Доменный процесс и продукты доменной плавки

Доменный процесс и продукты доменной плавки

Доменная плавка ー это высокотемпературный процесс восстановления железа из железной руды с использованием кокса в качестве топлива и восстановителя. В доменной печи происходит сложный химический и физический процесс, в результате которого получается чугун ー основной продукт доменной плавки.

Доменный процесс⁚ краткий обзор

Доменный процесс ー это сложный и непрерывный технологический цикл, который заключается в восстановлении железа из железной руды с помощью кокса в вертикальной шахтной печи, называемой доменной печью. Этот процесс является основой черной металлургии и позволяет получать чугун ー важнейший полуфабрикат для производства стали.

Процесс доменной плавки можно условно разделить на несколько основных стадий⁚

• Подготовка шихтовых материалов⁚ Железная руда, кокс и флюсы (известняк, доломит) измельчаются и смешиваются в определенных пропорциях, образуя шихту.
• Загрузка шихты в доменную печь⁚ шихта загружается в верхнюю часть доменной печи через загрузочный колошник.
• Спуск шихты в печь⁚ шихта постепенно опускается вниз под действием собственного веса и за счет газового потока, поднимающегося из нижней части печи.
• Восстановление железа⁚ При движении вниз по печи шихта проходит через зоны с различными температурами. В зоне горения кокса (у горна) температура достигает 1800 °C. В этой зоне происходит сгорание кокса с выделением тепла и образованием восстановительных газов (CO, H2). Эти газы взаимодействуют с оксидами железа в руде, восстанавливая железо.
• Плавка железа⁚ Восстановленное железо плавится в нижней части печи (горне) при температуре около 1500 °C.
• Отвод чугуна⁚ Расплавленный чугун собирается в горне и периодически отводится из печи через чугунные желоба.
• Отвод доменного газа⁚ Газы, образующиеся в процессе горения кокса, отводятся из печи через верхнюю часть и используются в качестве топлива для других производственных процессов.

Доменный процесс является высокоэнергоемким, но в то же время очень эффективным способом получения чугуна. Он позволяет перерабатывать значительные объемы железной руды и получать качественный чугун для дальнейшего использования в металлургическом производстве.

Основные стадии доменной плавки

Доменный процесс ー это сложный технологический цикл, который можно разделить на несколько основных стадий, каждая из которых играет важную роль в получении чугуна.

1. Подготовка шихтовых материалов⁚ Первым этапом является подготовка шихты ー смеси железной руды, кокса и флюсов. Железная руда содержит оксиды железа, которые нужно восстановить до металлического железа. Кокс ─ это твердое топливо, которое обеспечивает тепло для процесса плавки и восстановительные газы. Флюсы ー это добавки, которые помогают снизить температуру плавления руды и шлака, а также регулируют химический состав шлака.
2. Загрузка шихты в доменную печь⁚ Подготовленная шихта загружается в верхнюю часть доменной печи через загрузочный колошник. В доменной печи шихта проходит через несколько зон с различными температурами и химическими условиями.
3. Спуск шихты в печь⁚ шихта постепенно опускается вниз под действием собственного веса и за счет газового потока, поднимающегося из нижней части печи.
4. Зона предварительного нагрева⁚ В этой зоне шихта нагревается до 200-300 °C, происходит удаление влаги и летучих веществ.
5. Зона восстановления⁚ В этой зоне, где температура достигает 800-1000 °C, происходит восстановление оксидов железа до металлического железа. Восстановление происходит за счет восстановительных газов (CO, H2), образующихся при сгорании кокса.
6. Зона плавления⁚ В этой зоне, где температура достигает 1200-1500 °C, происходит плавление железа и шлака. Шлак ー это расплавленный флюс, который связывает примеси из руды и выводит их из печи.
7. Зона горения кокса⁚ В этой зоне, где температура достигает 1800 °C, происходит сгорание кокса с выделением тепла и образованием восстановительных газов.
8. Отвод чугуна⁚ Расплавленный чугун собирается в горне и периодически отводится из печи через чугунные желоба.
9. Отвод доменного газа⁚ Газы, образующиеся в процессе горения кокса, отводятся из печи через верхнюю часть и используються в качестве топлива для других производственных процессов.

Все эти стадии тесно связаны между собой и работают как единый механизм, обеспечивая непрерывный процесс доменной плавки и производство чугуна.

Продукты доменной плавки⁚ чугун

Чугун ー это основной продукт доменной плавки, представляющий собой сплав железа с углеродом и другими элементами, такими как кремний, марганец, фосфор и сера. Содержание углерода в чугуне может варьироваться от 2% до 4,5%, что определяет его свойства и назначение. Чугун обладает высокой прочностью на сжатие, но хрупкий при растяжении, поэтому его редко используют в чистом виде.

В зависимости от химического состава и свойств чугун делится на несколько видов⁚

• Серый чугун⁚ Самый распространенный вид чугуна, в котором углерод находится в виде графита, образующего хлопьевидные включения. Серый чугун обладает хорошими литейными свойствами, высокой прочностью на сжатие, но низкой прочностью на растяжение и удар. Он используется в производстве чугунных труб, канализационных люков, станков, деталей машин и других изделий, где требуется высокая прочность на сжатие.
• Белый чугун⁚ В белом чугуне углерод находится в виде цементита (Fe3C), который придает ему высокую твердость, износостойкость и хрупкость. Белый чугун используется для изготовления износостойких деталей, таких как шаровые мельницы, дробилки, а также для производства чугунного литья, которое подвергается последующей обработке.
• Высокопрочный чугун⁚ Это сплав, в котором содержание углерода снижено до 2-3%, а содержание кремния, марганца и других элементов увеличено. Высокопрочный чугун обладает высокой прочностью на растяжение, ударную вязкостью и пластичностью, что делает его пригодным для изготовления деталей, работающих под нагрузкой.
• Легированный чугун⁚ В легированный чугун добавляют специальные элементы, такие как никель, хром, молибден, которые улучшают его свойства, например, повышают коррозионную стойкость, износостойкость, жаропрочность. Легированный чугун используется для изготовления деталей, работающих в агрессивных средах, при высоких температурах, а также для производства деталей с особыми требованиями к прочности.

Чугун ─ это важный материал, который широко используется в различных отраслях промышленности, таких как машиностроение, металлургия, строительство, автомобилестроение и другие.

Продукты доменной плавки⁚ побочные продукты

Помимо чугуна, в процессе доменной плавки образуются и другие ценные продукты, которые принято называть побочными. Эти продукты, хотя и не являются основными, имеют важное значение для различных отраслей промышленности и экономики в целом.

К основным побочным продуктам доменной плавки относятся⁚

• Шлак⁚ Шлак ─ это расплавленный минеральный продукт, образующийся в результате взаимодействия флюсов, руды и других материалов в доменной печи. Шлак состоит в основном из оксидов кремния, алюминия, кальция, магния и железа. Его состав зависит от состава руды, флюсов и других материалов, используемых в процессе плавки. Шлак обладает ценными свойствами, такими как химическая стойкость, огнеупорность, теплоизоляция, что делает его востребованным материалом в различных отраслях промышленности.
• Доменный газ⁚ Доменный газ ─ это горючий газ, образующийся в результате сжигания кокса в доменной печи. Он состоит в основном из азота, углекислого газа, водорода, метана и других газов. Доменный газ используется как топливо для других промышленных процессов, а также для производства электроэнергии.
• Коксовый газ⁚ Коксовый газ ─ это горючий газ, образующийся в процессе коксования каменного угля. Он состоит в основном из водорода, метана, этилена, ацетилена и других газов. Коксовый газ используется как топливо для различных промышленных процессов, а также для производства синтетического газа, метанола, аммиака и других химических продуктов.
• Коксовый песок⁚ Коксовый песок ─ это побочный продукт коксования каменного угля, представляющий собой мелкозернистый материал, который используется в качестве наполнителя для различных строительных материалов, таких как бетон, асфальт, кирпич;
• Доменный шлам⁚ Доменный шлам ─ это твердый отход, образующийся при очистке доменного газа. Он содержит различные минеральные вещества, такие как железо, кремний, алюминий, кальций, магний. Доменный шлам может быть использован в качестве сырья для производства строительных материалов, а также для рекультивации земель.

Побочные продукты доменной плавки ─ это ценные ресурсы, которые могут быть использованы для различных целей, что позволяет повысить экономическую эффективность процесса плавки и снизить негативное влияние на окружающую среду.