Характеристика технологического процесса доменной печи
Доменная печь — это вертикальный цилиндрический реактор, в котором происходит высокотемпературный процесс восстановления железа из железной руды. Этот процесс является основой черной металлургии, так как позволяет получать чугун, который в дальнейшем используется для производства стали.
Общая характеристика доменной печи
Доменная печь представляет собой вертикальный цилиндрический реактор, обычно высотой 25-35 метров и диаметром 8-12 метров, который состоит из нескольких основных частей⁚
- Шахта ⎼ верхняя часть печи, в которую загружается шихта (смесь железной руды, кокса, флюсов и других материалов).
- Горн ⎼ нижняя часть печи, где происходит плавление и восстановление железа.
- Раструб, расширяющаяся часть печи, которая соединяет шахту и горн.
- Лещадь, основание печи, на котором располагается горн.
- Вьюшка, отверстие в горне, через которое выводится чугун.
- Шлаковый канал — отверстие в горне, через которое выводится шлак.
- Вдувочные устройства — через них в печь подается горячий воздух, необходимый для горения кокса.
- Оборудование для загрузки и выгрузки ⎼ включает в себя бункера, загрузочные устройства, транспортные системы.
Доменная печь работает непрерывно. шихта загружается сверху, а чугун и шлак выводится снизу. В печи поддерживается высокая температура (до 1600°C), необходимая для плавления руды и восстановления железа.
Процесс работы доменной печи является сложным и многоступенчатым, включающим в себя множество физических и химических процессов.
Основные этапы технологического процесса
Технологический процесс в доменной печи можно разделить на несколько основных этапов⁚
- Подготовка шихты. На этом этапе происходит смешивание железной руды, кокса, флюсов и других материалов в определенных пропорциях.
- Загрузка шихты в печь. Загрузка шихты осуществляется сверху печи через загрузочные устройства.
- Прогрев шихты. По мере движения шихты вниз по печи, она нагревается горячими газами, поднимающимися из горна.
- Восстановление железа. При температуре около 1000°C происходит восстановление железа из железной руды. Этот процесс происходит за счет взаимодействия оксидов железа с углеродом кокса.
- Плавка чугуна. При температуре около 1500°C расплавленное железо стекает в горн.
- Образование шлака. Флюсы, добавленные в шихту, взаимодействуют с пустой породой, содержащейся в руде, образуя расплавленный шлак. Шлак легче чугуна и всплывает на поверхность.
- Выпуск чугуна и шлака. Чугун и шлак выводятся из печи через специальные отверстия ⎼ вьюшку и шлаковый канал.
Каждый из этих этапов играет важную роль в процессе производства чугуна.
Сырьё и материалы
Для производства чугуна в доменной печи используется несколько основных видов сырья и материалов⁚
- Железная руда, основной источник железа. В состав железной руды входят оксиды железа, а также примеси, такие как пустая порода, кремнезем, оксиды алюминия и др.
- Кокс ⎼ топливо и восстановитель. Кокс получают путем коксования каменного угля. Он содержит углерод, который при горении выделяет тепло, необходимое для процесса плавки, и восстанавливает железо из руды.
- Флюсы, вещества, которые добавляются в шихту для снижения температуры плавления пустой породы и образования легкоплавкого шлака. В качестве флюсов используются известняк, доломит, известковый шпат и др.
- Другие материалы ⎼ в небольших количествах в шихту могут добавляться другие материалы, например, окалина, чугунные отходы, стальной лом, которые также содержат железо и могут быть использованы для повышения производительности печи.
Качество сырья и материалов оказывает существенное влияние на качество получаемого чугуна. Поэтому к выбору сырья предъявляются высокие требования.
Процессы, происходящие в доменной печи
В доменной печи происходит сложный комплекс физико-химических процессов, которые можно разделить на несколько основных этапов⁚
- Подготовка шихты — в верхнюю часть печи загружается шихта, состоящая из железной руды, кокса и флюсов.
- Прогрев и восстановительные процессы — по мере движения шихты вниз по печи она нагревается горячими газами, выделяющимися при горении кокса. При этом происходит восстановление железа из руды, т.е. отщепление кислорода от оксидов железа.
- Плавка и образование чугуна — в нижней части печи, где температура достигает 1500-1600°C, происходит плавление железа и других компонентов шихты. Расплавленное железо, насыщенное углеродом, образует чугун, который собирается внизу печи.
- Образование шлака, пустая порода, флюсы и другие примеси плавятся и образуют шлак, который всплывает на поверхность расплавленного чугуна. Шлак удаляется из печи через специальные отверстия.
- Выпуск чугуна и шлака ⎼ расплавленный чугун и шлак периодически выпускаются из печи через специальные отверстия.
Все эти процессы тесно связаны между собой и протекают одновременно, обеспечивая непрерывный цикл производства чугуна.
Продукция доменной печи
Основной продукцией доменной печи является чугун, который представляет собой сплав железа с углеродом, а также другими элементами, такими как марганец, кремний, фосфор и сера. Состав чугуна зависит от состава шихты и условий плавки.
Чугун, получаемый в доменной печи, делится на два основных вида⁚
- Серый чугун, содержит углерод в виде хлопьев графита, что придает ему серый цвет и хрупкость. Этот вид чугуна используется для изготовления отливок, например, для деталей машин, труб, решетки.
- Белый чугун ⎼ содержит углерод в виде цементита, что придает ему белый цвет и высокую твердость. Этот вид чугуна не используется в чистом виде, а используется как промежуточный продукт для производства стали.
Помимо чугуна, в доменной печи образуется шлак, который представляет собой расплавленную смесь пустой породы, флюсов и других примесей. Шлак не является ценным продуктом, но используется в различных отраслях промышленности, например, в строительстве, для производства цемента, в качестве удобрения.
Таким образом, доменная печь является основным источником производства чугуна, который является незаменимым сырьем для производства стали.