Доменна піч і її використання при виробництві чавуну

Доменна піч призначена для виплавки чавуну.

Суть цього процесу полягає в тому, що в печі відбувається відновлення оксидів заліза, які знаходяться в початковому матеріалі - руді, продуктами згоряння палива - воднем, оксидом вуглецю та твердим вуглецем. Пристрій доменної печі шахтного типу не відрізняється великою складністю. Вона складається з декількох деталей.

конструкція печі

Верхня частина доменної печі називається колошником. Він обладнаний газовідводом, службовцями для видалення колошникового газу. Сюди за допомогою спеціального засипного апарату завантажується сировина.

Під колошником розташовується шахта, що має вигляд усіченого конуса, що розширюється донизу. Така форма дозволяє спростити процес надходження в неї сировини з колошника. У шахті спеціальним чином готується вихідна сировина з оксидів руди відновлюється залізо.

Найширша частина доменної печі носить назву распар. Тут плавиться порожня порода флюсу і руди, за рахунок чого з них виходить шлак.

Наступна частина печі являє собою усічений конус, що розширюється догори. Називається вона заплечики. У цьому відділенні конструкції закінчується шлакообразованіе, залишаючи в ньому деяку кількість флюсу і твердого палива.

Горіння надійшов зверху палива відбувається в горні. Він також служить для накопичення чавуну і шлаку, які знаходяться в рідкому стані.

Щоб відбувалося спалювання палива, необхідний гаряче повітря. Він надходить в піч від воздухонагревателей допомогою кільцевого воздуховода, проходячи через фурми. Дно горна, що носить найменування Лещадь, розташовується на масивному фундаменті із залізобетону. Тут відбувається накопичення шлаків і чавуну. Після закінчення процесу плавки чавун і шлак випускаються за спеціальними жолобах через льотки, призначені для цього, в ковші.

Принцип роботи доменної печі

Конструкція доменної печі влаштована таким чином, що шихта потрапляє в чашу через засипні пристрій, виконаного у вигляді невеликого конуса, розташованого вгорі. Далі з чаші, потрапляючи на великий конус при його опусканні, шихта надходить в піч. Така система не дозволяє газу з доменної печі проникати в навколишнє середовище. Після завантаження малий конус і воронка для прийому сировини повертаються на кут, кратний 60 градусам. Це необхідно для того, щоб шихта розподілялася рівномірно.

Металургійна піч продовжує працювати, шихта розплавляється і спускається далі вниз, звільняючи місце для нових порцій сировини. Корисний обєм домни повинен бути завжди повністю заповнений. Сучасна доменна піч може мати корисний обєм від 2000 до 50000 м . Її висота може досягати 35 м, що майже втричі більше її діаметра. Така конструкція придумана не випадково: принцип роботи доменної печі заснований на русі матеріалів і газів назустріч один одному, що дозволяє збільшувати використання тепла до 85%.

Горн і Лещадь виконуються з цегли, що має в своєму складі велику кількість глинозему або з вуглецевих блоків. Вони розташовані всередині сталевого кожуха і постійно в процесі роботи охолоджуються водою, що надходить по двом водопровідних систем з холодильників особливої конструкції. Причому коли перша система працює, друга в цей час знаходиться в резерві. Заплечики, шахта і распар виготовляються з шамотної цегли.

Колошник оброблений плитами зі сталі, порожнини всередині яких повністю заповнені шамотом, а купол печі - плитами з чавуну.

Додаткові елементи доменної печі

В процесі роботи потрібні допоміжні пристрої і механізми, що забезпечують якісну плавку чавуну. Необхідними є пристрої для підйому і завантаження вихідної сировини в піч.

Доменна піч вимагає постійного обслуговування, особливо при випуску шлаку і чавуну. Для цього пристосовані ливарні двори, які обладнані мостовими кранами. Нагрівання повітря для роботи печі, висока температура плавки при меншій кількості повітря забезпечують повітронагрівачі. Наприклад, в піч, що має корисний обєм 2000 м , таке обладнання повинно подавати в хвилину 3800 м повітря, температура якого становить 1200 градусів. Пара, що утворюється за рахунок надходження повітря в воздухонагреватель, повинен бути постійно вологим. Значення цього показника регулюється за допомогою автоматичної системи.

Стиснене повітря, який необхідний для спалювання палива, надходить в піч завдяки повітродувного машинам. Його тиск на колошнике у сучасних печей досягає 25 МПа. Очищення колошникового газу відбувається за допомогою газоочисника.

У чому полягає доменний процес

Для успішної плавки чавуну в доменній печі повинні завжди дотримуватися основні моменти. По-перше, температура по всьому обєму печі і тепло повинні забезпечувати протікання необхідних реакцій в потрібному місці і в певний час. Це відбувається за рахунок руху назустріч один одному двох потоків. Газ від згоряння палива піднімається від низу до верху, а шихта, що нагрівається теплом газу, спускається згори вниз. По-друге, шлак повинен утворюватися тільки тоді, як закінчиться відновлення заліза і необхідних домішок з руди. Тут важливо правильно підібрати тугоплавкость шлаку сорту чавуну. Це необхідно для того, щоб шлак передчасно не сплавив руду, що призведе згодом до зміни складу чавуну і може викликати збій в процесі плавки.

Початком цього процесу є горіння палива. При взаємодії з киснем, природний газ і вуглець коксу згоряють, утворюючи значне виділення тепла.

C + O₂ = CO₂ + Q- CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O + Q

Відбувається взаємодія продуктів згоряння з коксом відповідно до реакціями:

CO₂ + C = 2CO - Q- H₂O + C = CO + H₂ - Q

У цій суміші окис вуглецю - головний відновник заліза з оксидів заліза. Щоб збільшити продуктивність печі, повітря, що надходить в піч, зволожують, за рахунок чого збільшується кількість відновника. При піднятті гази, температура яких досить висока, нагрівають шихту. Самі вони при цьому охолоджуються приблизно до 300-400 градусів. Шихта рухається вниз назустріч газу. Коли температура досягне приблизно 570 ° С, відбувається відновлення оксидів заліза. Цей процес складається з декількох послідовних етапів за схемою: Fe₂O₃ -> Fe₃O₄ -> FeO -> Fe.

Ці хімічні реакції визначає температура. Відновлення оксиду заліза відбувається твердим вуглецем (пряме відновлення), воднем і оксидом вуглецю (непряме відновлення). У першому випадку процес здійснюється в зоні распара при наявності високих температур відповідно до реакцією: FeO + C = Fe + CO - Q.

У другому випадку, при непрямому відновленні, реакція відбувається при більш низькій температурі в верхній частині печі: 3Fe₂O₃ + CO = 2Fe₃O₄ + CO₂ + Q- Fe₃O₄ + CO = 3Fe O + CO₂ - Q- Fe O + CO = Fe + CO₂ + Q.

Освіта шлаку

При необхідній температурі залізо, відновлене з руди, при певних реакціях розчиняє вуглець. За рахунок цього відбувається зниження температури плавлення, і залізо розплавляється при температурі близько 1300 ° С. Одержаний сплав, стикаючись з коксом, насичується такими елементами, як кремній, фосфор, вуглець, марганець, відновлювані з руди. Насичення сірої відбувається при температурі 1200 градусів з коксу. Внизу печі при сплаву флюсів, порожньої породи руди і золи утворюється шлак, що містить в складі оксиди тих же елементів, що і сплав. Склад шлаку, як і чавуну, визначається складом вихідної шихти. Через те, що шлак має меншу щільність, він розташовується на поверхні чавуну.

Готовий чавун випускається з печі через річку кожні 3-4 години. Шлаки також випускається через іншу річку через 1-2 години. Літки відкриваються за допомогою спеціального пристрою, а потім їх закривають вогнетривким складом. Чавун і шлак зливається в спеціальні ковші і чаші. Далі чавун відправляється в цех - мартенівський або киснево-конвертерний, - де відбувається його подальша обробка.
Продукти, одержувані в результаті доменного процесу
Найголовнішим продуктом, що виходять в результаті плавки, є чавуни, які бувають різних видів - ливарні і переробні. Вони мають різний зміст компонентів, залежно від чого відбувається їх подальше використання.

Поряд з основним продуктом при плавці виходять додаткові продукти - шлак, колошниковим газ і колошниковий пил. Шлак використовується для виготовлення будівельних матеріалів. Наприклад, якщо його вилити в воду, вийде матеріал, який має дрібнозернисту структуру. Згодом його застосовують для виробництва цегли, цементу та інших матеріалів.

Колошниковим газ, що утворюється при згоранні палива, очищується спеціальним методом від пилу і частинок руди. Його застосовують як паливо в доменних печах і котлах, що працюють на воді або на пару. Якщо змішати колошниковим газ з природним, то його можна використовувати в мартенівських печах.

Ще одним продуктом доменної плавки є колошниковий пил. Вона містить в своєму складі від 40 до 50% заліза і широко застосовується при агломерації.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!