, связанные с взаимодействием компонентов шихты между собой и с продуктами сгорания кокса. Все эти реакции в совокупности обеспечивают процесс выплавки чугуна из железной руды.