основные физико-химические процессы происходящие в доменной печи
Основные физико-химические процессы в доменной печи
Доменная печь – это сложная система‚ в которой происходят многочисленные физико-химические процессы‚ направленные на восстановление железа из руды. В печи происходит взаимодействие между твердыми‚ жидкими и газообразными веществами‚ что приводит к образованию чугуна и шлака.
1. Подготовка материалов
Перед загрузкой в доменную печь материалы проходят тщательную подготовку‚ от которой зависит эффективность всего процесса. Руда‚ кокс и флюсы подвергаются различным операциям‚ чтобы обеспечить оптимальные условия для протекания реакций в печи.
- Подготовка железной руды⁚ Руда‚ как правило‚ содержит примеси‚ которые могут негативно влиять на процесс выплавки чугуна. Поэтому руду подвергают обогащению‚ чтобы повысить содержание железа и удалить вредные примеси. Это может включать дробление‚ измельчение‚ магнитную сепарацию‚ флотацию и другие методы.
- Подготовка кокса⁚ Кокс – это твердое топливо‚ используемое в качестве восстановителя и источника тепла в доменной печи. Он должен обладать определенными свойствами‚ такими как высокая прочность‚ низкая зольность и хорошая реакционная способность. Перед загрузкой в печь кокс подвергают сортировке‚ чтобы обеспечить равномерное распределение по размеру.
- Подготовка флюсов⁚ Флюсы – это вещества‚ которые добавляют в шихту для регулирования состава шлака. Шлак – это расплавленный продукт‚ который образуется в доменной печи и содержит примеси‚ не вошедшие в чугун. Флюсы помогают снизить температуру плавления шлака и обеспечить его оптимальный состав. В качестве флюсов используют известняк‚ доломит‚ кварцевый песок и другие материалы.
Правильная подготовка материалов – это важный этап‚ который обеспечивает стабильную работу доменной печи и получение качественного чугуна.
2. Процессы в нижней части печи
Нижняя часть доменной печи‚ называемая горном‚ является зоной интенсивного теплообмена и химических реакций. Здесь происходит плавление и разделение шихты на чугун и шлак‚ а также формируется восстановительный газ‚ который поднимается вверх по печи.
- Плавление шихты⁚ В горне температура достигает 1500-1600°C‚ что достаточно для плавления железной руды‚ кокса и флюсов. Расплавленное железо‚ более тяжелое‚ опускается вниз‚ а шлак‚ более легкий‚ всплывает на поверхность.
- Образование чугуна⁚ В горне происходит восстановление железа из руды. Углерод из кокса реагирует с оксидами железа‚ образуя жидкое железо. Этот процесс называется прямое восстановление.
- Образование шлака⁚ Флюсы‚ добавленные в шихту‚ взаимодействуют с примесями руды‚ образуя расплавленный шлак. Шлак играет важную роль в очистке чугуна от примесей и обеспечивает стабильное функционирование доменной печи.
- Формирование восстановительного газа⁚ В горне происходит горение кокса‚ в результате которого образуется восстановительный газ‚ состоящий в основном из CO и H2. Этот газ поднимается вверх по печи и участвует в восстановлении железа в шахте.
Процессы в нижней части печи являются ключевыми для получения качественного чугуна и шлака.
3. Процессы в шахте печи
Шахта доменной печи – это основная часть печи‚ где происходит восстановительный процесс и формируется чугунная масса. В шахте происходит противоточный контакт восстановительного газа‚ поднимающегося снизу‚ с шихтой‚ опускающейся сверху.
- Подготовка шихты⁚ В верхней части шахты шихта нагревается и подготавливается к дальнейшим процессам. Она проходит через зоны прогрева‚ где происходит сушка и удаление влаги‚ а также частичное восстановление руды.
- Восстановление железа⁚ Восстановительный газ‚ поднимающийся из горна‚ взаимодействует с оксидами железа в шихте‚ восстанавливая их до металлического железа. Этот процесс происходит в несколько этапов‚ начиная с образования FeO и заканчивая получением чистого железа.
- Образование шлака⁚ В шахте также происходит образование шлака‚ который взаимодействует с оставшимися оксидами железа‚ предотвращая их повторное окисление.
- Формирование чугунной массы⁚ В нижней части шахты‚ где температура достигает 1200-1300°C‚ восстановленное железо начинает плавиться и формирует чугунную массу‚ которая опускается в горн.
Процессы в шахте печи играют ключевую роль в получении качественного чугуна‚ определяя его химический состав и механические свойства.
4. Выплавка чугуна
Горн доменной печи – это нижняя часть печи‚ где происходит окончательное плавление и образование чугуна. В горне температура достигает 1500-1600°C‚ что позволяет расплавить железо и другие компоненты шихты.
- Расплавление железа⁚ В горне чугунная масса‚ сформированная в шахте‚ окончательно расплавляется под воздействием высокой температуры.
- Образование шлака⁚ В горне также происходит образование шлака‚ который взаимодействует с оставшимися оксидами железа‚ предотвращая их повторное окисление. Шлак‚ будучи менее плотным‚ чем чугун‚ плавает на поверхности расплавленного металла.
- Насыщение чугуна углеродом⁚ В горне чугун насыщается углеродом‚ который поступает из кокса. Углерод растворяется в жидком железе‚ придавая ему характерные свойства чугуна.
- Удаление примесей⁚ В горне также происходит удаление примесей из чугуна. Примеси‚ такие как сера‚ фосфор и кремний‚ взаимодействуют с шлаком и удаляются из расплавленного металла.
Процессы в горне печи играют ключевую роль в получении качественного чугуна‚ определяя его химический состав и механические свойства.
