Устройство доменной печи. Современные доменные печи имеют большие размеры (высота до 70 м) и высокую производительность (до 10000 т чугуна в сутки).

Современные доменные печи имеют большие размеры (высота до 70 м) и высокую производительность (до 10000 т чугуна в сутки).

Шихта поступает в вагонетку (скип), после чего с помощью стального каната вагонетка поднимается по рельсам наклонного подъемника до верхней точки и там опрокидывается. Через загрузочное устройство шихта поступает в доменную печь [6, рис.22], которая имеет колошник 1, шахту 2, распар 3, заплечики 4 и горн 7. Доменная печь смонтирована на железобетонном фундаменте. Огнеупорная кладка печи делается из шамотного кирпича. Печь заключена в стальной кожух с холодильниками для циркуляции воды. В верхней части горна расположены водоохлаждаемые медные фурмы – для подачи горячего воздуха в доменную печь 8. Нижняя часть горна имеет лещадь, на которой накапливаются чугун и шлак, а затем выпускаются через спиральные отверстия (летки) 5 и 6.

Для обеспечения доменной печи горячим воздухом используют воздухонагреватели [6, рис. 24].

Внутри воздухонагревателя имеется камера горения и огнеупорная насадка, выполненная из шамотных кирпичей с просветами (ячейками) между кирпичами. Холодный воздух проходит через разогретую огнеупорную насадку, где подогревается до 800…1200 ⁰С и поступает через фурмы в печь.

Для бесперебойной работы доменной печи необходимо три воздухонагревателя: один из них нагревается, другой отдает тепло холодному воздуху, а третий нагретый – в резерве.

2.2.3 Доменный процесс

Все рабочее пространство доменной печи занято шихтовыми материалами, которые по мере сгорания кокса перемещаются в нижние горизонты навстречу движущемуся потоку раскаленных газов (принцип противотока). При этом протекают следующие процессы: горение топлива, восстановление и науглероживание железа, восстановление других элементов, образование шлака.

В районе фурм углерод кокса взаимодействует с кислородом вдуваемого воздуха; происходит полное сгорание кокса: С+О₂→СО₂+Q c выделением тепла.

В результате в этой зоне температура 1800..2000 ⁰С. В этих условиях двуокись углерода взаимодействует с углеродом кокса с образованием окиси углерода, являющейся главным восстановителем железа: СО₂+С→СО-Q.

Шихтовые материалы, опускаясь навстречу потоку раскаленных газов, нагреваются, из них испаряется влага, выделяются летучие вещества, происходит разложение флюсов.

При достижении температуры 450…900 ⁰С происходит интенсивное восстановление железа: Fe₂O₃+CO→Fe₃O₄+CО₂; Fe₃O₄+СО→FeO+CO₂; FeO+CО→Fe+CO₂ – реакции косвенного восстановления железа. Часть закиси железа опускается до распара и заплечиков и при более высоких температурах (1000…1100⁰С) восстанавливается углеродом кокса: FeО+C→Fe+СО – прямое восстановление железа.

В результате в нижней части шахты образуется твердое губчатое железо. Находясь в соприкосновении с газами, коксом, сажистым углеродом (продуктом разложения СО), оно науглероживается: Fe+CО→Fe₃C+CO₂; Fe+C→Fe₃C. Углерод понижает температуру плавления железа. Поэтому, опускаясь в нижнюю часть шахты, оно начинает плавиться, дополнительно насыщаясь при этом углеродом (до 4% и более), марганцем, кремнием, фосфором, которые восстанавливаются из руды (MnO+C→Mn+CO; SiO₂+C→Si+CO; (CaO)₃P₂O₅+C→CaO+P+CO), а также серой присутствующей в коксе и руде в виде органической серы и соединений FeS, FeS₂, CaSO₄, CaS. В результате получается чугун, который скапливается в горне печи. Одновременно в нижней части печи на поверхности жидкого чугуна скапливается шлак – сплав пустой породы, флюсов, золы топлива и не восстановившихся окислов. По мере образования и накопления чугун и шлак выпускают из печи: чугун – через 3…4 часа, шлак – через 1…1,5 часа.