Процесс плавки чугуна в доменной печи

Обзор доменной печи

Доменная печь ー это сложное металлургическое сооружение, предназначенное для получения чугуна из железной руды. Она представляет собой вертикальную шахту, которая футерована огнеупорным кирпичом и заполняется шихтой, состоящей из железной руды, кокса и флюсов. В нижней части печи располагаются воздухонагреватели, которые подают в печь горячий воздух. Под действием горячего воздуха кокс сгорает, выделяя тепло и восстанавливая оксиды железа до металлического железа.

Подготовка сырья

Перед загрузкой в доменную печь сырье проходит тщательную подготовку.

Железная руда

Железная руда, используемая в доменном процессе, обычно содержит от 30 до 60% железа в виде оксидов. Для улучшения восстановимости руды ее измельчают и обогащают, удаляя пустую породу. Обогащение руды может осуществляться различными методами, такими как гравитационное обогащение, магнитная сепарация и флотация.

Кокс

Кокс ー это твердое топливо, получаемое из коксующихся углей путем их нагревания в специальных печах без доступа воздуха. Кокс используется в доменной печи как источник тепла и восстановитель оксидов железа. Для обеспечения высокой реакционной способности кокса его измельчают до определенного размера и сортируют по фракциям.

Флюсы

Флюсы ⏤ это материалы, которые добавляются в шихту для удаления вредных примесей из чугуна и шлака. Наиболее распространенным флюсом является известняк, который разлагается в печи с образованием оксида кальция. Оксид кальция связывает кремнезем и другие кислые примеси, образуя шлак.

Подготовка шихты

Подготовленное сырье смешивается в определенных пропорциях для получения шихты. Состав шихты зависит от состава руды, кокса и флюсов, а также от желаемого состава чугуна. Шихта загружается в доменную печь через верхнюю часть печи.
Тщательная подготовка сырья имеет важное значение для обеспечения стабильной и эффективной работы доменной печи. Подготовленное сырье должно соответствовать определенным требованиям по химическому составу, размеру и качеству, чтобы обеспечить оптимальные условия для плавки чугуна.

Процесс плавки

Процесс плавки в доменной печи представляет собой сложную последовательность химических реакций, приводящих к восстановлению оксидов железа до металлического железа и образованию чугуна.

Зоны доменной печи

Доменная печь разделена на несколько зон по высоте⁚

• Зона горения⁚ В этой зоне происходит горение кокса, подаваемого через фурмы в нижнюю часть печи. Воздух, необходимый для горения, предварительно нагревается в воздухонагревателях.
• Зона восстановления⁚ В этой зоне оксиды железа восстанавливаются до металлического железа под действием оксида углерода (CO), образующегося при сгорании кокса.
• Зона шлакообразования⁚ В этой зоне происходит образование шлака за счет взаимодействия флюсов с пустой породой руды и другими примесями. Шлак всплывает на поверхность расплавленного чугуна.
• Зона расплавления⁚ В этой зоне происходит расплавление чугуна и шлака. Расплавленный чугун собирается в нижней части печи, а шлак всплывает на поверхность.

Химические реакции

Основными химическими реакциями, происходящими в доменной печи, являются⁚

• Горение кокса⁚ C + O₂ → CO₂ + тепло
• Восстановление оксидов железа⁚ Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂
• Образование шлака⁚ CaCO₃ → CaO + CO₂

Управление процессом плавки

Процесс плавки в доменной печи контролируется с помощью различных параметров, таких как температура печи, состав шихты, расход воздуха и топлива. Оптимальное управление этими параметрами позволяет обеспечить стабильную и эффективную работу печи, а также получить чугун требуемого состава и качества.

Выпуск чугуна и шлака

Выпуск чугуна и шлака из доменной печи является важным этапом металлургического процесса. Правильная организация выпуска позволяет обеспечить стабильную работу печи и получение чугуна требуемого состава и качества.

Выпуск чугуна

Выпуск чугуна производится через чугунную летку, расположенную в нижней части печи. Летка периодически открывается, и расплавленный чугун вытекает в желоб, по которому он направляется в миксер или разливочный ковш. Частота выпуска чугуна зависит от производительности печи и составляет обычно 4-6 часов.

Выпуск шлака

Шлак выпускается через шлаковую летку, расположенную выше чугунной летки. Шлак всплывает на поверхность расплавленного чугуна и периодически выпускается через шлаковую летку. Выпуск шлака производится чаще, чем выпуск чугуна, обычно каждые 2-3 часа.

Состав чугуна и шлака

Состав чугуна и шлака зависит от состава шихты, режима работы печи и других факторов. Чугун, получаемый из доменной печи, содержит 3,5-4,5% углерода, а также примеси кремния, марганца, серы и фосфора. Шлак представляет собой смесь оксидов кальция, магния, алюминия и кремния.

Использование чугуна и шлака

Выпущенный из доменной печи чугун используется в качестве сырья для производства стали. Шлак используется в различных отраслях промышленности, например, в качестве строительного материала или в производстве цемента.

Управление выпуском чугуна и шлака

Процесс выпуска чугуна и шлака контролируеться с помощью различных параметров, таких как температура расплава, состав шлака и давление в печи. Оптимальное управление этими параметрами позволяет обеспечить стабильный и эффективный выпуск чугуна и шлака, а также получение продуктов требуемого состава и качества.

Эксплуатация доменной печи

Эксплуатация доменной печи является сложным и ответственным процессом, требующим высокой квалификации персонала и тщательного соблюдения технологических режимов. Основными задачами эксплуатации доменной печи являются⁚

• Обеспечение стабильной и эффективной работы печи
• Получение чугуна требуемого состава и качества
• Минимизация затрат на производство чугуна

Подготовка к эксплуатации

Перед началом эксплуатации доменная печь должна быть тщательно подготовлена. Это включает в себя⁚

• Ремонт и футеровку печи
• Прогрев печи
• Загрузку шихты и кокса

Ведение процесса плавки

Процесс плавки в доменной печи ведется непрерывно. Основными этапами процесса являются⁚

• Загрузка шихты и кокса в печь
• Подача горячего воздуха в печь
• Сгорание кокса и восстановление оксидов железа
• Образование чугуна и шлака
• Выпуск чугуна и шлака

Контроль и регулирование процесса

Процесс плавки в доменной печи контролируется и регулируется с помощью различных параметров, таких как⁚

• Температура расплава
• Состав шлака
• Давление в печи
• Расход воздуха и топлива

Оптимальное управление этими параметрами позволяет обеспечить стабильную и эффективную работу печи, а также получение чугуна требуемого состава и качества.

Ремонт и обслуживание

Доменная печь является сложным и дорогостоящим оборудованием, требующим регулярного ремонта и обслуживания. Основными видами ремонта доменных печей являются⁚

• Капитальный ремонт
• Текущий ремонт
• Аварийный ремонт

Своевременное проведение ремонта и обслуживания позволяет продлить срок службы печи и обеспечить ее безопасную и эффективную эксплуатацию.