основные физико-химические процессы доменной плавки

Доменная плавка ー это сложный технологический процесс‚ который включает в себя целый комплекс физико-химических реакций‚ протекающих при высоких температурах. В основе процесса лежит восстановление железа из руды с помощью кокса‚ который служит топливом и восстановителем. В процессе плавки образуются чугун и шлак‚ являющиеся конечными продуктами доменной плавки.

Подготовка сырья и загрузка в доменную печь

Перед началом плавки все сырьевые материалы должны быть тщательно подготовлены. Железная руда‚ в которой содержится оксид железа‚ является основным сырьем для производства чугуна. Перед загрузкой в печь руду подвергают обогащению‚ чтобы увеличить содержание железа и удалить пустую породу. Обогащение руды может осуществляться различными методами‚ например‚ магнитной сепарацией‚ флотацией или гравитационным обогащением.

Кокс‚ являющийся топливом и восстановителем‚ также играет важную роль в доменной плавке. Кокс получают путем коксования каменного угля‚ в результате которого происходит удаление летучих веществ и образование пористого материала с высокой прочностью; Качество кокса‚ в частности‚ его прочность и реакционная способность‚ оказывает существенное влияние на эффективность доменной плавки;

Флюсы‚ такие как известняк или доломит‚ добавляются в шихту для снижения температуры плавления шлака‚ что способствует его легкому удалению из печи. Флюсы также помогают регулировать состав шлака‚ чтобы обеспечить оптимальные условия для протекания процессов плавки.

Подготовка сырья также включает в себя его дробление и сортировку по размеру. Это необходимо для обеспечения равномерной загрузки сырья в печь и создания оптимального газопроницаемого слоя в шахте.

Загрузка сырья в доменную печь осуществляется с помощью специальных механизмов‚ таких как скиповые подъемники или ленточные конвейеры. Сырье загружается в шахту печи‚ где оно проходит через различные зоны‚ в которых происходят процессы восстановления железа‚ плавления и образования чугуна и шлака.

Процессы в шахте доменной печи

Шахта доменной печи представляет собой вертикальную конструкцию‚ в которой происходит большая часть химических и физических процессов‚ связанных с восстановлением железа из руды. В шахте происходит постепенный нагрев шихты‚ а также восстановление оксидов железа до металлического железа.

В верхней части шахты‚ где температура достигает около 200-300°C‚ происходит предварительный нагрев шихты и удаление влаги. В этой зоне также происходит начало восстановления оксидов железа до закиси железа (FeO) с помощью угарного газа (CO)‚ образующегося в результате сгорания кокса в нижних зонах печи.

По мере движения шихты вниз по шахте температура постепенно увеличивается‚ и процесс восстановления железа продолжается. В зоне с температурой около 500-600°C происходит восстановление закиси железа до металлического железа с помощью угарного газа.

В нижней части шахты‚ где температура достигает около 1000°C‚ происходит плавление железа и шлака. Плавленый металл стекает в распар и заплечики‚ а шлак плавает на поверхности металла.

В шахте также происходит процесс агломерации шихты‚ который заключается в спекании мелких частиц руды и флюса с помощью кокса. Агломерация повышает прочность шихты и улучшает ее газопроницаемость.

В целом‚ процессы в шахте доменной печи являются очень сложными и взаимосвязанными. Они определяют качество чугуна и эффективность доменной плавки.

Процессы в распаре и заплечиках

Распар и заплечики – это зоны в доменной печи‚ расположенные непосредственно над горном‚ где происходит окончательное формирование чугуна и шлака. В этих зонах происходит интенсивное взаимодействие между расплавленным металлом‚ шлаком и газами‚ что приводит к важным физико-химическим процессам‚ влияющим на качество конечного продукта.

В распаре‚ который представляет собой расширенную часть печи‚ происходит разделение расплавленного чугуна и шлака. Шлак‚ имеющий меньшую плотность‚ плавает на поверхности чугуна. В этой зоне также происходит дополнительное восстановление железа из шлака с помощью угарного газа.

В заплечиках‚ которые представляют собой боковые части печи‚ происходит окончательное очищение чугуна от включений шлака и газов. Здесь чугун проходит через зону с более высокой температурой‚ что способствует его дополнительной очистке и улучшению качества.

В распаре и заплечиках также происходят процессы растворения углерода в чугуне и формирования его химического состава. В этих зонах также происходит взаимодействие чугуна с шлаком‚ что приводит к переходу некоторых элементов из шлака в чугун и наоборот.

Процессы в распаре и заплечиках являются очень важными для качества чугуна. От их эффективности зависит содержание углерода‚ кремния‚ марганца и других элементов в чугуне.

Процессы в горне доменной печи

Горн доменной печи является самой нижней частью печи‚ где происходит накопление расплавленных продуктов плавки – чугуна и шлака. В горне протекают важные физико-химические процессы‚ определяющие качество и количество получаемого чугуна.

В горне происходит окончательное разделение чугуна и шлака. Шлак‚ имеющий меньшую плотность‚ всплывает на поверхность чугуна и образует слой шлака. В горне также происходит дальнейшее восстановление оксидов железа‚ содержащихся в шлаке‚ с помощью углерода. Это приводит к увеличению выхода чугуна и улучшению его качества.

В горне происходит процесс графитизации чугуна. Графитизация – это процесс выделения графита из расплавленного чугуна. Графит придает чугуну его характерные свойства‚ такие как высокая прочность‚ твердость и износостойкость. Количество и форма графитовых включений в чугуне зависят от состава чугуна‚ температуры и скорости охлаждения.

В горне также происходит процесс науглероживания чугуна. Науглероживание – это процесс увеличения содержания углерода в чугуне. Науглероживание происходит за счет взаимодействия чугуна с углеродом‚ содержащимся в коксе и других компонентах шихты.

Процессы‚ происходящие в горне доменной печи‚ оказывают существенное влияние на качество чугуна. От их эффективности зависят содержание углерода‚ кремния‚ марганца и других элементов в чугуне‚ а также его механические свойства.

Выпуск чугуна и шлака

Выпуск чугуна и шлака является завершающим этапом доменной плавки. Расплавленный чугун и шлак периодически выпускаются из доменной печи через специальные отверстия‚ называемые чугунной и шлаковой летками. Выпуск чугуна и шлака осуществляется в строго определенной последовательности и с соблюдением определенных технологических параметров.

Перед выпуском чугуна и шлака производится подготовка леток. Чугунная и шлаковая летки пробиваются с помощью специального инструмента‚ называемого ломом. После пробивки леток производится выпуск чугуна. Чугун выпускается через чугунную летку в чугуновозный ковш. Чугуновозный ковш представляет собой специальный сосуд‚ предназначенный для транспортировки расплавленного чугуна.

После выпуска чугуна производится выпуск шлака. Шлак выпускается через шлаковую летку в шлаковозный ковш. Шлаковозный ковш представляет собой специальный сосуд‚ предназначенный для транспортировки расплавленного шлака. Выпуск шлака производится до тех пор‚ пока в горне не останется достаточное количество шлака для защиты чугуна от окисления.

Выпуск чугуна и шлака является ответственным этапом доменной плавки‚ требующим высокой квалификации персонала и соблюдения технологических регламентов. От правильного проведения выпуска зависит качество чугуна и шлака‚ а также эффективность работы доменной печи.