физико-химические процессы протекающие в доменной печи

Физико-химические процессы в доменной печи

Доменная печь, это сложная система, в которой происходят многочисленные физико-химические процессы, направленные на восстановление железа из железной руды. В ней одновременно протекают процессы горения топлива, плавления и восстановления руды, а также образование шлака.

1. Подготовка сырья и загрузка в печь

Для успешного протекания процессов в доменной печи важно правильно подготовить сырье и загрузить его в печь. Основными компонентами шихты, загружаемой в доменную печь, являются⁚

• Железная руда⁚ содержит оксиды железа (Fe₂O₃, Fe₃O₄, FeO), которые подлежат восстановлению до металлического железа. Качество руды определяет эффективность процесса восстановления и качество получаемого чугуна.
• Кокс⁚ служит топливом для поддержания высокой температуры в печи и восстановителем для железа. Кокс должен обладать высокой прочностью, чтобы выдерживать давление шихты, и низким содержанием серы, чтобы не загрязнять чугун.
• Флюс⁚ вводится для регулирования состава шлака. Флюс (обычно известняк или доломит) способствует плавлению и удалению примесей из руды. Правильный выбор флюса обеспечивает оптимальный состав шлака, который должен быть легкоплавким и не забивать горн печи.
• Другие добавки⁚ могут включать в себя обогащенные руды, окатыши, брикеты, агломерат, и другие материалы, которые могут улучшить качество шихты и повысить эффективность процесса.

Сырье перед загрузкой в печь подвергается тщательной подготовке. Железная руда обогащается, измельчается и иногда агломерируется, чтобы повысить ее содержание железа и улучшить ее свойства. Кокс обжигается для удаления летучих веществ и повышения его прочности. Флюс измельчается и смешивается с другими компонентами шихты в определенных пропорциях.

Загрузка шихты в печь осуществляется непрерывно, с помощью специальных механизмов. Шихта загружается слоями, чередуя кокс, руду и флюс. Правильное чередование слоев обеспечивает равномерное распределение тепла, хорошее прохождение газов и эффективное протекание процессов в печи.

2. Процессы в нижней части печи

Нижняя часть доменной печи, называемая горном, является зоной интенсивных физико-химических процессов. Здесь происходит горение кокса, плавление шихты, восстановление железа и образование шлака.

Горн печи оснащен воздуходувными устройствами, которые подают в печь горячий воздух, обогащенный кислородом. Этот воздух, называемый дутьем, вступает в реакцию с коксом, вызывая его горение. При горении кокса выделяется большое количество тепла, которое необходимо для плавления шихты и протекания последующих химических реакций.

В горне печи происходит плавление шихты. Под воздействием высокой температуры руда, кокс и флюс плавятся, образуя жидкую массу. В процессе плавления происходит восстановление железа из оксидов. Восстановление железа осуществляется за счет взаимодействия оксидов железа с углеродом кокса. Этот процесс происходит в несколько стадий, с образованием промежуточных соединений железа.

В горне печи также образуется шлак. Шлак представляет собой расплавленную массу, состоящую из извести, кремнезема, глинозема и других примесей. Шлак плавится при более низкой температуре, чем железо, и собирается на поверхности расплавленного металла. Шлак выполняет важную роль, удаляя из металла примеси и защищая его от окисления.

Процессы в горне печи протекают при высокой температуре, которая достигает 1600-1700°C. Эта температура обеспечивает интенсивное протекание химических реакций и формирование жидкого чугуна и шлака.

3. Процессы в шахте печи

Шахта доменной печи представляет собой вертикальную часть печи, расположенную над горном. В ней происходит подготовка шихты к плавлению и продолжается процесс восстановления железа; Шахта является основной зоной контактного взаимодействия шихтовых материалов, газов и твердых частиц.

По мере движения шихты вниз по шахте, она постепенно нагревается газами, восходящими из горна. Нагревание шихты происходит в несколько этапов, с повышением температуры от нижней части шахты к верхней. В начале происходит высушивание шихты, затем ее нагревание до температуры разложения карбонатов. Далее начинается восстановление железа из оксидов, которое происходит в несколько стадий, с образованием промежуточных соединений железа.

Процессы восстановления железа в шахте происходят при температуре от 400 до 1000°C. В этом диапазоне температур оксиды железа вступают в реакцию с углеродом кокса, образуя железо и угарный газ. Процесс восстановления железа проходит в несколько стадий, с образованием промежуточных соединений железа, таких как FeO, Fe3O4 и Fe2O3. В верхней части шахты восстановление железа проходит в основном за счет угарного газа, а в нижней части ─ за счет твердого углерода кокса.

В шахте печи также происходит процесс спекания шихтовых материалов. Спекание — это процесс слипания частиц шихты под воздействием высокой температуры. Спекание способствует более равномерному прохождению шихты через печь и улучшению условий восстановления железа.

Шахта доменной печи является важным элементом процесса производства чугуна. В ней происходят основные процессы подготовки шихты к плавлению и восстановления железа.

4. Процессы в горне печи

Горн доменной печи — это самая нижняя часть печи, где происходит плавление шихты и образование чугуна. В горне температура достигает 1500-1600°C, что обеспечивает плавление шихтовых материалов, включая руду, кокс и флюсы. Горн является ключевой зоной для протекания процессов восстановления железа и образования чугуна.

В горне печи происходит интенсивное горение кокса, который служит топливом и восстановителем. Горячие газы, образующиеся при горении кокса, поднимаются вверх по печи, нагревая шихту и участвуя в процессах восстановления железа. В горне также происходит плавление флюсов, которые способствуют образованию шлака, удаляющего из чугуна вредные примеси.

Процессы в горне печи очень сложны и включают в себя многочисленные физико-химические реакции. В горне происходит не только плавление шихты, но и восстановление железа из оксидов до металлического состояния. Процессы восстановления железа в горне протекают при высокой температуре и в присутствии углерода кокса. В результате этих процессов образуется жидкий чугун, который собирается на дне горна.

Горн доменной печи является центральным элементом процесса производства чугуна. В нем происходят ключевые процессы плавления и восстановления железа, которые определяют качество получаемого чугуна.