Общая схема доменного процесса

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 16Следующая ⇒

Сущность доменного процесса состоит в том, что из шихты восстанавливается основное количество железа, а затем, при более высоких температурах, в нижней части горна происходит разделение на слои расплавившихся чугуна и шлака вследствие их различных плотностей (плотность чугуна примерно в 2, 5 раза больше плотности шлака). Общую схему доменного процесса можно представить следующим образом (рис. 46). В любой момент времени вся доменная печь заполнена шихтовыми материалами — от горна до колошника. Через фурменные отверстия, под давлением подают воздух, нагретый до 1000—1200 °С. Попадая в слой кокса, находящегося в горне, воздух быстро расходуется на его горение. На расстоянии ~2 м от стенки горна газ уже не содержит кислорода. Поскольку горение кокса в доменной печи происходит при недостатке воздуха, то конечным продуктом сгорания углерода является не С0₂, а СО. Образующиеся в горне печи продукты сгорания (содержащие СО и N₂) с температурой ≥ 2000 °С направляются вверх. Нагревая шихту, газ охлаждается и выходит из печи через колошник (поэтому газ называют колошниковым) с температурой 200—300°С. При движении через шихту газ одновременно с теплообменными участвует в восстановительных процессах, в результате чего часть монооксида углерода СО превращается в диоксид углерода СО₂.

Доменный процесс относится к типу противоточных — навстречу потоку поднимающегося газа опускается столб шихтовых материалов. Опускание шихты происходит под действием ее веса, а условием ее движения является освобождение пространства в нижней части доменной печи в результате сгорания кокса и плавления рудного материала и флюса. Периодически, через несколько минут в доменную печь через колошник загружают очередную порцию шихты.

Сразу после попадания в печь шихта начинает нагреваться и по мере непрерывного опускания последовательно идут следующие процессы: испарение влаги шихты, восстановление оксидов железа и некоторых других элементов, диссоциация карбонатов. Вследствие специфических условий плавки (наличия в печи восстановительной газовой атмосферы и сильного восстановителя— кокса) конечным продуктом переработки руд в доменных печах является не чистое железо, а чугун — железоуглеродистый сплав, содержащий 91—94 % Fе; 3, 5—4, 5 % С и 1—5 % других элементов.

На уровне нижней части шахты или в заплечиках при температурах > 1200 °С начинается образование первых порций расплавленных чугуна и шлака. Последний образуется из трех частей: пустой породы рудного материала, флюса и золы кокса. Расплавленные чугун и шлак в виде капелек, струй стекают вниз и накапливаются в горне, образуя два слоя: нижний — чугун и верхний — шлак. В результате процесса шлакообразования происходит расплавление пустой породы рудного материала, золы кокса и флюса, что способствует отделению их от восстановленного железа и облегчает удаление из доменной печи. Шлак является одним из основных регуляторов химического состава чугуна. В зависимости от состава шлака облегчается или затрудняется переход в чугун тех или иных элементов. Типичный состав доменного шлака, следующий, %: СаО 35—45; SiO₂ 36—38; А1₂0₃ 7—15; МgО 4—10; МnО 0, 5—1, 0; FеО 0, 4—0, 8; S 1—2. Капельки чугуна, проходя через слой шлака в горне, освобождаются от большой части серы, чугун и шлак приобретает окончательный химический состав.

1 — колошник; 2 —шахта; 3 —распар; 4 — заплечики; 5 — фурмы для дутья; 6— шлаковая летка; 7 —шлак; 8— чугун; 9 — чугунная летка

Рисунок 46. Распределение основных химических процессов по высоте доменной печи.

Таким образом, одна из характерных особенностей доменного процесса заключается в том, что формирование химического состава чугуна происходит по мере движения вниз твердой шихты и расплавленных масс металла и шлака.
Слой чугуна в горне, сколько бы он там ни находился, не
изменяет своего химического состава. Со временем количество чугуна и шлака в горне увеличивается. Когда верхний уровень шлака приближается к горизонту фурм, требуется произвести выпуск чугуна и шлака из печи. С этой целью-
открывают чугунную и шлаковую летки. После выпуска накопившихся продуктов плавки летки вновь закрывают. Следующий выпуск чугуна и шлака производят в зависимости от производительности доменной печи — через 1—2 ч. Таким
образом, периодичность выпусков связана не с необходимостью получения заданного химического состава чугуна (образовавшийся чугун всегда готов к выпуску), а определяется существующей технологией обслуживания горна. Не исключено, что в случае разработки стойкой чугунной летки,
не разрушающейся в течение длительного времени, чугун из
доменной печи будут выпускать непрерывно. По описанной
схеме, когда процесс плавки не прерывается ни на мгновение, доменная печь работает в течение нескольких лет.

1 — группа предприятий; обеспечивающих сырьем доменный цех; II — металлургические цеха; III— вспомогательные цеха

Рисунок 47. Структура предприятия с законченным металлургическим циклом.

Из рисунка 47, на котором представлена схема завода с законченным металлургическим циклом, видно, что доменное
производство занимает головное положение в системе металлургического завода. Доменный цех не только дает металл, из которого в дальнейшем получают различную продукцию, но много газа, используемого в качестве топлива в различных нагревательных устройствах прокатных, термических,
коксохимического, доменного и других цехов. Для нужд народного хозяйства используется и третий продукт доменной плавки — шлак (для производства некоторых изделий методом литья, в строительной промышленности как заменитель щебня, в качестве исходного сырья при получении цемента, при производстве шлаковаты и др.). Таким образом, доменное производство является безотходным.

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒