доменного процесса выплавки чугуна

I. Общие сведения

Доменный процесс выплавки чугуна — это сложный технологический процесс, в ходе которого из железной руды получают чугун.

Основными компонентами железной руды являются оксиды железа, а чугун представляет собой сплав железа с углеродом (от 2,14 до 6,67%).

Доменный процесс является одним из самых древних способов получения железа и чугуна. Первые доменные печи появились еще в IV веке до н. э. в Китае.

II. Подготовка сырья

Подготовка сырья для доменного процесса выплавки чугуна включает в себя несколько этапов⁚

1. Дробление и сортировка железной руды. Железная руда, поступающая на металлургический завод, обычно имеет крупные размеры, поэтому ее необходимо измельчить до более мелких фракций. Дробление руды осуществляется в специальных дробильных установках, которые могут быть щековыми, конусными или валковыми. После дробления руду сортируют по размеру частиц с помощью грохотов или сит.
2. Обогащение железной руды. Целью обогащения является повышение содержания железа в руде и удаление вредных примесей. Существует несколько методов обогащения руды, наиболее распространенными из которых являются⁚
   • Магнитная сепарация, разделение руды на фракции по магнитным свойствам. Магнитные фракции содержат больше железа, а немагнитные — больше примесей.
   • Флотация — разделение руды на фракции по смачиваемости. Гидрофобные частицы (содержащие больше железа) прилипают к пузырькам воздуха и всплывают на поверхность, образуя пену. Пену снимают и направляют на дальнейшую переработку.
   • Гравитационное обогащение — разделение руды на фракции по плотности. Более тяжелые частицы (содержащие больше железа) оседают на дно, а более легкие — всплывают на поверхность.
3. Агломерация и окатывание руды. Агломерация — это процесс спекания мелких частиц руды в более крупные куски, называемые агломератом. Окатывание, это процесс формирования из мелких частиц руды окатышей, округлых гранул диаметром 10-25 мм. Агломерация и окатывание позволяют улучшить физико-механические свойства руды, что облегчает ее загрузку в доменную печь и повышает эффективность плавки.
4. Подбор и подготовка флюсов. Флюсы — это вещества, которые добавляются в доменную печь для удаления вредных примесей из руды и шлакообразования. В качестве флюсов обычно используют известняк, доломит или плавиковый шпат. Флюсы должны быть тщательно подобраны по составу и количеству, чтобы обеспечить оптимальные условия плавки.
5. Коксование углей. Кокс, это твердое топливо, которое используется в доменной печи для восстановления железа из руды и обеспечения тепловой энергии процесса. Кокс получают путем термической обработки (коксования) коксующихся углей в специальных печах — коксовых батареях.

Тщательная подготовка сырья является важным условием для обеспечения стабильной и эффективной работы доменной печи и получения высококачественного чугуна.

III. Доменная печь

Доменная печь, это основное агрегат доменного производства, в котором происходит процесс выплавки чугуна из железной руды. Доменные печи представляют собой вертикальные цилиндрические сооружения высотой до 100 м и диаметром до 15 м, футерованные изнутри огнеупорными материалами.

Доменная печь состоит из следующих основных частей⁚

1. Колошник — верхняя часть печи, через которую загружаются шихтовые материалы (железная руда, кокс, флюсы).
2. Шахта, цилиндрическая часть печи, в которой происходит процесс восстановления железа из руды и образование чугуна и шлака.
3. Распар, расширяющаяся книзу часть печи, в которой происходит интенсивное плавление чугуна и шлака.
4. Горн — нижняя часть печи, в которой накапливаются расплавленные чугун и шлак.
5. Лещадь — огнеупорное основание горна, на котором скапливается чугун.
6. Фурмы, отверстия в стенках распара, через которые в печь подается горячий воздух, необходимый для горения кокса и восстановления железа.
7. Летки — отверстия в горне, через которые выпускаются чугун и шлак.

Доменная печь работает непрерывно в течение нескольких лет, пока не потребуется капитальный ремонт. В процессе работы печь загружается шихтовыми материалами сверху, а снизу через фурмы подается горячий воздух. Шихтовые материалы постепенно опускаются вниз по печи, проходя зоны восстановления, плавления и накопления расплавов.

В доменной печи происходят сложные физико-химические процессы, в результате которых из железной руды восстанавливается железо и образуются чугун и шлак. Чугун и шлак скапливаются в горне и периодически выпускаются через соответствующие лет

IV. Процесс плавки

Процесс плавки в доменной печи происходит непрерывно и включает в себя несколько основных стадий⁚

1. Загрузка шихтовых материалов. Железная руда, кокс и флюсы загружаются в доменную печь через колошник. Шихтовые материалы равномерно распределяются по площади колошника и постепенно опускаются вниз по печи.
2. Восстановление железа. В шахте печи происходит процесс восстановления железа из руды. Железная руда в основном представлена оксидами железа (Fe₂O₃ и Fe₃O₄). При взаимодействии с горячим воздухом, подаваемым через фурмы, оксиды железа восстанавливаются до металлического железа. Основным восстановителем является оксид углерода (CO), который образуется при сгорании кокса.
3. Образование чугуна. Восстановленное железо соединяется с углеродом, образуя чугун. Содержание углерода в чугуне может варьироваться от 2,14 до 6,67%. Помимо железа и углерода, в состав чугуна входят также кремний, марганец, сера и фосфор.
4. Образование шлака. В процессе плавки в доменной печи образуется шлак. Шлак представляет собой смесь оксидов, которые образуются в результате взаимодействия пустой породы руды (SiO₂, Al₂O₃ и др.) с флюсами (известняком, доломитом и др.). Шлак выполняет важную роль в процессе плавки, так как он защищает металл от окисления и поглощает вредные примеси.
5. Накопление чугуна и шлака. Расплавленные чугун и шлак стекают вниз по печи и накапливаются в горне. Чугун, имея большую плотность, скапливается на дне горна, а шлак, имея меньшую плотность, располагается поверх чугуна.
6. Выпуск чугуна и шлака. Периодически через соответствующие лет выпускаются чугун и шлак. Чугун сливается в чугуновозные ковши и транспортируется к сталеплавильным цехам, а шлак используется в различных отраслях промышленности, например, в строительстве и производстве цемента.

Процесс плавки в доменной печи является сложным и энергоемким. Для обеспечения бесперебойной работы печи требуется тщательный контроль за всеми технологическими параметрами и соблюдение правил техники безопасности.