схема процесса в доменной печи

Доменная печь ⎼ это огромный вертикальный цилиндр, где происходит непрерывный процесс выплавки чугуна из железной руды. В печи создаются определенные условия для химических реакций, которые приводят к получению жидкого чугуна и шлака. Вся работа печи основана на последовательной загрузке сырья, плавке и выведении продуктов.

Подготовка сырья

Прежде чем сырье попадет в доменную печь, оно проходит ряд этапов подготовки, которые имеют решающее значение для эффективности процесса плавки.

• Подготовка железной руды⁚ Железная руда, добываемая из недр земли, содержит примеси, которые мешают процессу плавки и снижают качество конечного продукта. Поэтому перед загрузкой в печь руду подвергают обогащению. Это комплекс операций, направленный на повышение содержания железа в руде и удаление вредных примесей. Процесс обогащения может включать дробление, измельчение, магнитную сепарацию, флотацию и другие методы. В результате получают концентрат железной руды, который содержит значительно больше железа, чем исходная руда.
• Подготовка кокса⁚ Кокс — это твердый пористый материал, получаемый из каменного угля путем коксования. Он служит топливом в доменной печи, обеспечивая необходимую температуру для плавки руды. Кокс также является восстановителем, который отбирает кислород от железной руды, превращая ее в железо. Перед загрузкой в печь кокс подвергают сортировке по размеру, чтобы обеспечить равномерное распределение воздуха и горения. Качество кокса, его прочность и химический состав, оказывают существенное влияние на эффективность работы печи.
• Подготовка флюса⁚ Флюс ⎼ это минеральное вещество, которое добавляют в доменную печь для снижения температуры плавления шлака. Шлак, это побочный продукт плавки, который образуется из примесей, содержащихся в руде. Флюс взаимодействует с примесями, образуя легкоплавкий шлак, который легко удаляется из печи. В качестве флюса используют известняк, доломит или другие минералы, в зависимости от состава руды и требований к качеству чугуна.
• Подготовка других материалов⁚ В некоторых случаях в доменную печь могут добавлять другие материалы, например, металлический лом, который помогает снизить расход кокса и улучшить качество чугуна. Также могут добавлять специальные добавки, которые улучшают свойства чугуна или шлака.

Правильная подготовка сырья ⎼ это залог успешной работы доменной печи. Качество и состав сырья, а также его подготовка, оказывают существенное влияние на выход и качество чугуна, а также на расход топлива и флюса. Поэтому эта стадия технологического процесса является не менее важной, чем сама плавка.

Загрузка сырья в печь

После того, как сырье прошло тщательную подготовку, наступает этап загрузки в доменную печь. Этот процесс требует особой точности и координации действий, чтобы обеспечить стабильную работу печи и оптимальные условия для плавки.

• Загрузка через колошник⁚ Сырье загружается в печь через специальное отверстие, расположенное в верхней части печи, называемое колошником. Это отверстие закрывается колошником, который служит для регулирования подачи сырья и предотвращения утечки газа из печи. Загрузка сырья осуществляется с помощью специальных механизмов, которые доставляют его к колошнику и загружают в печь.
• Порядок загрузки⁚ Сырье загружается в печь не хаотично, а в строго определенной последовательности, называемой «шахтной загрузкой». Сначала загружается слой кокса, затем слой железной руды, а затем слой флюса. Такая последовательность обеспечивает равномерное распределение тепла в печи и оптимальные условия для химических реакций. Этот порядок загрузки позволяет создать в печи шахтную структуру, где кокс обеспечивает прочность и устойчивость, а руда и флюс располагаются в определенных зонах для эффективной плавки.
• Регулировка загрузки⁚ Количество и состав сырья, загружаемого в печь, постоянно контролируются и регулируются в зависимости от потребностей процесса плавки. Это позволяет оптимизировать процесс плавки, снизить расход топлива и флюса, а также повысить качество чугуна. Опытные металлурги, контролируя процесс загрузки, могут вносить коррективы в состав сырья и его подачу, чтобы обеспечить стабильную работу печи и получить желаемый результат.
• Автоматизация загрузки⁚ В современных доменных печах загрузка сырья осуществляется с помощью автоматизированных систем, которые повышают точность и скорость процесса. Эти системы позволяют контролировать и регулировать подачу сырья, оптимизировать его распределение в печи, а также минимизировать потери и снизить затраты.

Правильная загрузка сырья в печь является ключевым фактором для успешной плавки. Она обеспечивает оптимальные условия для химических реакций, влияет на качество чугуна и расход материалов, а также обеспечивает стабильную работу печи.

Процесс плавки

После загрузки сырья в печь начинается процесс плавки, представляющий собой сложный комплекс физических и химических процессов, протекающих при высоких температурах. В печи создаются условия для восстановления железа из руды, плавления и разделения продуктов плавки.

• Горячий воздух⁚ В нижнюю часть печи подается горячий воздух, который вдувается через фурмы, расположенные в нижней части печи. Этот воздух, обогащенный кислородом, является окислителем, который поддерживает горение кокса и обеспечивает высокую температуру в печи. Горячий воздух, проходя через слой кокса, воспламеняется, и в печи образуются восстановительные газы, которые взаимодействуют с железной рудой, восстанавливая железо.
• Восстановление железа⁚ В процессе плавки, железная руда, нагреваясь до высоких температур, взаимодействует с восстановительными газами, образующимися при горении кокса. Железо в руде восстанавливается, то есть отделяется от кислорода, и превращается в жидкое железо. Этот процесс протекает в несколько стадий, и в результате образуется жидкое железо, которое стекает вниз по печи.
• Образующийся шлак⁚ Вместе с железом, в печи образуется шлак, который представляет собой расплавленный флюс и примеси, содержащиеся в руде. Шлак является побочным продуктом плавки и отделяется от жидкого железа благодаря разнице в плотности. Шлак, будучи легче железа, всплывает на поверхность и собираеться в верхней части печи.
• Температура плавления⁚ Температура в печи достигает очень высоких значений, необходимых для плавления железа и образования шлака. Температура в разных зонах печи различна, и достигает максимальных значений в районе фурм. В верхней части печи температура ниже, и там происходит процесс восстановления железа.
• Химические реакции⁚ В печи протекают сложные химические реакции, в которых участвуют кокс, железная руда, флюс, воздух и продукты их взаимодействия. В результате этих реакций образуются жидкое железо, шлак, а также газообразные продукты, которые отводятся из печи.

Процесс плавки в доменной печи является сложным и непрерывным процессом, требующим точного контроля температуры, подачи сырья и других параметров. Опытные металлурги следят за процессом плавки, контролируя его параметры и внося коррективы для получения качественного чугуна.

Выведение чугуна и шлака

После завершения процесса плавки, жидкий чугун и шлак, образовавшиеся в печи, необходимо вывести из нее. Этот процесс осуществляется через специальные отверстия, расположенные в нижней части печи, и называется спуском.

• Чугунная лейка⁚ Для выведения жидкого чугуна в нижней части печи имеется специальное отверстие, которое называется чугунной лейкой. Лейка представляет собой канал, закрытый заглушкой, которая открывается для спуска чугуна. Чугун, будучи более тяжелым, скапливается в нижней части печи, и при открытии лейки он вытекает в специально подготовленные емкости, называемые ковшами.
• Шлаковая лейка⁚ Для выведения шлака в нижней части печи предусмотрено другое отверстие, называемое шлаковой лейкой; Шлаковая лейка также закрывается заглушкой, которая открывается для спуска шлака. Шлак, будучи легче чугуна, скапливается на поверхности расплавленного металла, и при открытии лейки он вытекает в отдельные емкости.
• Спуск чугуна⁚ Спуск чугуна осуществляется периодически, по мере его накопления в печи. Процесс спуска чугуна требует точности и координации действий, чтобы избежать переполнения печи и нежелательных ситуаций. Спуск чугуна контролируется опытными металлургами, которые следят за уровнем металла в печи и регулируют процесс спуска.
• Спуск шлака⁚ Спуск шлака также осуществляется периодически, по мере его накопления в печи. Шлак выводится из печи в специальные емкости, где он охлаждается и затвердевает. Затвердевший шлак может использоваться в различных отраслях промышленности, например, в строительстве или дорожном строительстве.
• Контроль процесса⁚ Спуск чугуна и шлака является важным этапом процесса выплавки, который требует точного контроля и координации действий. Металлурги следят за процессом спуска, регулируют его параметры и обеспечивают безопасное и эффективное выведение продуктов плавки.

Выведение чугуна и шлака из доменной печи является заключительным этапом процесса выплавки, который завершает цикл производства чугуна. Полученный чугун может быть использован для дальнейшей переработки в сталь или другие металлопродукты.