устройство доменной печи и процессы

Устройство доменной печи

Доменная печь представляет собой вертикальную шахтную печь, которая используется для выплавки чугуна из железной руды. Она имеет коническую форму, сужающуюся к основанию, и состоит из нескольких основных элементов⁚ горна, шахты, колошника и газоотводящих устройств.

Основные элементы конструкции

Доменная печь – это сложная конструкция, состоящая из нескольких ключевых элементов, каждый из которых играет свою роль в процессе выплавки чугуна.

• Горн ⏤ это нижняя часть печи, где происходит сбор расплавленного чугуна и шлака. Он имеет форму усеченного конуса, расширяющегося книзу, и оснащен несколькими отверстиями для выпуска чугуна и шлака.
• Шахта ⏤ это вертикальная часть печи, где происходит основная часть процесса восстановления железа из руды. Она имеет цилиндрическую форму и занимает большую часть высоты печи. В шахте происходит постепенное опускание шихты под воздействием собственного веса и поднимающегося вверх восстановительного газа.
• Колошник ⎻ это верхняя часть печи, через которую загружается шихта. Он имеет форму усеченного конуса, сужающегося кверху, и оснащен системой загрузки, которая обеспечивает равномерное распределение шихты по всей площади колошника.
• Газоотводящие устройства ⏤ это система каналов и труб, предназначенная для отвода из печи продуктов горения и восстановительного газа. Они расположены в верхней части печи и обеспечивают отвод газов в газоочистные системы.

Кроме этих основных элементов, в конструкции доменной печи могут быть предусмотрены и другие элементы, например, воздухонагреватели, система подачи топлива, система охлаждения и т.д.

Функции элементов

Каждый элемент доменной печи играет свою важную роль в процессе выплавки чугуна.

• Горн ⎻ это место, где происходит сбор расплавленного чугуна и шлака. Он обеспечивает разделение этих двух продуктов, так как шлак, будучи менее плотным, всплывает на поверхность чугуна. Из горна чугун и шлак периодически выпускаются через специальные отверстия ⏤ желоба.
• Шахта ⏤ это сердце печи, где происходит ключевой процесс восстановления железа из руды. В шахте загруженная шихта постепенно опускается вниз под воздействием собственного веса и поднимающегося вверх восстановительного газа. В процессе опускания шихта проходит через зоны с различными температурами и газовым составом, что позволяет постепенно восстанавливать железо из руды.
• Колошник ⏤ это входной пункт для шихты. Он обеспечивает равномерное распределение шихты по всей площади печи, что важно для поддержания стабильного процесса выплавки.
• Газоотводящие устройства ⎻ это система, которая отводит из печи продукты горения и восстановительный газ. Газ, выходящий из печи, содержит ценные компоненты, такие как метан, водород и окись углерода. Он используется для обогрева воздухонагревателей, что повышает КПД печи.

Взаимодействие всех элементов доменной печи обеспечивает непрерывный и эффективный процесс выплавки чугуна, который является основой для производства стали и других металлургических изделий.

Процессы в доменной печи

В доменной печи происходит сложный комплекс физико-химических процессов, направленных на получение чугуна из железной руды.

Подготовка шихты

Подготовка шихты – это ключевой этап в процессе выплавки чугуна.
Она включает в себя несколько важных операций, направленных на создание оптимального состава и свойств материала, загружаемого в доменную печь.
Правильно подготовленная шихта обеспечивает эффективное протекание технологических процессов в печи,
позволяя получить качественный чугун с минимальными затратами.

В состав шихты входят⁚

• Железная руда – основной компонент, содержащий железо в виде оксидов.
  Перед загрузкой в печь руда подвергается дробление и обогащению для повышения содержания железа и удаления пустой породы.
• Кокс – твердое топливо, обеспечивающее тепловую энергию для протекания химических реакций в печи.
  Кокс должен обладать высокой прочностью, чтобы выдерживать давление шихты, и низкой зольностью, чтобы не загрязнять чугун.
• Флюс – химические вещества, которые добавляются в шихту для регулирования состава шлака.
  Флюс способствует удалению примесей из руды и созданию условий для эффективного восстановления железа.
• Другие компоненты – в зависимости от вида производимого чугуна, в шихту могут добавляться добавки, такие как ферросплавы, чугун-металлолом, окалина и др.

Подготовка шихты включает в себя следующие операции⁚

• Дробление и измельчение – руда и кокс измельчаются до определенного размера, чтобы обеспечить равномерное распределение и контакт с другими компонентами шихты.
• Смешивание – все компоненты шихты тщательно перемешиваются в определенных пропорциях, чтобы получить однородный состав.
• Дозирование – точное измерение количества каждого компонента шихты для достижения заданного химического состава чугуна.
• Загрузка в бункера – подготовленная шихта загружается в бункера, расположенные над доменной печью, откуда она подается в печь.

Правильно подготовленная шихта – это залог успешной работы доменной печи и получения качественного чугуна.

Сплавление и восстановление

Сплавление и восстановление железа – это ключевые процессы, происходящие в доменной печи.
В печи шихта, состоящая из железной руды, кокса и флюса, подвергается воздействию высоких температур и восстановительной атмосферы, что приводит к образованию жидкого чугуна и шлака.
Процесс можно разделить на несколько этапов.

Подготовка шихты⁚
На этом этапе происходит нагрев шихты за счет горячих газов, поднимающихся из нижних частей печи.
Температура постепенно повышается, и шихта проходит следующие стадии⁚
сушка, удаление влаги, нагрев, разложение карбонатов, восстановление оксидов железа.

Восстановление железа⁚
По мере продвижения шихты вниз по печи,
она попадает в зону высоких температур, где происходит восстановление железа из оксидов.
Этот процесс осуществляется за счет взаимодействия оксидов железа с углеродом кокса,
в результате которого образуется свободное железо.
Восстановление железа проходит в несколько стадий,
начиная с образования закиси железа (FeO) и заканчивая образованием металлического железа (Fe).

Сплавление⁚
По мере продвижения шихты вниз по печи,
железо плавится и стекает в горн,
где собирается в виде жидкого чугуна.
В процессе плавления железа происходит его насыщение углеродом,
что придает чугуну его характерные свойства –
высокую прочность,
пластичность и
способность литья.

Образование шлака⁚
В процессе плавления шихты
образуется шлак,
который представляет собой расплавленные примеси,
необходимые для удаления из чугуна.
Шлак менее плотный,
чем чугун,
и поэтому он всплывает на поверхность расплавленного металла.
Шлак выводится из печи через специальные отверстия,
а чугун сливают в ковш,
где он охлаждается и затвердевает.

Сплавление и восстановление железа –
это сложные физико-химические процессы,
требующие точного контроля параметров процесса
и качественной шихты
для получения качественного чугуна.