доменный процесс и продукты доменной плавки

Доменная плавка ⎻ это один из наиболее распространенных и эффективных способов получения чугуна из железной руды. Этот процесс представляет собой сложный комплекс физико-химических реакций, происходящих в шахтной печи ‒ доменной печи, при высоких температурах. Доменная плавка ‒ это основа черной металлургии, и ее продукты широко используются в различных отраслях промышленности.

Доменный процесс⁚ общие сведения

Доменный процесс ‒ это высокотемпературный процесс восстановления железа из железной руды, который осуществляется в шахтной печи, называемой доменной печью. Этот процесс является основой черной металлургии и позволяет получать чугун ⎻ основной материал для дальнейшего производства стали.

Доменная печь представляет собой вертикальную цилиндрическую конструкцию, высотой до 30 метров и диаметром до 10 метров. Внутри печи происходит непрерывный процесс плавки, который можно разделить на несколько основных стадий; Сверху в печь загружаются шихтовые материалы⁚ железная руда, кокс, флюсы (известняк или доломит) и топливо.

Кокс, являясь топливом, обеспечивает необходимую температуру для протекания химических реакций. Флюсы, которые представляют собой добавки, способствуют плавлению пустой породы, содержащейся в руде, и образованию шлака. Шлак, являясь менее плотным, чем расплавленный чугун, всплывает на поверхность и удаляется из печи.

В процессе плавки происходит восстановление железа из руды, то есть переход оксида железа в металлическое железо. Этот процесс осуществляется за счет химических реакций с участием кокса и других материалов.

Полученный чугун, имеющий температуру около 1500 °C, выпускается из печи через специальные отверстия ⎻ летки.

Основные стадии доменного процесса

Доменный процесс, несмотря на кажущуюся простоту, представляет собой сложную систему физико-химических реакций, протекающих в шахтной печи. Этот процесс можно разделить на несколько основных стадий⁚

1. Подготовка шихтовых материалов. На этой стадии происходит подготовка железной руды, кокса и флюсов к загрузке в доменную печь. Руда дробится и обогащается, кокс измельчается до определенного размера, флюсы также подвергаются предварительной обработке.
2. Загрузка шихтовых материалов в печь. Подготовленные шихтовые материалы загружаются в верхнюю часть доменной печи через загрузочный колошник.
3. Прогрев шихтовых материалов. По мере продвижения шихтовых материалов вниз по печи, они постепенно нагреваются горячими газами, поднимающимися из нижней части печи.
4. Восстановление железа. В зоне восстановления, где температура достигает 1000-1200 °C, происходит восстановление железа из руды под действием углерода, содержащегося в коксе.
5. Плавка чугуна. В зоне плавки, где температура достигает 1500-1600 °C, восстановленное железо плавится и образует чугун.
6. Образование шлака. В зоне плавки происходит также плавление флюсов и пустой породы, содержащейся в руде, образуя шлак. Шлак, будучи менее плотным, чем чугун, всплывает на поверхность и удаляется из печи.
7. Выпуск чугуна. Расплавленный чугун собирается в нижней части печи и выпускается через специальные отверстия ‒ летки.

Все эти стадии тесно взаимосвязаны и протекают непрерывно, обеспечивая получение чугуна из железной руды.

Продукты доменной плавки

Доменная плавка ⎻ это не только процесс получения чугуна, но и источник других ценных продуктов. В процессе плавки образуются следующие основные продукты⁚

1. Чугун. Основной продукт доменной плавки, представляющий собой сплав железа с углеродом, кремнием, марганцем, фосфором и другими элементами. Чугун бывает разных видов, отличающихся по составу и свойствам⁚ серый чугун, белый чугун, ковкий чугун, высокопрочный чугун.
2. Шлак. Побочный продукт доменной плавки, образующийся при плавлении флюсов и пустой породы, содержащейся в руде. Шлак ‒ это стекловидная масса, состоящая из оксидов кремния, кальция, алюминия, магния и других элементов; Шлак используется в строительстве, производстве цемента, дорожного покрытия, а также в сельском хозяйстве в качестве удобрения.
3. Доменный газ. Газообразный продукт доменной плавки, образующийся при сгорании кокса и других горючих материалов в печи. Доменный газ ⎻ это смесь углекислого газа, азота, водорода, метана и других газов. Доменный газ используется как топливо для печей, а также для получения синтетического газа, который используется в различных химических производствах.
4. Пыль. Мелкодисперсная твердая фракция, образующаяся при плавке и выносимая из доменной печи с доменным газом. Пыль содержит оксиды железа, кремния, кальция, алюминия и другие элементы. Пыль задерживается в пылеулавливающих установках и используется в качестве сырья для производства железорудных окатышей, а также в строительных материалах.

Таким образом, доменная плавка является не только источником чугуна, но и источником других ценных продуктов, которые находят широкое применение в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства.