Процессы плавки в доменной печи

Процессы плавки в доменной печи

Доменная печь – это вертикальный цилиндрический реактор, где происходит восстановление железа из железной руды при высокой температуре. В печи происходит ряд сложных физико-химических процессов, которые можно разделить на несколько этапов⁚ подготовка сырья, загрузка шихты, плавка, выпуск чугуна и шлака.

Подготовка сырья

Перед тем, как сырье попадет в доменную печь, оно проходит несколько этапов подготовки, которые имеют решающее значение для эффективности процесса плавки.

• Подготовка железной руды⁚ Железная руда, добытая в карьерах, содержит примеси, которые необходимо удалить. Сначала руду дробят и измельчают, чтобы получить однородную массу. Затем ее обогащают, используя различные методы, такие как магнитная сепарация, флотация или гравитационное обогащение. Цель – повысить содержание железа в руде и удалить пустую породу, которая не участвует в процессе плавки.
• Подготовка кокса⁚ Кокс – это твердое топливо, получаемое из каменного угля путем коксования. Он служит основным источником тепла и восстановителем в доменной печи. Каменный уголь перед коксованием подвергается тщательной подготовке, включающей дробление, сортировку и смешивание различных сортов угля.
• Подготовка флюсов⁚ Флюсы – это вещества, которые добавляют в шихту для регулирования состава шлака и его физических свойств. Флюсы должны быть в легкоплавком состоянии, чтобы обеспечить хороший отвод шлака из печи. В качестве флюсов используют известняк, доломит, кварцит, которые также подвергаются предварительной обработке – дробление, измельчение, а иногда и обжиг.

Качественная подготовка сырья – это залог успешной плавки в доменной печи. Она позволяет обеспечить стабильный процесс, высокое качество чугуна и оптимальную производительность.

Загрузка шихты в печь

После того, как сырье прошло все этапы подготовки, его загружают в доменную печь в виде шихты.

Шихта – это смесь железной руды, кокса и флюсов, которая загружается в печь через загрузочный колошник, расположенный в верхней части печи. Загрузка шихты – это сложный процесс, который требует точного соблюдения рецептуры и последовательности.

• Рецептура шихты⁚ Соотношение железной руды, кокса и флюсов в шихте зависит от качества сырья, вида и состава получаемого чугуна. Оптимальная рецептура шихты обеспечивает максимальную эффективность плавки, минимальные потери железа в шлак и получение чугуна с заданными свойствами.
• Последовательность загрузки⁚ Шихта загружается в печь слоями, чередуя руду, кокс и флюс. Такая последовательность обеспечивает равномерное распределение тепла и восстановителей по всему объему печи, а также способствует образованию газопроницаемой шихтовой массы.
• Автоматизация загрузки⁚ В современных доменных печах загрузка шихты осуществляется автоматически с помощью специальных механизмов, которые обеспечивают точность и равномерность подачи шихты.

Правильная загрузка шихты – это один из ключевых факторов, влияющих на эффективность работы доменной печи. От нее зависит скорость плавки, качество чугуна и общий расход материалов.

Процессы в доменной печи

После загрузки шихты в доменной печи начинается сложный процесс плавки, который включает в себя несколько стадий, протекающих при различных температурах и условиях.

• Подготовка шихты⁚ В верхней части печи, в зоне предпечи, происходит предварительный нагрев шихты и удаление влаги. Затем шихта попадает в зону коксового горения, где температура достигает 1000-1200°C. В этой зоне кокс сгорает, выделяя восстановительные газы (CO и H₂), которые поднимаются вверх по печи.
• Восстановление железа⁚ В зоне восстановления, расположенной ниже зоны коксового горения, происходит процесс восстановления железа из железной руды. Восстановительные газы, поднимающиеся вверх, взаимодействуют с оксидами железа в руде, переводя их в металлическое железо. Этот процесс происходит при температуре 900-1000°C.
• Плавка железа⁚ В зоне плавки, расположенной в нижней части печи, температура достигает 1500-1600°C. В этой зоне происходит плавление железа и других компонентов шихты. Расплавленное железо собирается в нижней части печи, образуя чугун.
• Образование шлака⁚ Флюсы, добавленные в шихту, взаимодействуют с пустой породой руды, образуя расплавленный шлак. Шлак легче чугуна и собирается на его поверхности.
• Выпуск чугуна и шлака⁚ Чугун и шлак выводятся из печи через специальные отверстия, называемые летки. Чугун поступает на дальнейшую обработку, а шлак может использоваться в других отраслях промышленности.

Все эти процессы протекают одновременно и взаимосвязаны. Эффективность плавки зависит от правильной организации всех стадий, а также от качества сырья, рецептуры шихты и условий работы печи.

Выпуск чугуна и шлака

После завершения процесса плавки в доменной печи происходит выпуск расплавленного чугуна и шлака. Этот процесс требует особой точности и координации действий, чтобы обеспечить безопасность и эффективность работы.

• Выпуск чугуна⁚ Чугун, собравшийся в нижней части печи, выводиться через специальное отверстие, называемое чугунным летком. Перед выпуском чугуна леток тщательно очищается от шлака и других примесей. Выпуск чугуна осуществляется в специальные чугунные ковши, которые затем транспортируются к месту дальнейшей обработки.
• Выпуск шлака⁚ Шлак, находящийся на поверхности расплавленного чугуна, выводится через шлак-выпускное отверстие, расположенное выше чугунного летка. Шлак также собирается в специальные ковши, которые затем транспортируются к месту дальнейшей обработки или утилизации.
• Контроль качества⁚ Во время выпуска чугуна и шлака осуществляется строгий контроль их качества. Проверяются химический состав, температура, вязкость, а также наличие примесей.
• Автоматизация процесса⁚ Современные доменные печи оснащены автоматизированными системами управления, которые позволяют регулировать скорость выпуска чугуна и шлака, а также контролировать качество продукции.

Процесс выпуска чугуна и шлака является завершающим этапом плавки в доменной печи. После завершения выпуска печь снова загружается шихтой и цикл плавки повторяется.