Содержание
Схема процесса в доменной печи
Доменная печь ‒ это огромный вертикальный цилиндрический реактор, в котором происходит непрерывный процесс выплавки чугуна из железных руд. Схема процесса в доменной печи включает в себя несколько этапов, которые последовательно протекают в печи, начиная с загрузки материалов и заканчивая выпуском готового чугуна и шлака.
Подготовка материалов
Перед тем, как начать процесс выплавки чугуна, необходимо подготовить все необходимые материалы. К ним относятся⁚
- Железная руда ‒ основной компонент, из которого получают чугун. Она содержит оксиды железа, а также примеси, такие как кремнезем, глинозем, известняк и др. Железную руду перед загрузкой в печь подвергают дроблению и обогащению, чтобы увеличить содержание железа и снизить количество примесей.
- Кокс ⎯ твердое топливо, которое используется для получения тепла, необходимого для плавления руды и восстановления железа. Кокс получают из каменного угля путем его коксования ‒ процесса нагревания без доступа воздуха. Кокс должен обладать высокой прочностью, чтобы не разрушаться под воздействием высоких температур и давления в печи.
- Флюс ‒ вещество, которое добавляется к шихте для снижения температуры плавления шлака и улучшения его свойств. В качестве флюса чаще всего используют известняк, который при взаимодействии с кремнеземом образует легкоплавкий шлак.
- Воздух ⎯ необходим для горения кокса и получения высокой температуры в печи. Воздух подается в нижнюю часть печи через фурмы.
Все эти материалы должны быть тщательно подготовлены и смешаны в определенных пропорциях, чтобы обеспечить оптимальный процесс плавки.
Загрузка материалов в печь
После подготовки материалов, их загружают в доменную печь. Загрузка осуществляется сверху, через загрузочный колошник, который представляет собой герметично закрывающееся отверстие в верхней части печи.
В печь загружают шихту ⎯ смесь железной руды, кокса и флюса. Загрузка шихты происходит непрерывно, чтобы обеспечить стабильный процесс плавки.
Для равномерного распределения шихты по всему сечению печи используется специальное устройство ⎯ колошниковый механизм. Он представляет собой вращающийся барабан, который постепенно подает шихту в печь.
Загрузка шихты ‒ это важный этап процесса, который должен быть тщательно контролирован. От правильности загрузки зависит эффективность процесса плавки и качество получаемого чугуна.
Важно также обеспечить правильное соотношение материалов в шихте, чтобы получить оптимальный состав шлака и обеспечить эффективное восстановление железа.
Помимо шихты, в печь также загружают специальные материалы, например, известняк, который используется для нейтрализации кислотных примесей в руде, и чугун, который используется для регулирования температуры и состава расплавленного металла.
Процесс плавки
После загрузки материалов в доменную печь начинается процесс плавки. В печи создаются условия для восстановления железа из руды и плавления полученного чугуна.
Процесс плавки начинается с горения кокса, который служит топливом и восстановителем. При горении кокса выделяется тепло, которое нагревает шихту, и образуется углеродный оксид (CO), который является восстановителем.
Углеродный оксид взаимодействует с оксидами железа в руде, восстанавливая их до металлического железа. Процесс восстановления происходит в несколько стадий, при разных температурах.
В верхней части печи, где температура невысокая, происходит восстановление оксидов железа до FeO.
В средней части печи, где температура повышается, FeO восстанавливается до Fe.
В нижней части печи, где температура достигает 1500-1600°C, происходит плавление железа и образование чугуна.
В процессе плавки образуется также шлак ‒ расплавленная смесь оксидов, которая удаляется из печи вместе с чугуном.
Процесс плавки является сложным и непрерывным, он требует постоянного контроля и регулирования.
Выпуск чугуна и шлака
После завершения процесса плавки, расплавленный чугун и шлак собираются в нижней части доменной печи, в так называемом «горне». Из горна чугун и шлак выводятся через специальные отверстия, называемые «чугунопроводом» и «шлакопроводом», соответственно.
Чугун, являясь основным продуктом доменной печи, выпускается периодически, по мере его накопления в горне. Он направляется в чугуновозные ковши, а затем используется для производства стали, чугунного литья и других изделий.
Шлак, являющийся побочным продуктом, также выводится из печи периодически. Шлак, как правило, имеет температуру около 1400-1500°C. Он направляется в шлаковозные ковши, а затем используется в строительстве, для производства цемента, в качестве удобрения в сельском хозяйстве или для других целей.
Процесс выпуска чугуна и шлака требует высокой точности и координации действий, так как от этого зависит качество продукции и безопасность работы. Специальные системы контроля и управления обеспечивают точный контроль над процессом выпуска и направлением потоков.