Доменная печь — металлургическое оборудование¶

Доменная печь — это разновидность шахтной плавильной печи непрерывного действия, предназначенная для получения чугуна из железорудного сырья путём восстановления руды твёрдым топливом (коксом) в потоке горячего воздуха. Доменные печи относятся к числу крупнейших металлургических агрегатов: современные печи имеют высоту до 35—40 м, внутренний диаметр до 12—14 м и объём рабочего пространства до 5000 м³, а их производительность достигает 10—15 тыс. тонн чугуна в сутки.

¶Принцип работы

В доменной печи одновременно протекают два взаимосвязанных процесса: химический (восстановление железа из руды) и тепловой (сжигание топлива). Печь загружают шихтой — чередующимися слоями железорудного сырья (агломерата, окатышей, руды) и кокса. Снизу через специальные устройства — фурмы — подают горячий дуть с температурой 1000—1300 °C. Кислород дутья сжигает кокс, в результате чего образуется горячий восстановительный газ (СО), который, поднимаясь вверх по печи, восстанавливает оксиды железа:

Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂

В нижней, распаренной зоне температура достигает 1900—2000 °C. Расплавленный чугун и шлак стекают в нижнюю часть печи — куб, разделённый на два отделения: чугунное и шлаковое. Через летки чугун периодически выпускают в ковш, а шлак — в шлаковую чашу. Верхние продукты — доменный газ — отводят через газоотводы и используют как топливо для подогрева дутья и других нужд комбината.

¶Устройство

Основные элементы доменной печи:

• Верхняя часть (апарель) — устройство загрузки шихты через колокол и аппарат, обеспечивающий герметичную подачу материалов.
• Шахта — основная часть печи, где происходит восстановление железа и плавление шихты.
• Распар — расширенная зона, в которой интенсивно плавится шлак и формируются циркуляционные потоки газа.
• Зона фурм — нижняя часть, где подаётся дутьё и сгорает кокс.
• Горн — нижняя конусная часть, где скапливаются жидкие продукты плавки.
• Воздухонагреватели (кауперы) — установки для предварительного нагрева дутья. Каждая печь обслуживается, как правило, тремя-четырьмя кауперами.

¶Классификация

Доменные печи классифицируют по нескольким признакам:

Передельный чугун перерабатывают в сталь в мартеновских печах или конвертерах, литейный используется для производства чугунного литья.

¶История

Первые доменные печи появились в Европе в XIV веке. В России доменное производство зародилось в XVI веке: первые печи были построены на Урале — в Невьянске (1630-е годы), затем в Карелии (Пудожгорский, Александровский заводы). Расцвет русского доменного производства связан с именем П. Г. Соболевского и Н. В. Пастухова, а в XIX веке — с деятельностью П. П. Аносова и Д. К. Чернова на Уральских заводах.

В XIX веке произошла революция в доменном деле: внедрение горячего дутья (1828, Джеймс Бомонт), коксовой плавки, а затем — открытый способ производства стали (Генри Бессемер, 1856). В СССР доменное производство было развито в Донбассе (Мариуполь, Макеевка), ЦЧР (Липецк, Тула), на Урале (Магнитогорск, Нижний Тагил) и в Сибири (Красноярск, Новокузнецк). Печь «Комсомолец» на Магнитогорском комбинате (1930-е годы) стала одной из крупнейших в мире.

¶Экология и современное развитие

Доменные печи — источник значительных выбросов: пыли, оксидов серы, азота, углекислого газа. На современных комбинатах устанавливают газоочистные установки, рекуператоры тепла, системы улавливания пыли. Ведутся работы по снижению углеродного следа: внедряется продувка кислородом вместо воздуха, изучаются технологии водородного восстановления железа (DRI/H₂), позволяющие заменить кокс водородом.

В России крупнейшими производителями чугуна являются «Северсталь», «НЛМК», «ММК», «ЕВРАЗ», «Металлоинвест» и «Трубная металлургическая компания».

¶Источники

• Кубасов Л. С. «Доменное производство» — М.: Металлургия, 1987.
• Руднев Н. Н. «Доменные процессы» — М.: Металлургия, 1978.
• Гущин А. А. «Доменное производство» — М.: Высшая школа, 1987.
• Большая советская энциклопедия, статья «Доменная печь».
• Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона.