Доменный процесс – это сложный металлургический процесс, основанный на восстановлении железа из железных руд в доменной печи․ Он включает в себя несколько последовательных этапов, от подготовки шихтовых материалов до получения чугуна и шлака․ Этот процесс имеет большое экономическое значение и оказывает существенное влияние на окружающую среду․
Этап 1⁚ Подготовка шихтовых материалов
Подготовка шихтовых материалов – критически важный этап доменного процесса, от качества которого напрямую зависит эффективность всей плавки и характеристики получаемого чугуна․ Этот этап включает в себя несколько последовательных операций, направленных на подготовку исходных материалов к загрузке в доменную печь․ В первую очередь, это относится к железной руде, которая обычно поступает в виде агломерата или окатышей; Агломерация – это процесс спекания мелкозернистой руды с флюсами (известняк, доломит) и коксом при высоких температурах, что позволяет получить прочный, однородный по составу материал, удобный для загрузки в печь․ Окатыши – это шарики из обогащенной железной руды, также спеченные с флюсами․ Выбор между агломератом и окатышами зависит от качества исходной руды и требований к производительности доменной печи․ Кроме железной руды, в шихту входят кокс – топливо, обеспечивающее необходимую температуру процесса, и флюс – вещество, снижающее температуру плавления шлака и способствующее удалению пустой породы из железа․ Кокс должен обладать определенными физико-химическими свойствами, такими как высокая реакционная способность, прочность и низкое содержание золы и серы․ Качество кокса существенно влияет на расход топлива и производительность доменной печи․ Флюс, как правило, это известняк или доломит, подбирается в зависимости от химического состава руды, чтобы обеспечить оптимальный состав шлака․ Подготовка шихтовых материалов включает также их дробление, сортировку и дозирование, чтобы обеспечить равномерную загрузку доменной печи и стабильность процесса плавки․ Современные доменные заводы используют автоматизированные системы управления подготовкой шихтовых материалов, что позволяет оптимизировать процесс и снизить энергопотребление․
Этап 2⁚ Плавка и восстановление железа в доменной печи
В доменной печи происходит сложный физико-химический процесс восстановления железа из железных руд․ Подготовленная шихта (железная руда, кокс, флюс) загружается в шахту печи сверху․ Горячий воздух, обогащенный кислородом, подается снизу через фурмы, расположенные в нижней части печи․ При взаимодействии с коксом воздух сгорает, образуя углекислый газ (CO2) и выделяя большое количество тепла․ Температура в разных зонах печи варьируется от нескольких сотен градусов Цельсия в верхней части до 1800-2000 °C в горне․ В восстановительной зоне печи, где температура достигает 800-1000 °C, происходит ключевой процесс – восстановление железа из оксидов․ Углекислый газ, поднимаясь вверх, реагирует с раскаленным коксом, превращаясь в угарный газ (CO), который является сильным восстановителем․ Угарный газ реагирует с оксидами железа, отнимая от них кислород и образуя металлическое железо․ Этот процесс описывается следующими химическими реакциями⁚ Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2; Fe3O4 + 4CO = 3Fe + 4CO2; FeO + CO = Fe + CO2․ Полученное железо, находясь в расплавленном состоянии, растворяет в себе углерод, образуя чугун․ Одновременно с восстановлением железа происходит плавление флюса, который взаимодействует с пустой породой руды, образуя жидкий шлак․ Шлак, имеющий меньшую плотность, чем чугун, плавает сверху, эффективно отделяя металл от примесей․ В нижней части печи, в горне, накапливается расплавленный чугун и шлак, которые периодически выпускаются из печи․ Процесс плавки в доменной печи непрерывный, шихта загружается сверху, а продукты плавки – чугун и шлак – выпускаются снизу․ Эффективность доменного процесса зависит от многих факторов, включая качество шихтовых материалов, параметры работы печи (температура, давление, расход воздуха), и технологию управления процессом․
Этап 3⁚ Выпуск чугуна и шлака
После накопления достаточного количества расплавленного чугуна и шлака в горне доменной печи, начинается процесс их выпуска․ Это важный этап, требующий высокой точности и координации действий персонала․ Выпуск осуществляется через специальные отверстия – летки, расположенные в нижней части печи․ Перед выпуском летки тщательно заделываются огнеупорной массой, чтобы предотвратить вытекание расплава до момента начала операции․ Перед открытием леток осуществляется тщательная подготовка⁚ проверка состояния оборудования, подготовка приемных желобов и ковшей․ Процесс выпуска начинается с осторожного пробивания огнеупорной заглушки в летке․ Сначала выходит шлак, который имеет меньшую плотность и плавает на поверхности чугуна․ Шлак направляется по специально подготовленным желобам в шлаковые ковши, откуда затем транспортируется на шлаконакопители или для дальнейшей переработки․ Выпуск шлака контролируется по его составу и температуре․ После того как большая часть шлака вытекла, начинается выпуск чугуна․ Чугун, имеющий высокую температуру (около 1500 °C), вытекает из летки мощным потоком․ Он направляется в специальные чугунные ковши большой вместимости, которые перемещаются на железнодорожных платформах или специальных транспортных средствах․ Температура и состав чугуна тщательно контролируются․ Выпуск чугуна также требует контроля за скоростью вытекания, чтобы избежать образования застывших пробок в летках․ После завершения выпуска чугуна летки снова заделываются огнеупорной массой для предотвращения утечек и обеспечения герметичности печи․ Весь процесс выпуска чугуна и шлака автоматизирован и контролируется с помощью современных систем управления, что обеспечивает безопасность и эффективность операции․ Качество выпускаемых продуктов – чугуна и шлака – является важным показателем эффективности работы всей доменной печи․ Регулярный анализ состава и свойств чугуна и шлака позволяет оперативно корректировать параметры работы печи и обеспечивать стабильность процесса․