Физико-химические процессы в доменной печи

Доменная печь ⸺ это сложный агрегат, в котором происходит множество физико-химических процессов, направленных на восстановление железа из руды․ Эти процессы протекают в разных зонах печи, и каждый из них играет важную роль в получении чугуна․

Подготовка шихтовых материалов

Подготовка шихтовых материалов ⏤ это первый и очень важный этап доменного процесса․ Качество и состав шихты напрямую влияют на характеристики получаемого чугуна, а также на эффективность работы печи․ В качестве шихтовых материалов используются железная руда, кокс, флюсы и топливо․

• Железная руда ⸺ основной источник железа․ Перед загрузкой в печь руду подвергают дроблению и обогащению, чтобы повысить содержание железа и удалить пустую породу․
• Кокс ⏤ топливо и восстановитель․ Он обеспечивает тепло для плавки и реагирует с оксидами железа, высвобождая чистое железо․
• Флюсы ⏤ вещества, добавляемые в шихту для регулирования состава шлака․ Шлак ⸺ это расплавленный продукт, который образуется в печи и собирает в себе нежелательные примеси․ Флюсы помогают сделать шлак более текучим и легче удаляемым из печи․
• Топливо ⏤ в качестве топлива в доменной печи используют кокс, а также в некоторых случаях природный газ․ Топливо обеспечивает тепло для плавки шихтовых материалов и восстановления железа․

Правильное соотношение шихтовых материалов ⸺ ключ к успешному доменному процессу․ Оно определяется составом руды, требованиями к качеству чугуна, а также характеристиками печи․

Процессы в нижней части печи

Нижняя часть доменной печи, называемая горном, представляет собой зону высоких температур и активных химических реакций․ Здесь происходит плавление шихтовых материалов и формирование чугуна и шлака․

• Плавление шихты⁚ При достижении высокой температуры, кокс сгорает, выделяя тепло, которое плавит железную руду, флюсы и остатки кокса․
• Образование шлака⁚ Расплавленные флюсы вступают в реакцию с пустой породой руды и другими примесями, образуя шлак․ Шлак ⸺ это расплавленный силикат, который собирает в себе нежелательные примеси и уменьшает содержание железа в чугуне․
• Восстановление железа⁚ В горне происходит восстановление железа из оксидов․ Кокс выступает в роли восстановителя, отбирая кислород от оксидов железа и превращая их в чистое железо․
• Формирование чугуна⁚ Расплавленное железо вступает в реакцию с углеродом из кокса, образуя чугун․ Содержание углерода в чугуне может варьироваться в зависимости от состава шихты и условий плавки․

Процессы в горне протекают при очень высоких температурах (до 1600 °C) и под давлением газов, образующихся при сгорании кокса․ Это создает специфические условия для реакций и формирования чугуна и шлака․

Процессы в шахте печи

Шахта доменной печи ⏤ это центральная часть печи, где происходит подготовка шихтовых материалов к плавке․ Здесь происходят процессы нагрева, восстановления и подготовки шихты к поступлению в горн․

• Нагрев шихты⁚ Горячие газы из горна поднимаются вверх по шахте и нагревают шихтовые материалы․ Температура в шахте постепенно увеличивается от нижних слоев к верхним․
• Восстановление железа⁚ В шахте происходит частичное восстановление железа из оксидов․ Газы, содержащие угарный газ (CO), вступают в реакцию с оксидами железа, отбирая кислород и превращая их в более низшие оксиды железа․
• Подготовка к плавке⁚ В шахте шихтовые материалы проходят подготовку к плавке․ Они нагреваются, происходит частичное восстановление железа, и они опускаются в горн, где происходит их плавление․

Процессы в шахте печи не так интенсивны, как в горне, но они играют важную роль в подготовке шихты к плавке․ Правильное проведение процессов в шахте обеспечивает эффективную работу доменной печи и получение качественного чугуна․

Процессы в горне

Горн доменной печи – это нижняя часть печи, где происходят основные процессы плавки․ Здесь происходит плавление шихтовых материалов, восстановление железа, образование чугуна и шлака․

• Плавление шихты⁚ При поступлении в горн шихтовые материалы нагреваются до температуры плавления․ Железная руда плавится, образуя жидкий металл, а флюсы и кокс плавятся, образуя шлак․
• Восстановление железа⁚ В горне происходит полное восстановление железа из оксидов․ Угарный газ (CO) вступает в реакцию с оксидами железа, отбирая кислород и превращая их в чистое железо․
• Образование чугуна⁚ Жидкое железо растворяет углерод из кокса, образуя чугун․ Чугун также содержит другие элементы, например, кремний, марганец, фосфор и серу․
• Образование шлака⁚ Шлак образуется в результате реакции флюсов с пустой породой, содержащейся в рудных материалах․ Шлак плавает на поверхности чугуна и выводится из печи․

Процессы в горне являются ключевыми для получения чугуна․ От их эффективности зависит качество чугуна и производительность доменной печи․