Доменная печь: что это такое и как она работает

Какой продукт доменного процесса идет на переплавку в сталь

Доменный процесс печи — схема получения чугуна, химические процессы, физика и продукты

Сталями принято считать сплавы железа с углеродом с содержанием последнего до 2,14%. Все, что имеет более высокое содержание углерода – это чугуны. Получают стали на основе двух процессов — доменного (в результате получается передельный чугун) и собственно получения стали, когда из передельного чугуна путем выжигания углерода и добавки легирующих элементов получают стали и сплавы нужной марки и нужного состава.

Сырье

Основой для получения чугуна в доменном процессе служат железные руды. Поскольку железо обладает сравнительно большим сродством к кислороду, оно в чистом виде в земной коре не обнаруживается, а находится в виде соединений с кислородом и диоксидом углерода.

Основные руды железа, которые используются в металлургическом производстве – это окись-закись железа (Fe₃O₄ – магнетит, магнитный железняк), окись железа (Fe₂O₃ — красный железняк, 2Fe₂O₃ * 3H₂O — бурый железняк) и карбонат железа FeCO₃ . Естественно, что в чистом виде данные вещества не встречаются, а имеют примеси других элементов (чаще всего серы и фосфора) и других веществ в виде сопутствующих пород, не образующих с целевым продуктом химических соединений (обычно SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO).

Кроме того, в больших количествах в виде руд имеется железный колчедан FeS₂, но он очень редко применяется в металлургии, так как выплавляемое из него железо получается очень низкого качества из-за большого содержания серы.

В результате проведения специальных технологий дробления руды и флотационного процесса значительную часть пустой породы удается отделить от целевого продукта, в результате чего в ряде случаев удается повысить содержание железа в руде до 63-67%, а иногда до 69-72%.

Однако полностью удалить пустую породу не удается, эта операция осуществляется в самом доменном процессе путем перевода пустой породы в шлаки, которые отделяются от чугуна.

Процесс и схемы

Процесс доменной плавки (процесс получения передельного чугуна) осуществляется в шахтных печах (домнах). Домна, схематический разрез которой дан на рис. 5.1 , представляет из себя устройство в виде конуса в верхней части высотой в несколько десятков метров, обложенное изнутри огнеупорным кирпичом и снаружи стянутое железными обручами или окруженное сплошной железной оболочкой. Верхняя часть домны носит название шахты и заканчивается наверху отверстием — колошником, которое закрывается подвижной воронкой – колошниковым затвором. Самая широкая часть домны называется распаром. Нижняя часть домны образует горн. В горне имеются отверстия – фурмы, через которые в печь вдувается горячий воздух.

При запуске доменную печь загружают сначала углем (коксом), а потом послойно смесью руды с флюсом и углем и чистым углем. Нижние слои угля зажигают, после чего горение и необходимая для выплавки температура поддерживаются вдуванием в горн подогретого в рекуператорах тепла воздуха. Последний поступает в кольцевую трубу, расположенную вокруг нижней части печи, а из нее по распределительным трубкам через фурмы в горн. В горне уголь сгорает, превращаясь в углекислый газ, который, поднимаясь вверх и проходя сквозь слой раскаленного угля, превращается в оксид углерода. Этот оксид углерода восстанавливает основную часть руды, превращаясь снова в углекислый газ. Однако такая схема не полностью отражает многообразие химических реакций, протекающих в печи. Порядок превращения руды в чугун и распределение температур изображены на рис. 5.2.

Рис. 5.1. Схематическое изображение шахтной печи для получения чугуна (домны).

Рис. 5.2. Схема химических реакций, протекающих по высоте доменной печи.

В нижней части печи, как уже упоминалось, происходит горение кокса по реакции:

< C >+ < O₂ > = < CO₂ >

Здесь угловыми скобками обозначено твердое состояние, фигурными – газообразное.

Проходя вверх далее через слой раскаленного угля, СО₂ превращается в оксид углерода:

< CO₂ > + < C >= 2

Монооксид углерода является сильным восстановителем и именно он восстанавливает железо из руд. Реакция идет постадийно, что и отображено на рисунке. В результате образуются крупинки твердого железа.

По мере сгорания угля это железо опускается вниз по печи в ее более горячую часть — распар, и здесь при температуре порядка 1200°С плавится при соприкосновении с углем, отчасти растворяя его и образуя заэвтектический чугун с содержанием углерода 4-4,5%. В то время как чистое железо плавится при 1535°С, чугун в точке эвтектики плавится при 1150°С, поэтому капли жидкого чугуна стекают в нижнюю часть горна. Для того, чтобы сэкономить тепловую энергию отходящих газов и возвратить ее в процесс, отходящие газы из домны направляются в т.н. «кауперы», где газы отдают часть тепла. Сначала эти газы направляются в один из кауперов, в то время как через второй продувается воздух для последующей подачи в домну, где он нагревается. Через определенные промежутки времени потоки меняются местами.

Одновременно с восстановлением железа происходят процессы отделения пустой породы от целевого продукта через образование шлака при взаимодействии примесей с флюсовыми добавками. Конечный шлак на 85-95% состоит из SiO₂, Al₂O₃ и СаО; остальное — MgО (2-10%), FeO (0,2-0,6%), MnО (0,3-2%) и 1,5-2,5% серы в виде CaS. Стремятся создать наиболее легкоплавкий шлак, поэтому, в зависимости от типа примесей в используемой руде в шихту добавляют либо кислые (SiО₂), либо щелочные компоненты (оксиды кальция и магния).

Для выпуска жидких продуктов плавки используют раздельно чугунные и шлаковые летки.

Поскольку шлак – многокомпонентная система, кроме того, процесс перехода из твердого в жидкое состояние осуществляется в достаточно большом интервале температур, вязкость шлака определяется не только температурой, но и составом шлака, поэтому у каждого типа шихты свои особенности.

Еще одна проблема, которая наблюдается в доменном процессе и которую решают для каждого типа шихты по-разному – это проблема серы. Сера – вредный элемент, ухудшающий качество металла. Она является причиной красноломкости стали и ухудшает качество литейных чугунов, увеличивая вероятность образования раковин в отливках. Ограничения по сере для стали и литейного чугуна весьма серьезны – в этих материалах ее не должно быть более нескольких сотых процента. Вместе с тем, если не принимать каких-либо специальных мер, в чугуне может набраться до 0,9% серы. Поскольку серу легче удалять из руд и чугунов, чем из стали, именно на стадии подготовки компонентов шихты и в доменном производстве эти операции и производятся.

Хотя значительное количество серы удаляется при огневой обработке руд (агломерации и обжиге окатышей), очень много серы вносится в доменную печь с коксом и железорудными материалами в виде сернистого железа (пирита FeS₂), барита BaSO₄ и гипса CaSO₄ * h3O.

Часть серы удаляется при проведении технологических процессов естественным путем через образование газов (SO₂, H₂S и др.), но это лишь небольшая часть, по оценке для обычного доменного процесса порядка 15%. Поэтому основное внимание обращается на перевод соединений серы, растворяющихся в чугуне, в соединения, в нем не растворяющихся, например, по реакции:

FeS + CaO = CaS + FeO
FeO + C = Fe + CO

FeS +CaO + C = CaS +Fe + CO

Существуют и другие способы десульфуризации, что позволяет в целом решать эту проблему при использовании самых различных руд.

Конечными продуктами доменной плавки являются чугун (целевой продукт) и шлак и доменные газы (побочные продукты производства). Нас в данном случае интересует только чугун, на нем и остановимся.

Чугун представляет собой многокомпонентный сплав железа с углеродом, кремнием, марганцем и серой. В зависимости от назначения чугуна в нем могут содержаться и другие вещества, содержание которых регламентируется соответствующими стандартами.

Основной вид чугуна, производимый в доменном производстве, — это передельный чугун (до 90% от всего выпускаемого чугуна), который затем используют для получения различных видов сталей.

Производство чугуна имеет и самостоятельное значение, поскольку некоторые виды используют для отливок. Для получения чугунных отливок используется и небольшая часть передельного чугуна. Некоторые типы чугунных изделий можно оцинковывать, но об этом мы поговорим позже.

В зависимости от назначения чугуна последний перевозится от доменных печей чугуновозами в жидком виде либо в сталеплавильные цехи, либо на разливочные машины (при выплавке товарного чугуна).

Возможно Вас так же заинтересуют следующие статьи: comments powered by HyperComments

Доменная печь — Minecraft Wiki

Да (13) (в активном состоянии)

Частично (когда активно)

Доменная печь — это блок, который плавит руду, металлическую броню и инструменты, аналогично печи, но с удвоенной скоростью.Он также служит блоком на сайте оружейника.

.Анатомия доменной печи

№ 1 — В основе работы сталелитейного завода — Официальный отдел новостей POSCO

POSCO управляет двумя металлургическими комбинатами в Корее — в Пхохане и Гванъяне, и доменные печи составляют основу работы этих сталелитейных заводов. Всего на сталелитейном заводе POSCO 9 доменных печей — четыре в Пхохане и пять в Гванъяне. Доменная печь №1 в Кванъяне с внутренней емкостью 6000 кубических метров имеет самую большую производственную мощность в мире.

Доменная печь производит жидкий чугун, и она незаменима для работы металлургического завода.Его высота составляет 110 метров, а масштаб огромен.

Все стальные изделия, которые мы видим в повседневной жизни, сделаны из расплавленного чугуна. Однако, кроме этого простого факта, мы действительно мало что знаем о доменной печи, поскольку то, что видно, — это ее колоссальный стальной внешний вид, а не внутренняя часть.

Что внутри доменной печи и как она работает, с какой технологией? Чтобы помочь разобраться в деталях взрывных работ, POSCO Newsroom представляет «Анатомию доменной печи №1 — в основе работы металлургического завода».’

l Земля, огонь и ветер: три элемента расплавленного железа

Откуда рождается расплавленное железо? Это Земля, огонь и ветер — эти три элемента объединяются в доменной печи, чтобы создать расплавленное железо. Как именно? Давай выясним.

Во-первых, железная руда, сырье для производства стали, поступает с Земли. Большинство железных руд — гематит, магнетит, лимонит — содержат в среднем 60% железа (Fe). Прежде чем железная руда попадет в доменную печь, она подвергается «спеканию», в результате чего чистая железная руда становится более компактной и подходящей по размеру.

Спеченная железная руда становится «агломератом». Железная руда идеального размера сразу после добычи называется крупнокусковой. Руды в микроскопических масштабах гранулируются, которые называются «окатышами». материалы в качестве сырья. Также используется вспомогательное сырье, такое как известняки.

Теперь доменная печь будет плавить все сырье и извлекать только железо (Fe), а кокс и угольная пыль являются сырьем.

Кокс — это серое, твердое и пористое топливо, получаемое путем нагрева угля до 1000 ℃. Внутри печи кокс является основным источником тепла для плавления различных материалов. Он также действует как восстановитель, раскисляющий железную руду. Пылевидный уголь — это кусок угля, раздробленный на мелкие кусочки размером 0,125 мм или меньше. Из этих двух пылевидный уголь является более экономичным вариантом.

Само по себе сырье и топливо не создают магическим образом расплавленное железо. Им понадобится горячий воздух внутри доменной печи — горячий воздух с температурой около 1200 ℃.Затем топливо и сырье, лежащие внутри печи, буквально взлетают внутрь печи! Чтобы лучше понять процесс, давайте разрежем доменную печь пополам и заглянем внутрь.

Так выглядит доменная печь. Что именно происходит внутри доменной печи?

Топливо и сырье входят в топку через верхнее отверстие. Вращающийся желоб равномерно распределяет материалы, высаживая их точно в нужное место. Затем слой топлива и сырья поочередно — слой топлива, слой сырья и т. Д.Вместе они создают более 40 слоев топлива и сырья.

На дне доменной печи горячий воздух с температурой 1200 ℃ нагревает материалы и топливо. Горячий воздух с силой 4,0 бар вызывает такую ​​силу, что материалы взлетают в воздух. Из-за высокой температуры кокс химически растворяет сырье.

Эти процессы производят расплавленное железо, шлак и побочный газообразный продукт, на этой стадии они все еще смешиваются. Затем побочный газ поднимается вверх, а расплавленный чугун и шлак опускаются вниз.После фильтрации через пылесборники газ превращается в источник энергии для сталелитейных заводов. Что касается шлака и жидкого чугуна, то каждый из них разделяется на гранулирование шлака и выплавку стали. С того момента, как сырье попадает в печь, требуется около шести с половиной часов, чтобы материалы превратились в расплавленное железо.

л А побочные продукты? Переработка, переработка и переработка

Побочные газы, образующиеся внутри доменной печи, выбрасываются через верхнюю трубу, в основном это монооксид углерода, диоксид углерода и азот.На каждую тонну выплавленного чугуна печь выделяет около 1600 кубометров газа. Газы проходят очистку через первичный и вторичный пылеуловители. Очищенные газы используются для питания различных объектов металлургических заводов. Таким образом POSCO самостоятельно производит 74% электроэнергии для своих сталелитейных заводов.

Другие побочные продукты внутри печи также включают такие ингредиенты, как диоксид кремния (диоксид кремния), которые не входят в состав необходимых ингредиентов для производства расплавленного железа.Чтобы отделить кремнезем от железной руды, во время спекания добавляют известняк. Оказавшись внутри печи, известняк соединяется с кремнеземом и падает на пол. Смесь легче расплавленного железа, поэтому она располагается выше расплавленного железа. Эта смесь — еще один побочный продукт сталеплавильного производства — шлак.

Куда попадает шлак? Шлак POSCO перерабатывается на 100% в виде удобрений и цемента. Доменный шлак богат кремниевой кислотой — прекрасным удобрением для выращивания риса. Всего в 2018 году в сельском хозяйстве было использовано 3

тонн шлака POSCO.

POSCO также разработала POSMENT, экологически чистый цемент с повышенным содержанием шлака, который снижает выбросы CO2 до 60%. В целом 10,69 миллиона тонн шлака POSCO способствовали сокращению 8,39 миллиона тонн чистых выбросов парниковых газов.

л Доменная печь устарела?

Поскольку доменные печи существуют так давно, они могут показаться устаревшими. Однако печь полна сложной техники.

Утонченность начинается с того момента, когда сырье попадает в доменную печь.Посадка их в точных местах требует передовых технологий. Точный расчет имеет решающее значение во всех процедурах — порядок вставки, какие размеры, сколько, где и в какие сроки. На основании этих расчетов угол поворота желоба регулируется так, чтобы сырье и топливо равномерно распределялись внутри печи.

Другая часть технологии печи предполагает ввод горячего воздуха в печь через более 40 отверстий. Время должно быть стабильным. Для повышения производительности в горячий воздух иногда добавляют чистый кислород.Существует также установка, производящая горячий воздух, называемая горячей печью. В качестве источника энергии для горячей печи используется побочный газ, производимый в доменной печи — 100% переработанный. Такая экологичная технология лежит в основе конкурентоспособности POSCO.

Поскольку смеси твердых тел, жидкостей и газов вызывают множество химических реакций, может быть трудно точно предсказать, что происходит внутри печи. Однако, имея 46-летний опыт эксплуатации доменных печей, компания POSCO располагает надежной системой для прогнозирования состояния печей.В POSCO состояние доменных печей можно контролировать с помощью оперативных данных, таких как температура печи, давление и состояние производства жидкого чугуна. Поскольку доменная печь работает круглосуточно и без выходных, поддержание стабильного состояния имеет решающее значение для безопасной и экономичной работы сталелитейного завода.

л Доменная печь в современной истории Кореи

Неудивительно, что доменная печь №1 в Пхохане была названа национальным экономическим достоянием Кореи — за огромный вклад, который она внесла в общий экономический рост Кореи.

В 1960-е годы, когда вся страна еще не оправилась от ран войны, доменная печь POSCO дала возможность не только вывести страну из крайней нищеты, но и сохранить надежду.

Даже сейчас доменная печь Pohang №1 производит расплавленное железо точно так же — как в то время, когда золотой расплавленный чугун вылился из крана доменной печи Pohang №1 впервые. Первоначальное настроение времени могло исчезнуть, но взрывная операция продолжается.

Рецепт доменной печи Minecraft: как сделать доменную печь Minecraft

Что такое доменная печь Minecraft? И, раз уж мы это делаем, как сделать доменную печь в Minecraft? В блочной вселенной Mojang есть чему поучиться, и процесс плавления предметов является одним из них.

Этот специализированный инструмент работает аналогично обычной печи, но вы можете использовать его только для плавки руды и определенных доспехов и инструментов. Более того, он может делать это в два раза быстрее.

В этом руководстве мы познакомим вас с рецептом доменной печи Minecraft, который позволяет вам создать это полезное приспособление и все его различные приложения. Итак, приступим к приготовлению.

Как создать доменную печь Minecraft

(Изображение предоставлено Mojang)

Создать доменную печь относительно легко, если у вас есть необходимые ингредиенты. Вам понадобится одна печь, пять железных слитков и три куска гладкого камня.

Стандартная печь может быть сделана из восьми кусков булыжника, что довольно распространено.Если вы в затруднении, просто покопайтесь немного, и вскоре вы наткнетесь на них.

Вы можете получить железные слитки, переплавляя блоки железной руды. Вы также можете сделать один, объединив девять железных самородков, но, честно говоря, это больше хлопот, чем того стоит.

Наконец, сделайте гладкий камень, дважды приготовив булыжник. В первый раз он превращается в камень, а во второй — в гладкий камень. Смешайте их все вместе, и все готово.

Как использовать доменную печь в Minecraft

(Изображение предоставлено Mojang)

Использование доменной печи более или менее похоже на использование обычной печи.Просто добавьте немного топлива в нижнюю левую часть и следуйте за ним с плавящимся элементом в верхнем левом разделе.

Помните, доменные печи могут только плавить вещи. Но, хотя они делают это с удвоенной скоростью, он также расходует топливо с удвоенной скоростью. Но можно ли действительно оценить сэкономленное время?

Самый распространенный способ использования доменной печи — это плавить блоки руды в слитки, но вы также можете использовать их для плавления оружия, инструментов и брони. Все остальное должно пройти через обычную печь.

сталь | Состав, свойства, типы, марки и факты

Основной металл: железо

Изучение производства и структурных форм железа от феррита и аустенита до легированной стали. Железная руда — один из самых распространенных элементов на Земле, и одно из основных ее применений — производство стали. В сочетании с углеродом железо полностью меняет свой характер и становится легированной сталью. Encyclopædia Britannica, Inc. Смотрите все видео к этой статье

Основным компонентом стали является железо, металл, который в чистом виде не намного тверже меди.За исключением крайних случаев, железо в твердом состоянии, как и все другие металлы, является поликристаллическим, то есть состоит из множества кристаллов, которые соединяются друг с другом на своих границах. Кристалл — это упорядоченное расположение атомов, которое лучше всего можно представить как сферы, соприкасающиеся друг с другом. Они упорядочены в плоскостях, называемых решетками, которые определенным образом пронизывают друг друга. Для железа структуру решетки лучше всего представить в виде единичного куба с восемью атомами железа в углах. Для уникальности стали важна аллотропия железа, то есть его существование в двух кристаллических формах.В объемно-центрированной кубической структуре (ОЦК) в центре каждого куба находится дополнительный атом железа. В расположении гранецентрированного куба (ГЦК) есть один дополнительный атом железа в центре каждой из шести граней единичного куба. Существенно, что стороны гранецентрированного куба или расстояния между соседними решетками в ГЦК-схеме примерно на 25 процентов больше, чем в ОЦК-схеме; это означает, что в структуре ГЦК больше места, чем в структуре БЦК, для хранения посторонних ( i.е., легирование ) атомов в твердом растворе.

Железо имеет аллотропию ОЦК ниже 912 ° C (1674 ° F) и от 1394 ° C (2541 ° F) до точки плавления 1538 ° C (2800 ° F). Называемое ферритом, железо в его ОЦК-образовании также называется альфа-железом в более низком температурном диапазоне и дельта-железом в более высокотемпературной зоне. Между 912 ° и 1394 ° C железо находится в порядке ГЦК, которое называется аустенитом или гамма-железом. Аллотропное поведение железа сохраняется, за некоторыми исключениями, в стали, даже когда сплав содержит значительные количества других элементов.

Существует также термин бета-железо, который относится не к механическим свойствам, а к сильным магнитным характеристикам железа. При температуре ниже 770 ° C (1420 ° F) железо является ферромагнитным; температуру, выше которой он теряет это свойство, часто называют точкой Кюри.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

В чистом виде железо мягкое и, как правило, не используется в качестве конструкционного материала; основной метод его упрочнения и превращения в сталь — добавление небольшого количества углерода.В твердой стали углерод обычно присутствует в двух формах. Либо он находится в твердом растворе в аустените и феррите, либо находится в виде карбида. Форма карбида может быть карбидом железа (Fe ₃ C, известный как цементит) или карбидом легирующего элемента, такого как титан. (С другой стороны, в сером чугуне углерод проявляется в виде хлопьев или кластеров графита из-за присутствия кремния, который подавляет образование карбидов.)

Эффект углерода лучше всего иллюстрируется диаграммой равновесия железо-углерод.Линия A-B-C представляет точки ликвидуса (, то есть , температуры, при которых расплавленное железо начинает затвердевать), а линия H-J-E-C представляет точки солидуса (при которых затвердевание завершается). Линия A-B-C указывает на то, что температуры затвердевания снижаются по мере увеличения содержания углерода в расплаве железа. (Это объясняет, почему серый чугун, содержащий более 2 процентов углерода, обрабатывается при гораздо более низких температурах, чем сталь.) Расплавленная сталь, например, с содержанием углерода 0.77 процентов (показано вертикальной пунктирной линией на рисунке) начинают затвердевать при температуре около 1475 ° C (2660 ° F) и полностью затвердевают при температуре около 1400 ° C (2550 ° F). С этого момента все кристаллы железа находятся в аустенитном — т. Е. ГЦК — расположении и содержат весь углерод в твердом растворе. При дальнейшем охлаждении происходит резкое изменение примерно при 727 ° C (1341 ° F), когда кристаллы аустенита превращаются в тонкую пластинчатую структуру, состоящую из чередующихся пластинок феррита и карбида железа.Эта микроструктура называется перлитом, а изменение называется эвтектоидным превращением. Перлит имеет твердость алмазной пирамиды (DPH) приблизительно 200 килограммов-сил на квадратный миллиметр (285 000 фунтов на квадратный дюйм), по сравнению с DPH 70 килограммов-сил на квадратный миллиметр для чистого железа. Охлаждение стали с более низким содержанием углерода (, например, 0,25 процента) дает микроструктуру, содержащую около 50 процентов перлита и 50 процентов феррита; он мягче, чем перлит, с DPH около 130.Сталь с содержанием углерода более 0,77 процента, например 1,05 процента, содержит в своей микроструктуре перлит и цементит; он тверже перлита и может иметь DPH 250.

Диаграмма равновесия железо-углерод. Encyclopædia Britannica, Inc. .

Доменная печь: что это такое и как она работает

Вот уже на протяжении нескольких столетий домны являются основными агрегатами для обработки железорудных материалов и, несмотря, что их использовали еще в Древнем Китае, они актуальны и сегодня. Доменные печи – крупные металлоплавильные агрегаты шахтного типа, предназначенные для выплавки чугунов и ферросплавов. Принцип работы основан на противотоке движущихся вверх раскаленных восстановительных газов и загружаемой шихты, а ключевой особенностью является непрерывность плавочного процесса.

Конечно, с годами их конструкция претерпевала различные изменения. Домны модернизировались, совершенствовались и изготавливались с применением разных материалов, тем не менее их принцип работы был, есть и остается неизменным. И, несмотря на высокий уровень современных технологий, в ближайшие десятилетия доменный процесс все еще будет оставаться одним из основных способов производства в черной металлургии.

История появления доменной печи

Железо (Fe) является четвертым элементом по степени распространенности на Земле. Но на нашей планете оно не встречается в чистой элементарной форме, ну разве что в составе упавших метеоритов. Поэтому люди стали получать его методом восстановления из железосодержащих руд, представляющих собой окиси и углекислые соли закиси Fe. И так как элементарная связь между Fe и O₂ довольно прочная, первым изобретателям пришлось методом проб и ошибок создавать первые и, возможно, не совсем эффективные плавильные агрегаты и использовать для получения высоких температур древесный уголь, который в древности был единственным источником энергии.

Учитывая уровень современных технологий, тяжело понять, как можно было пользоваться доменной печью при отсутствии мощных скиповых подъемников, многочисленных приборов и датчиков, без природного газа и пылеугольного топлива. Тем не менее, по всему миру сохранилось довольно большое количество доменных печей, построенных еще в XVII-XIX веках. Большинство из них представляют собой объекты исторического наследия и являются экспонатами музеев под открытым небом. Но самые первые домны были созданы в Китае, о чем свидетельствуют чугунные изделия, изготовление которых датируется еще V веком до нашей эры.

Китай

Многочисленные чугунные артефакты, найденные в разные годы в Китае, и ранние тибетские писания позволяют говорить о том, что именно на территории современной КНР впервые был изобретен и освоен доменный процесс. Причем зарождение домны и начало производства чугуна в Китае связывают с культурой царства Шанг Шунг.

Сегодня нельзя доподлинно установить, какое было устройство доменной печи в древнем Китае. Известно лишь, что ранние конструкции имели глиняные стены, а их домница имела форму двух усеченных конусов, соединенных большими основаниями. Малая мощность воздуходувных средств ограничивала возможное увеличение шахты печи по высоте, поэтому печи были высотой от 2 метров. Останки самых крупных и достигавших почти 10 метров в высоту агрегатов были найдены в провинциях Гуандун и Сыньчуан. Также из некоторых источников известно, что:

• в 500 г. до н. э. местные умельцы научились доводить температуру воздействия на шихту до 1130°С;
• к 300 г. до н. э. доменный чугун начинает широко использоваться в Поднебесной для изготовления оружия, инструментов и сельскохозяйственных орудий;
• в XI веке из-за возрастающих объемов выплавки чугуна в империи Сун началась массовая вырубка деревьев. И древесный уголь, единственное топливо для домны тех времен, начинают заменять на битуминозный каменный.

Средневековая Европа

В XII и XIII веке на территории Штирии (нынешняя Австрия) для получения черных металлов за счет химического восстановления железа из руды использовалась сыродутная печь (штукофен). Она функционировала почти так же, как работает доменная печь, что позволяет считать ее если не прототипом, то предшественником таковой.

Ближе к XV веку домны возводятся в Швейцарии, Швеции, Вестфалии и Англии. Высота их достигает 5 метров, а при обслуживании уже используются разнообразные механизированные средства. И хотя подача воздуха осуществлялась клинчатыми мехами, управляемыми гидроприводом, все же это не могло обеспечить высокую интенсивность плавки, и суточная производительность домны на то время в лучшем случае составляла 1,0…1,2 тонны.

Существует несколько гипотез о том, как доменное производство появилось в Европе. По одной из версий технология могла быть украдена у китайцев, по другой – перенята у народов, заселявших территории к югу от Каспийского моря. Зато все историки сходятся во мнении, что существенный вклад в развитие доменного производства в Европе внесли цистерцианцы. Монахи этого католического ордена активно занимались хозяйственной деятельностью и были лучшими металлургами в средневековье. Даже в примитивных доменных печах того времени цистерцианцы смогли добиться высокой эффективности в переплавке руды на чугун, о чем свидетельствуют найденные при раскопках остатки шлака с очень низким содержанием железа.

Современный этап

Дальнейшее становление и развитие доменного производства уже относится к XVIII-XX векам. И значительную роль в этом сыграли крупные научно-технические достижения. Среди них:

• получение в 1735 году младшим А. Дерби патента на коксование каменного угля;
• создание Д. Уайттом в 1784 универсального парового двигателя;
• разработка в 1828 году Д. Нельсоном технологии нагрева дутья перед подачей в домну;
• изобретение в 1850 году для загрузки шихты засыпного устройства типа «воронка-конус»;
• получение в период 1867…1871 Г. Бессемером патентов на плавку чугуна с высоким давлением внутри печи и на технологию работы домны на обогащенном кислородном дутье.

Паросиловые установки и агрегаты стали широко использоваться для нагрева и подачи дутья в домну, а также позволили значительно сократить использование угля и заменять его антрацитом. Но все же, несмотря на многочисленные инновации, основным топливом для доменной печи был и остается кокс. Именно его использование стало для металлургии ключевым фактором и основой для индустриальной революции XIX века, а коксовые домны работают по сей день.

Доменные печи также использовались для выплавки цинка. В отличие от печей, выплавляющих железо, они несколько ниже, не имеют огнеупорной футеровки в боковых стенах и абсолютно герметичны. Но из-за высокой себестоимости цинковые доменные печи почти не применяются.

В результате многочисленных разработок и внедренных идей доменное производство претерпело громадные качественные изменения, а увеличение объемов производства чугуна и стали привело к созданию высокопроизводительных доменных печей.

Схема доменной печи

А теперь пробуем более детально разобраться, что такое доменная печь. Ведь интересно, что же скрыто за мощной футеровкой и многочисленными техническими площадками, которые опоясывают домменую печь по всему периметру.

Домна – это плавильный агрегат шахтного типа и непрерывного действия, в котором все теплообменные, плавильные и восстановительные процессы осуществляются в потоке движущихся навстречу друг другу кусковых материалов шихты и восстановительных газов. Агрегаты могут отличаться объемами рабочего пространства, уровнем производительности и размерами, но в целом у них всех идентичная конструкция. А типовая схема доменной печи включает такие элементы как колошник, шахту, распар, заплечики, горн и лещадь.

Колошник

Это цилиндрическая часть расположена вверху печи. Через нее осуществляется загрузка и распределение шихты, поэтому колошник испытывает ударные и абразивные воздействия от ссыпающихся с большого конуса железорудных материалов, кокса и флюса. А как устройство он имеет сложную многоэтажную конструкцию, в которую входит загрузочное устройство, система газоотводов с клапанами, минициклоны и трубопроводная система выравнивания давления.

Шахта

Это самая большая по объему и наименее стойкая часть печи, имеющая форму усеченного конуса. Именно в шахте происходят основные физико-химические процессы взаимодействия между твердыми шихтовыми материалами и газами. И ее значительная высота обусловлена тем, что при движении материалов должно произойти наибольшее косвенное восстановление оксидов железа, а это достигается длительным пребыванием материалов в шахте. Если высота недостаточна, материалы переходят в нижнюю часть печи слабо восстановленными, а чтобы обеспечить высокую газопроницаемость столба шихты на протяжении всего плавильного процесса, шахта расширяется сверху вниз.

Распар

Цилиндрическая часть печи, имеющая наибольший диаметр и обеспечивающая плавный переход шахты в заплечики. В профиле домны распар расположен в соответствии с началом этапа шлакообразования. За счет его широких габаритов снижается скорость движения газов в зоне шлакообразования и предупреждается подвисание шихты, так как в момент перехода железорудных материалов в тестообразные массы снижается проницаемость слоя шихты и возрастает гидродинамическое сопротивление.

Заплечики

Эта часть печи имеет форму перевернутого усеченного конуса. Это позволяет направить газовые потоки из зоны горения в «рудный гребень» и замедляет темп движения шихтового столба вниз.

Горн

Он представляет собой нижнюю цилиндрическую часть домны и состоит из двух частей: фурменной зоны и металлоприемника. В фурменной зоне находятся фурменные отверстия и приборы, посредством которых в домну под давлением подается нагретое воздушное дутье. А в металлоприемнике, собирающем жидкий чугун и шлак, расположены отверстия для их выпуска.

Лещадь

Это подина металлоприемника. Учитывая массогабаритные параметры и принцип работы доменной печи, лещадь является одним из ее наиболее ответственных элементов. Она испытывает значительное гидростатическое давление и температурные напряжения и поэтому выполняется из углеродистого и высокоглиноземистого материала и имеет особый вид охлаждения.

Фундамент

Доменная печь представляет собой уникальное сооружение, имеющее колоссальную массу. Иногда на 1 м 3 ее полезного объема может доходить до 12…15 тонн весовой нагрузки, создаваемой конструкцией самой печи, загруженной шихтой и расплавом. Чтобы передать такую нагрузку на грунт равномерно, минимизировать осадку и термическое старение, фундамент доменной печи возводится двухслойным: нижняя часть представляет собой массивную подошву, верхняя – пень.

Подошва выполняется из бетона марки не ниже 400 и гравийного наполнителя. Консольные части ее армируются сталью. Пень выполняется из более огнеупорных материалов и заключается в цилиндрический кожух, поверх которого создается стакан из шамотного огнеупора.

Конструктивные размеры типовых доменных печей

Размеры профиля

Полезный объем печи, м 3

https://blogsummit.ru/raznoe/kakoj-produkt-domennogo-processa-idet-na-pereplavku-v-stal.html