Основные физико-химические процессы доменной плавки

Доменная плавка представляет собой сложный технологический процесс, включающий ряд физико-химических реакций и явлений. Основные процессы, происходящие в доменной печи, включают в себя⁚

*

• Подготовка шихтовых материалов
• Загрузка шихты в доменную печь
• Восстановление руды
• Образование шлака
• Получение чугуна

Подготовка шихтовых материалов

Подготовка шихтовых материалов является важным этапом доменной плавки, обеспечивающим оптимальные условия для протекания физико-химических процессов в печи. Основными шихтовыми материалами являются⁚

• Железная руда⁚ Содержит оксиды железа (Fe₂O₃, Fe₃O₄), которые восстанавливаются до металлического железа.
• Кокс⁚ Обеспечивает тепло и восстановитель (углерод), необходимый для восстановления руды.
• Флюсы (известняк, доломит)⁚ Образуют шлак, который удаляет примеси из чугуна и защищает печь от коррозии.

Подготовка шихтовых материалов включает следующие операции⁚

• Дробление и сортировка руды⁚ Уменьшение размера кусков руды для увеличения поверхности контакта с восстановителем.
• Агломерация руды⁚ Спекание мелких частиц руды в более крупные куски (агломерат) для повышения прочности и улучшения газопроницаемости.
• Коксование угля⁚ Нагревание угля в отсутствие воздуха для получения кокса с высокой механической прочностью и низким содержанием примесей.
• Дозирование и смешивание шихтовых материалов⁚ Точное измерение и смешивание шихтовых материалов в соответствии с заданной пропорцией для обеспечения стабильного хода печи.

Тщательная подготовка шихтовых материалов способствует эффективному протеканию доменного процесса, снижению расхода кокса и улучшению качества чугуна.

Загрузка шихты в доменную печь

Загрузка шихты в доменную печь является ответственным этапом, обеспечивающим равномерное распределение материалов и создание оптимальных условий для протекания физико-химических процессов. Загрузка осуществляется через загрузочное устройство в верхней части печи.

Процесс загрузки включает следующие этапы⁚

• Подача шихтовых материалов⁚ Шихтовые материалы (руда, кокс, флюсы) подаются в загрузочное устройство с помощью конвейерных лент или скиповых подъемников.
• Распределение шихты⁚ Загрузочное устройство распределяет шихтовые материалы по периферии печи, образуя конус с центральным каналом (колошником).
• Уплотнение шихты⁚ Специальные механизмы (колошниковые аппараты) уплотняют шихту, обеспечивая равномерное распределение газового потока и предотвращая образование пустот.

Правильная загрузка шихты имеет большое значение для эффективной работы доменной печи. Равномерное распределение материалов способствует равномерному прогреву и восстановлению руды, снижает образование отложений и обеспечивает стабильный ход печи.

Для оптимизации процесса загрузки используются различные технологии, такие как⁚

• Использование колошниковых аппаратов с регулируемым ходом⁚ Позволяет изменять степень уплотнения шихты в зависимости от ее состава и состояния печи.
• Применение систем автоматического управления загрузкой⁚ Обеспечивает точное дозирование и распределение шихтовых материалов.
• Использование шихтовых материалов с улучшенными свойствами⁚ Например, использование окатышей руды вместо агломерата улучшает газопроницаемость шихты и снижает образование отложений.

Оптимизация процесса загрузки шихты способствует повышению производительности доменной печи, снижению расхода кокса и улучшению качества чугуна.

Восстановление руды

Восстановление руды является центральным процессом доменной плавки, в ходе которого происходит превращение оксидов железа в металлическое железо. Процесс восстановления протекает в восстановительной атмосфере печи и включает несколько стадий⁚

1. Непрямое восстановление⁚ Оксиды железа восстанавливаются оксидом углерода (CO), образующимся при сгорании кокса. Реакция протекает в верхней части печи при температуре около 500-700 °C.
2. Прямое восстановление⁚ Оксиды железа восстанавливаются непосредственно углеродом кокса. Реакция протекает в нижней части печи при температуре выше 1000 °C.
3. Карбюризация железа⁚ Восстановленное железо взаимодействует с углеродом кокса, образуя карбид железа (Fe₃C). Реакция протекает в нижней части печи при температуре выше 1150 °C.

Восстановление руды является сложным процессом, зависящим от многих факторов, таких как⁚

• Состав и свойства руды⁚ Содержание железа, тип оксидов железа, наличие примесей.
• Свойства кокса⁚ Зольность, реакционная способность.
• Температура и состав газовой среды⁚ Концентрация CO, CO₂, H₂, O₂.

Оптимизация процесса восстановления руды имеет большое значение для эффективной работы доменной печи. Она позволяет повысить степень восстановления железа, снизить расход кокса и улучшить качество чугуна.

Для оптимизации процесса восстановления используются различные технологии, такие как⁚

• Использование руд с высокой восстановимостью⁚ Например, использование окатышей руды вместо агломерата улучшает восстановимость и снижает расход кокса.
• Применение кокса с высокой реакционной способностью⁚ Кокс с высокой реакционной способностью способствует более быстрому и полному восстановлению руды.
• Использование инжектируемых восстановителей⁚ Вдувание природного газа, мазута или других восстановителей в нижнюю часть печи дополнительно усиливает процесс восстановления.

Оптимизация процесса восстановления руды способствует повышению производительности доменной печи, снижению расхода кокса и улучшению качества чугуна.