Устройство доменной печи. Доменный процесс

Основные реакции, протекающие в доменной печи, можно представить простыми уравнениями.

1) Когда вдуваемый воздух приходит в контакт с коксом, последний горит, образуя газообразный оксид углерода (II).

2C + O₂ = 2CO

2) Этот газ является основным восстановительным агентом для оксида железа. Восстановление оксидов железа протекает ступенчато от высших окислов к низшим до элементарного железа:

Fe₂O₃ → Fe₃O₄ → FeO → Fe

В результате образуется твердое, но пористое губчатое железо, которое затем плавится в нижней, более горячей части доменной печи (горне).

3) Чтобы отделить полученное железо от пустой породы, состоящей, главным образом, из силикатов, последние необходимо перевести в жидкую форму и удалить из печи. Для этого в печь вместе с рудой загружают флюс, содержащий известняк CaCO₃.

Известняк разлагается в верхней части печи соответственно реакции:

CaCO₃ = CaO + CO₂

образуя известь (CaO), необходимую для перевода силикатных примесей железной руды в жидкий шлак.

Силикаты, содержащиеся в железной руде, при взаимодействии с известью образуют расплавленный шлак.

!!! Из сказанного выше вытекают основные требования к конструкции доменной печи. Конструкция должна обеспечивать:

1) непрерывную загрузку топливом, рудой и флюсом сверху;

2) непрерывную подачу воздуха и периодический отвод жидких продуктов в виде чугуна и шлаков снизу.

Печь должна быть достаточно высокой, чтобы успевали протекать необходимые химические реакции.

Обычно печь работает непрерывно до ее остановки для ремонта внутренней кирпичной кладки (футеровки).

Доменная печь (Рис 9.5.) представляет собой башню высотой до 36 метров, состоящую из двух усечённых конусов, между широкими основаниями которых расположен невысокий цилиндр – распар диаметром 12-16 метров.

Снаружи доменная печь заключена в металлический кожух, внутри выложена огнеупорным кирпичом. Толщина стенок домны увеличивается сверху вниз и в области горна достигает 1,5 м.

В доменной печи различают следующие части: колошник, шахту, распар, заплечики, горн и лещадь (дно).

Сверху печь закрывают засыпным аппаратом, который служит для герметичной загрузки сырья без выходов газов наружу.

Руда, топливо и флюс подаются скиповыми подъемниками – небольшими сосудами (скипами), движущимися на колесах по наклонным рельсам от нижних засыпных бункеров до верхней загрузочной площадки, где они автоматически опрокидываются, разгружаясь в приёмную воронку засыпного аппарата.

!!!! Сырьё загружают в печь отдельными порциями (колошами) через каждые 10-15 минут, по мере опускания шихты.

Цилиндрическая часть печи, которая служит для приёма шихты, называется колошником.

Ниже его находится основная часть печи – шахта, расширяющаяся к низу, чтобы вызвать разрыхление постепенно опускающейся шихты и тем самым обеспечить более полный контакт её кусков с поднимающимся вверх газом.

!!! Исходные материалы медленно движутся вниз, нагреваются и восстанавливаются.

Вслед за наибольшим расширением – распаром - домна суживается книзу – зона заплечиков, так как здесь объём шихты вследствие расплавления и сгорания отдельных компонентов её резко уменьшается.

Шлак и чугун периодически выпускают через л ё тки. Число л ё ток на крупных печах достигает 10-18 штук. Заделку леток огнеупорной массой и её пробивание выполняют специальными машинами с дистанционным управлением. Для уменьшения выгорания футеровки её охлаждают специальными холодильниками. Рис. 9.5. Доменная печь

!!! Восстановленное в области заплечиков и распара твёрдое губчатое железо, проходя зону высоких температур, насыщается углеродом, плавится и стекает в горн – нижнюю цилиндрическую часть печи.

Воздух, необходимый для горения топлива, подают в печь через специальные фурмы, в которые он поступает по воздухопроводу, опоясывающему горн. Вследствие того, что фурмы работают при высокой температуре, их непрерывно охлаждают водой.

Фурмы располагают на одинаковом расстоянии друг от друга по всей окружности печи.

!!!Это обеспечивает равномерную подачу воздуха по всему её сечению.

Недалеко от пода печи (лещади) находится окошко для выпуска чугуна (чугунная лётка), а несколько выше – лётка для шлака.

Шлак и чугун периодически выпускают через летки. Число леток на крупных печах может быть 10-18 штук.

Заделку леток огнеупорной массой и ее пробивание выполняют специальными машинами с дистанционным управлением.

Для уменьшения выгорания футеровки, ее охлаждают специальными холодильниками.