20.Устройство и работа доменной печи

До́менная печь, до́мна — большая металлургическая, вертикально расположенная плавильная печь шахтного типа для выплавки чугуна и ферросплавов из железорудного сырья.

Описание и процеcсы

Доменная печь представляет собой непрерывно действующий аппарат шахтного типа. Загрузка шихты осуществляется сверху, через типовое загрузочное устройство, которое одновременно является и газовым затвором доменной печи. В домне восстанавливают богатую железную руду (на современном этапе запасы богатой железной руды сохранились лишь в Австралии и Бразилии), агломерат или окатыши. Иногда в качестве рудного сырья используют брикеты.

Доменная печь состоит из пяти конструктивных элементов: верхней цилиндрической части — колошника, необходимого для загрузки и эффективного распределения шихты в печи; самой большой по высоте расширяющейся конической части — шахты, в которой происходят процессы нагрева материалов и восстановления железа из оксидов; самой широкой цилиндрической части — распара, в котором происходят процессы размягчения и плавления восстановленного железа; суживающейся конической части — заплечиков, где образуется восстановительный газ — монооксид углерода; цилиндрической части — горна, служащего для накопления жидких продуктов доменного процесса — чугуна и шлака.

В верхней части горна располагаются фурмы — отверстия для подачи нагретого до высокой температуры дутья — сжатого воздуха, обогащенного кислородом и углеводородным топливом.

21.Доменный процесс.3 стадии

Получение чугуна — сложный химический процесс. Он состоит из трех стадий:

1) восстановление железа из его окислов;

2) превращение железа в чугун;

3) шлакообразование.

Процесс протекает следующим образом. В доменной печи непрерывно взаимодействуют шихтовые материалы, движущиеся сверху вниз, и продукты горения, движущиеся снизу вверх. Загрузка шихтовых материалов состоит в правильном чередовании поступления в печь руды, топлива и флюсов. В колошнике и в верхней части шихты происходит удаление гигроскопической влаги из руды, высушивание и растрескивание руды, что облегчает процесс восстановления. Руда восстанавливается благодаря горению кокса. Горение начинается снизу в области горна. Через фурменные отверстия раскаленный воздух поступает в печь и на уровне фурм кислород воздуха вступает в реакцию с углеродом раскаленного кокса.

Аналогичные реакции происходят при восстановлении руды водородом:

ЗРе203 + Н2 = 2Ре304 + Н20, Ре304 + Н2 = ЗРеО + Н20, Ре0 + На = Ре+Н20.

Одновременно прямое восстановление железных окислов идет за счет твердого углерода по реакции

РеО + С = Ре + СО + д.

Этим способом восстанавливается 50% окислов железа. Твердый углерод в виде сажи откладывается в порах руды и науглероживает железо. При температуре 900—1000° окись углерода вступает в реакцию с чистым железом:

ЗРеО + 2СО = Ре3С + С02.

Образуется карбид железа Ре3С, который способствует науглероживанию железа, растворяясь в нем. Процесс науглероживания протекает активно, при этом может раствориться до 4% углерода. Наряду с восстановлением окислов железа и науглероживанием чистого железа в доменной печи происходят реакции восстановления и других элементов шихты: кремния, марганца, серы, фосфора, а если в рудах содержатся редкие элементы — титан, хром, ванадий и др., то и их восстановление. Все указанные элементы восстанавливаются главным образом твердым углеродом. Восстановление протекает при высоких температурах (1000—1200°), так как реакции идут с поглощением тепла.