основные физико-химические процессы происходящие в доменной печи

Основные физико-химические процессы в доменной печи

Доменная печь ⏤ это высокотемпературный реактор, в котором происходит сложный комплекс физико-химических процессов, приводящих к восстановлению железа из железной руды и получению чугуна․

Подготовка шихтовых материалов

Подготовка шихтовых материалов ⎻ это первый и очень важный этап в производстве чугуна в доменной печи․ От качества и состава шихты напрямую зависит эффективность работы печи, качество получаемого чугуна и уровень выбросов вредных веществ․

К шихтовым материалам относятся⁚

• Железная руда ⏤ основной источник железа․ Она предварительно измельчается и обогащается для повышения содержания железа и снижения содержания вредных примесей․
• Кокс ⏤ топливо для доменной печи, обеспечивающее высокую температуру и восстановительную среду․
• Флюсы ⏤ материалы, добавляемые для регулирования состава шлака и снижения температуры плавления руды․
• Добавки ⏤ материалы, вводимые для улучшения свойств чугуна, например, ферросплавы, руды с высоким содержанием марганца, хрома, никеля․

Перед подачей в печь шихтовые материалы проходят тщательную подготовку, включающую⁚

• Измельчение ⏤ руда, кокс и флюсы измельчаются до определенного размера, обеспечивающего оптимальную скорость газообмена и проницаемость шихты․
• Смешивание ⎻ шихтовые материалы смешиваются в определенных пропорциях, чтобы обеспечить равномерное распределение и оптимальные условия для протекания процессов в печи․
• Дозирование ⏤ шихтовые материалы подаются в печь в строго определенных количествах, которые рассчитываются на основе состава руды, качества кокса и требуемых свойств чугуна․

Правильная подготовка шихтовых материалов является залогом стабильной работы доменной печи и получения качественного чугуна․

Процессы в нижней части печи

Нижняя часть доменной печи, называемая горном, является зоной высоких температур и интенсивных химических реакций; Здесь происходит плавление шихтовых материалов и образование чугуна и шлака․

Основные процессы, протекающие в горне⁚

• Плавление шихтовых материалов⁚ под действием высокой температуры, достигающей 1500-1600 °C, шихтовые материалы плавятся․ Железная руда, кокс и флюсы превращаются в жидкую массу․
• Восстановление железа⁚ в горячем восстановительном газе, содержащем СО и Н2, происходит восстановление железа из оксидов железа, содержащихся в руде․
• Образование чугуна⁚ восстановленное железо растворяется в расплавленном углероде, образуя жидкий чугун․
• Образование шлака⁚ флюсы, вступившие в реакцию с пустой породой руды, образуют жидкий шлак․ Шлак, менее плотный, чем чугун, всплывает на поверхность и удаляется из печи․
• Горение кокса⁚ кокс, являющийся топливом, сгорает в воздушном дутье, выделяя тепловую энергию, необходимую для поддержания процесса плавления и восстановления железа․

В горне происходит интенсивный теплообмен и массообмен․ Газы, поднимаясь вверх, взаимодействуют с шихтой, обеспечивая ее нагрев и восстановление железа․

Процессы в шахтной части печи

Шахтная часть доменной печи представляет собой вертикальный цилиндр, в котором происходит подготовка шихтовых материалов к плавке․ Здесь происходит ряд важных физико-химических процессов, подготавливающих шихту к дальнейшей переработке в горне․

• Нагрев шихтовых материалов⁚ горячие газы, поднимающиеся из горна, нагревают шихту, постепенно повышая ее температуру․
• Подготовка руды к восстановлению⁚ в шахтной части происходит частичное восстановление железа из оксидов железа, содержащихся в руде․ Это происходит за счет взаимодействия руды с восстановительными газами, поднимающимися из горна․
• Подготовка кокса к горению⁚ кокс, опускающийся в горн, нагревается и частично газифицируется․ Это подготавливает его к эффективному горению в горне․
• Выделение влаги⁚ из шихты удаляется влага, которая поступает с рудой, коксом и другими материалами․
• Подготовка флюсов⁚ флюсы, необходимые для образования шлака, также нагреваются и частично взаимодействуют с рудой, подготавливаясь к образованию шлака в горне․

В шахтной части доменной печи происходит интенсивный теплообмен между шихтой и горячими газами, а также газообмен, подготавливающий шихту к дальнейшим процессам в горне․