Восстановительные процессы в доменных печах представляют собой сложный комплекс химических реакций, в результате которых происходит восстановление оксидов железа, содержащихся в шихте, до металлического железа. Основным восстановителем в доменной печи является оксид углерода (CO), который образуется при сгорании кокса, вводимого в печь вместе с шихтой. При нагревании шихты в нижней части печи происходит разложение кокса и образование CO⁚
C + O2 → CO2 CO2 + C → 2CO
Выделяющийся CO поднимается вверх по печи, встречая на своем пути оксиды железа, и восстанавливает их до металлического железа⁚
Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 Fe3O4 + 4CO → 3Fe + 4CO2
Восстановленное железо стекает вниз по печи, собираясь в нижней части в виде жидкого чугуна.
Подготовка шихты
Подготовка шихты для доменной печи является важным этапом в процессе производства чугуна. Шихта представляет собой смесь железной руды, кокса и флюсов, которая загружается в печь для восстановления железа. Правильная подготовка шихты обеспечивает оптимальный ход печи и высокое качество получаемого чугуна.
Основным компонентом шихты является железная руда, которая содержит оксиды железа. Для доменного производства используют различные виды железных руд, в зависимости от их состава и свойств. Руды могут быть представлены в виде кусков, окатышей или концентратов.
Кокс является источником углерода и восстановителем в доменной печи. Он обеспечивает тепловую энергию, необходимую для протекания восстановительных процессов, и восстанавливает оксиды железа до металлического железа. Кокс должен обладать высокой прочностью, низкой зольностью и хорошей реакционной способностью.
Флюсы добавляются в шихту для образования шлака, который связывает пустую породу и другие примеси, содержащиеся в руде и коксе. Шлак должен иметь низкую температуру плавления и высокую жидкотекучесть, чтобы обеспечить эффективное отделение от чугуна. В качестве флюсов обычно используют известняк, доломит и плавиковый шпат.
Подготовка шихты включает в себя следующие основные операции⁚
- Дробление и сортировка руды для получения кусков требуемого размера.
- Обогащение руды для повышения содержания железа и удаления примесей.
- Агломерация мелких руд и концентратов для улучшения их прочности и восстанавливаемости.
- Коксование угля для получения кокса с необходимыми свойствами.
- Дозирование и смешивание компонентов шихты в заданных пропорциях.
Тщательная подготовка шихты обеспечивает равномерное распределение компонентов в печи, оптимальные условия для протекания восстановительных процессов и получение чугуна высокого качества.
Загрузка шихты в печь
Загрузка шихты в доменную печь является ответственным этапом, который влияет на ход плавки и качество получаемого чугуна. Шихта загружается в печь сверху через загрузочное устройство, равномерно распределяясь по всей площади печи.
Существуют различные способы загрузки шихты в доменную печь⁚
- Колошниковая загрузка ⎯ традиционный способ загрузки шихты, при котором материалы сбрасываются с помощью скиповых подъемников в верхнюю часть печи, называемую колошником.
- Конвейерная загрузка ⎯ более современный способ загрузки, при котором шихта подается в печь с помощью конвейерных лент, расположенных на разных уровнях.
- Ленточная загрузка ⎯ разновидность конвейерной загрузки, при которой шихта подается в печь на специальных лентах, движущихся по спирали.
При загрузке шихты необходимо соблюдать определенные правила⁚
- Шихта должна загружаться равномерно по всей площади печи, чтобы обеспечить равномерное распределение материалов и оптимальные условия для протекания восстановительных процессов.
- Крупные куски руды и кокса должны располагаться в центре печи, а мелкие ⎯ по периферии, что способствует лучшему прохождению газов и предотвращает зависание шихты.
- Флюсы должны загружаться в верхнюю часть печи, чтобы обеспечить образование шлака и защиту свода печи от воздействия высоких температур.
- Загрузка шихты должна осуществляться непрерывно, без перерывов, чтобы поддерживать стабильный ход печи и предотвращать образование настылей.
Правильная загрузка шихты обеспечивает оптимальное протекание восстановительных процессов, получение чугуна высокого качества и стабильную работу доменной печи.
Процессы горения и восстановления
В доменной печи протекают сложные процессы горения и восстановления, которые обеспечивают получение чугуна из железной руды.
Процесс горения происходит в нижней части печи, где вдуваемый горячий воздух сгорает в струе кокса, образуя углекислый газ (CO2). Реакция горения кокса⁚
C + O2 → CO2
Образовавшийся CO2 поднимается вверх по печи, встречая на своем пути раскаленный кокс, и восстанавливается до оксида углерода (CO)⁚
CO2 + C → 2CO
Полученный CO является основным восстановителем в доменной печи.
Процессы восстановления происходят по мере подъема CO вверх по печи. CO восстанавливает оксиды железа, содержащиеся в руде, до металлического железа. Реакции восстановления⁚
Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 Fe3O4 + 4CO → 3Fe + 4CO2
Восстановленное железо стекает вниз по печи, собираясь в нижней части в виде жидкого чугуна.
Помимо CO, в процессе восстановления также участвуют водород (H2) и твердый углерод (C). H2 образуется при взаимодействии водяного пара с раскаленным коксом, а твердый углерод восстанавливает оксиды железа непосредственно на поверхности кусков руды.
Процессы горения и восстановления в доменной печи протекают непрерывно и взаимосвязано, обеспечивая получение чугуна высокого качества.