Процессы, протекающие в доменной печи

Обзор процесса доменной печи

Доменная печь является основным агрегатом в сталелитейной промышленности, используемым для производства чугуна. Это вертикальное печное сооружение, в котором происходит химическое восстановление оксидов железа, содержащихся в железной руде, до металлического железа.

Основные процессы

Процессы, протекающие в доменной печи, можно разделить на следующие основные этапы:

1. Подготовка материалов

Железная руда измельчается до мелкой фракции для увеличения поверхности реакции.
Кокс, служащий восстановителем и источником тепла, также измельчается.
Известняк добавляется в качестве флюса для удаления примесей из руды и образования шлака.

2. Загрузка печи

Подготовленные материалы загружаются в доменную печь слоями, начиная с кокса, затем железной руды и известняка.

3. Нисходящее движение материалов

По мере того как материалы загружаются в печь, они опускаются вниз под действием силы тяжести.
Кокс сгорает в нижней части печи, обеспечивая тепло, необходимое для плавления руды.

4. Восстановление оксидов железа

При высоких температурах в печи кокс реагирует с оксидами железа, восстанавливая их до металлического железа.
Этот процесс происходит в несколько этапов с образованием промежуточных оксидов железа (Fe₃O₄ и FeO).

5. Образование чугуна

Восстановленное металлическое железо собирается в нижней части печи, образуя жидкий чугун.
Чугун содержит около 93-95% железа, а также примеси, такие как углерод, кремний, марганец и фосфор.

6. Образование шлака

Флюс (известняк) реагирует с примесями в руде, образуя жидкий шлак.
Шлак легче чугуна и поднимается на его поверхность.

7. Выпуск чугуна и шлака

Чугун и шлак периодически выпускаются из печи через отдельные отверстия.
Чугун перерабатывается на сталь, а шлак используется в качестве строительного материала или в других промышленных процессах.

Дополнительные процессы

Помимо основных процессов, в доменной печи также происходят следующие дополнительные процессы:

1. Распределение газа

Воздух, используемый для горения кокса, подается в нижнюю часть печи через воздуходувные сопла.
Газы, образующиеся в печи (в основном CO и CO₂), поднимаются вверх и отводятся из верхней части.

2. Охлаждение печи

Стенки доменной печи охлаждаются с помощью водяных рубашек или медных плит для предотвращения перегрева.
Охлажденная вода или медь отводят тепло от печи, предотвращая ее повреждение.

3. Сбор пыли

Пыль, образующаяся в печи, улавливается газоочистными системами, такими как электростатические осадители.
Это помогает уменьшить выбросы пыли в атмосферу.

Схемы доменной печи

Типичная доменная печь состоит из следующих секций:

1. Колошник

Верхняя часть печи, где загружаются материалы.

2. Шахта

Центральная часть печи, где происходит восстановление оксидов железа.

3. Расширение

Часть печи, расширяющаяся к основанию, где накапливаются расплавленный чугун и шлак.

4. Горн

Самая нижняя часть печи, где собираются чугун и шлак.

5. Летки

Отверстия в основании печи для выпуска чугуна и шлака.

Заключение

Доменная печь является сложным металлургическим агрегатом, в котором протекает ряд химических реакций и физических процессов. Эти процессы позволяют восстанавливать оксиды железа до металлического железа, что является основным этапом производства стали.