2.2. Выплавка чугуна в доменной печи
h
Рис. 2.1. Устройство доменной печи: 1 – засыпной аппарат; 2 – запорный конус; 3 – газоотвод; 4 – колошник; 5 – стальной кожух; 6 – огнеупорная кладка; 7 – шахта; 8 – распар; 9 – заплечики; 10 – фурма; 11 – лётка для чугуна; 12 – лещадь; 13 – фундамент; 14 – опорная колонна; 15 – лётка для шлака; 16 – горн |
Чугун выплавляют в доменных печах (домнах), рис. 2.1. Домны имеют полезную высоту h около 35 м, диаметр распара около 15 м, объём около 5000 м3 и ежесуточную производительность более 10 тыс. т чугуна. Работает домна следующим образом. Специальный подъёмник с самоопроки-дывающимися вагонетками загружает засыпной аппарат 1 необходимыми материалами, которые при опускании запорного конуса 2 загружаются в печь отдельными порциями, называемыми колошами или подачами. Они располагаются чередующимися слоями руды с флюсом и кокса, образующими шихту. Опускание конуса 2 и загрузка производится по мере того как в колошнике 4 в результате опускания материалов освобождается место для очередной подачи. После загрузки в домне осуществляется встречное движение и взаимодействие опускающейся шихты и восходящего потока газов, образующихся в горне 16 в результате сжигания углерода кокса в нагретом до 1000С воздухе, который нагнетается в верхнюю часть горна через расположенные по его окружности фурмы 10. Опускание шихты происходит из-за выгорания слоёв кокса и плавления компонентов шихты в нижней части печи, где температура немного выше фурм 10 достигает 2000С. Образующиеся в результате горения |
раскалённые газы поднимаются вверх, передавая тепло опускающимся материалам шихты и охлаждаясь в момент попадания в колошник 4 до температуры 300С.
Когда температура опускающейся шихты достигает 500С, начинается восстановление окислов (оксидов) железа, входящих в состав руды, окисью углерода и водородом, выделяющимися при сгорании кокса. После достижения температуры 900С основную роль в восстановлении начинает играть твёрдый углерод кокса.
По мере продвижения шихты вниз и повышения температуры восстановление железа происходит в несколько стадий – от высшего окисла к низшему:
Fe2O3 Fe3O4 FeO Fe.
В доменной печи железо восстанавливается почти полностью. Потери его в шлаке составляют не более 1%. Восстановление железа заканчивается в распаре 8 при температуре около 1100С. При этой температуре восстановленное железо находится в твёрдом состоянии, поскольку имеет температуру плавления 1539С. Однако оно начинает активно взаимодействовать с углеродом, образуя науглероженный сплав (~4,3% С), который плавится уже при температуре 1140С и стекает в горн 16 по кускам кокса, насыщаясь марганцем, кремнием, фосфором, серой и превращаясь в чугун, который скапливается в нижней части горна. В распаре 8 начинается и образование жидкого шлака из пустой породы руды, флюса и золы кокса. Шлак стекает в горн и скапливается на поверхности жидкого чугуна, поскольку имеет втрое меньшую плотность. По мере накопления в горне 16 жидкие продукты плавки выпускают из печи через специальные лётки 11 и 15 в приспособленные для транспортировки железнодорожные вагоны-ковши.