Устройство доменной печи

Устройство доменной печи

Доменная печь – это огромная вертикальная конструкция, состоящая из нескольких основных элементов, каждый из которых выполняет свою важную функцию. Она представляет собой цилиндрический стальной корпус, выложенный изнутри огнеупорным кирпичом.

Основные элементы конструкции

Доменная печь ⏤ это сложная конструкция, состоящая из нескольких ключевых элементов, каждый из которых играет важную роль в процессе выплавки чугуна. Давайте рассмотрим их подробнее⁚

• Шахта ⏤ это самая высокая часть печи, имеющая коническую форму, сужающуюся кверху. В шахте происходит основная часть процесса восстановления железа из руды. В нее загружают шихтовые материалы⁚ железную руду, кокс, флюсы (известняк, доломит).
• Горн ⏤ это нижняя часть печи, где происходит плавление и концентрация расплавленного чугуна и шлака. Горн имеет расширенную форму, что позволяет увеличить объем расплавленного металла.
• Лещадь ⏤ это основание печи, на котором расположен горн. Лещадь выполняет роль опоры для всей конструкции и обеспечивает отвод тепла от печи.
• Вдувочные устройства ⏤ это система, которая подаёт воздух в горн печи. Воздух используется для сжигания кокса и создания высоких температур, необходимых для плавления руды.
• Газоотводящие устройства ⏤ это система, которая отводит из печи газы, образующиеся в процессе сжигания кокса. Газы содержат угарный газ (СО), который используется в качестве топлива для других целей.
• Шлюзовые затворы ⏤ это устройства, которые обеспечивают герметичность печи и регулируют поток шихтовых материалов. Они расположены в верхней части шахты и открываются только в момент загрузки новых материалов.
• Чугуновозные желоба ⏤ это каналы, по которым расплавленный чугун отводится из печи. Желоба расположены в нижней части горна и подключаются к специальным контейнерам для транспортировки чугуна.
• Шлаковозные желоба ⏤ это каналы, по которым шлак отводится из печи. Шлаковые желоба расположены в нижней части горна и подключаются к специальным контейнерам для транспортировки шлака.

Все эти элементы работают в тесной связи друг с другом, обеспечивая непрерывный процесс выплавки чугуна.

Функции и взаимодействие элементов

Элементы доменной печи работают в тесной взаимосвязи, обеспечивая непрерывный процесс выплавки чугуна. Давайте рассмотрим, как они взаимодействуют друг с другом⁚

• Шахта служит для загрузки шихтовых материалов (железная руда, кокс, флюсы) и их постепенного спуска в горн. В шахте происходит предварительная подготовка шихты⁚ нагрев, частичное восстановление железа из руды, а также образование восстановительных газов.
• Горн является «сердцем» печи, где происходит плавление шихты, образование расплавленного чугуна и шлака. Высокая температура в горне достигается за счет сжигания кокса, подаваемого вдувочными устройствами.
• Вдувочные устройства подают горячий воздух в горн, обеспечивая горение кокса и создание высокой температуры. Воздух, проходя через шихту, нагревает ее, способствует образованию восстановительных газов и обеспечивает необходимый кислород для сжигания кокса.
• Газоотводящие устройства отводят из печи газы, образующиеся при сгорании кокса. Эти газы содержат угарный газ (СО), который используется в качестве топлива для других целей.
• Шлюзовые затворы обеспечивают герметичность печи и регулируют поток шихтовых материалов, предотвращая потери тепла и газов. Они открываются только в момент загрузки новых материалов.
• Чугуновозные желоба отводят расплавленный чугун из печи, обеспечивая его поступление на дальнейшую обработку.
• Шлаковозные желоба отводят шлак из печи, обеспечивая его удаление и использование в строительстве или других отраслях.

Взаимодействие всех этих элементов создает непрерывный процесс выплавки чугуна, который происходит в доменной печи.

Процессы в доменной печи

В доменной печи происходит сложный комплекс физических и химических процессов, которые приводят к получению чугуна. Эти процессы протекают в шахте, горне и вдувочных устройствах, и взаимосвязаны между собой.

Химические реакции

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

• Окисление кокса. Кокс, являющийся топливом в доменной печи, сгорает в зоне горения, взаимодействуя с кислородом воздуха, который подается в печь через фурмы. В результате этой реакции образуются углекислый газ (CO₂) и тепло, которое обеспечивает процесс плавления шихтовых материалов.
• Восстановление оксидов железа. Оксиды железа (Fe₂O₃, Fe₃O₄, FeO), содержащиеся в руде, восстанавливаются углеродом кокса в процессе прохождения шихтовых материалов вниз по шахте доменной печи. Этот процесс происходит в несколько этапов⁚
  • В верхней части шахты происходит восстановление Fe₂O₃ до Fe₃O₄ и FeO углеродом кокса.
  • В нижней части шахты и в горне происходит восстановление FeO до железа (Fe) углеродом кокса.
• Образование чугуна. Железо, полученное в результате восстановления оксидов, растворяет углерод из кокса и образует чугун. В чугуне также содержатся другие элементы, например, кремний, марганец, фосфор и сера.
• Образование шлака. Пустая порода и флюсы, введенные в шихту, плавятся в доменной печи и образуют шлак. Шлак содержит оксиды кремния, алюминия, кальция, магния и других элементов. Шлак выполняет важную функцию ⏤ он отделяет чугун от шлака и выводится из доменной печи.

Все эти химические реакции протекают при высоких температурах и давлении, и их скорость зависит от состава шихты, температуры в печи, скорости подачи воздуха и других параметров.

Движение материалов

В доменной печи происходит непрерывное движение материалов, которое можно разделить на несколько этапов⁚

• Загрузка шихты. В верхнюю часть доменной печи (колошник) загружается шихта, состоящая из железной руды, кокса, флюсов и иногда лома. Загрузка шихты осуществляется через загрузочный аппарат, который обеспечивает равномерное распределение материалов по сечению печи.
• Спуск шихты. Под действием собственного веса шихта постепенно опускаеться вниз по шахте печи. Скорость спуска шихты зависит от температуры в печи, состава шихты, и давления газов.
• Нагрев и подготовка шихты. По мере спуска шихты вниз по шахте она нагревается горячими газами, которые поднимаются вверх от зоны горения. В результате этого процесса шихта подготавливается к восстановлению оксидов железа.
• Восстановление и плавление. В горне доменной печи происходит восстановление оксидов железа и плавление шихты. В результате этих процессов образуется жидкий чугун и шлак.
• Выпуск чугуна и шлака. Жидкий чугун и шлак собираются в нижней части доменной печи (горне) и выпускаются через отдельные отверстия (чугунные и шлаковые летки). Чугун отправляется на дальнейшую переработку, а шлак используется в строительстве и других отраслях промышленности.

Движение материалов в доменной печи является непрерывным процессом, который обеспечивает непрерывное производство чугуна.