Доменная печь: промышленная переработка и плавка руды

Доменная печь в исполнении, близком к современному, появилась достаточно давно – в XVIII столетии, когда назрела насущная потребность переработки тугоплавких руд. Сырорудный способ перестал удовлетворять растущим требованиям промышленности. В 1740 году уральский доменщик Петр Махотин предложил и реализовал схему доменной печи с использованием фурмы. С того момента она прочно входит в промышленную переработку руды, и ее роль до наших дней остается высокой.

Устройство и работа доменной печи

Современная печь представляет собой шахтную конструкцию, как правило, круглую в сечении. Для ее производства используется шамотный кирпич в верхней части, углеродистые блоки – в нижнем. Эти материалы считаются огнеупорными. Сам шамотный кирпич представляет собой светло-песочного цвета блоки, используемый для футеровки топок, отопительных печей и прочего, где требуется выдержать воздействие высоких температур. Для дополнительного охлаждения в таких печах используются холодильники с циркулирующей жидкостью.

Кожух печи и колошники стоят на колоннах, установленных на фундаменте. Далее, в устройстве печи имеются приемная воронка для материала, воронка для большого конуса, малый конус, наклонный мост, скип, фурма, летки чугунная и шлаковая. Шихта (исходный материал в виде смеси) подается по скипам, иногда могут использовать ленточные конвейеры на колошнике.

Важно! Доменная печь требует обязательной подачи воздуха для горения: это осуществляют специализированные машины через нагреватели и фурменные приборы на горне, температура при окончательном поступлении составляет около 1100 градусов по Цельсию.

Дополнительное топливо в виде газа, мазута или угольной пыли поступает через фурменное устройство.

Ценные продукты плавления подаются через чугуновозные и шлаковые ковши по леткам, они расположены в нижней части горна. Схема доменной печи показывает, что расстояние между леткой для чугуна и нижней линией большого конуса, куда загружается шихта, является полезной высотой агрегата. Объем этого же пространства считается полезным, по которому и судят о печи. Как правило, средняя печь имеет полезный объем около 3000 метров кубических.

Фурма доменной печи

Данное устройство – своего рода революция Махотина, который предложил альтернативу холодному дутью: подачу материала в горне прямоугольными патрубками. Позже другие доменщики доработали эту конструкцию: стали использовать коробчатые фурмы, а также агрегаты с залитыми внутрь фурмы змеевиками. Те фурмы, которые мы можем увидеть сейчас в каждой печи, имеют практически тот же вид, что и 250 лет назад.

Циркуляция

Это устройство печи имеет конструкцию из медной фурмы с толщиной стенки в торцевой части до 6 мм, когда средняя толщина составляет примерно 8 мм. Обязательно присутствие литого холодильника из бронзы или меди и чугунной амбразуры с охлаждающей трубкой. Довольно часто это все называется кадушкой. В устройстве схема печи показывает, что фурменный холодильник можно увидеть на кожухе горна. Он приварен вместе с крепежными болтами через фланец.

У фурм в доменной печи можно наблюдать очаги горения в виде окислительных зон, в которых циркулируют частицы кокса. При этом выделяется большое количество вредных газов, в основном, речь идет о видах СО. В этой части доменной печи довольно часто можно обнаружить падение температуры, потому для устранения проблемы используют обогащение кислородом.

Производство чугуна в доменных печах

После подачи в доменную печь сырья, которое представляет собой железную руду в составе рудного вещества и пустой породы, начинается процесс плавления. Состав рудного вещества представляют окислы, силикаты и железные карбонаты. В рудной породе имеются кварциты и песчаник. Существует несколько видов руд, но процесс производства примерно схож.

Целью является железо, которое конструкция доменной печи позволяет науглероживать сначала в твердом, а потом и в расплавленном состояниях. Шлак будет состоять из окислов. Самым насыщенным считается донецкий кокс, который получают при плавке шлаков с верхним пределом основности. В доменной печи такого типа шлаки очень жидкоподвижны.

Как уже было сказано, восстановление из руды полезного металла происходит при температуре от 1000 до 1100 градусов. Железо взаимодействует с оксидом углерода и коксом. Оно расплавляется на уровне распара и заплечников, когда температура достигает 1300 градусов по Цельсию.

Кстати! «Чистого» железа не существует: в нем обязательно будут содержаться примеси марганцы, кремния, фосфора и углерода, а также серы.

Шлаки образуются в нижнем отсеке печи, при этом состав будет меняться при процессе стекания в горн. Их можно увидеть на поверхности горячего жидкого чугуна. Сам конечный состав будет разным: характеристики шихта также отличались между собой.

Новая порция чугуна изымается из печи каждый три или четыре часа, тогда как шлак – раз в полтора часа. Происходит это через летку для чугуна и для шлаков. Открывается они бурильной машиной, а сливается материал в ковши и чаши для шлаков.

В производстве чугуна не менее важными устройствами, чем сама доменная печь, являются кислородно-конвертерные или мартеновские цехи. Именно к ним в изложницы подается готовый чугун, где он будет твердеть в виде слитков неидеальной формы.