Физико-химические процессы в доменной печи

Физико-химические процессы в доменной печи

Доменная печь ‒ это сложный агрегат, где происходят многочисленные физико-химические процессы, направленные на восстановление железа из руды. В ней одновременно протекают процессы горения топлива, плавления шихтовых материалов, восстановления железа, образования шлака и чугуна.

Подготовка шихтовых материалов

Подготовка шихтовых материалов — это первый и очень важный этап в процессе выплавки чугуна в доменной печи. От качества подготовки шихты напрямую зависит эффективность работы печи, качество получаемого чугуна и расход топлива.

В состав шихты входят⁚

• Железная руда, основной источник железа, ее предварительно измельчают до определенной крупности, чтобы обеспечить равномерное распределение в печи и эффективное восстановление железа.
• Кокс ‒ топливо для доменной печи, его задача ‒ обеспечить высокую температуру в печи и восстановить железо из руды. Кокс должен обладать высокой прочностью, чтобы не разрушаться под действием нагрузки в печи.
• Флюсы — вещества, которые добавляются в шихту для регулирования состава шлака. Флюсы снижают температуру плавления руды, способствуют удалению примесей из чугуна и улучшают качество шлака.
• Другие материалы, в зависимости от состава руды и требований к качеству чугуна, в шихту могут добавляться дополнительные материалы, например, окалина, известняк, кварцевый песок.

Подготовка шихтовых материалов включает в себя следующие операции⁚

• Измельчение ‒ руду, кокс и флюсы измельчают до необходимой крупности, чтобы обеспечить равномерное распределение в печи и эффективное восстановление железа.
• Смешивание, все компоненты шихты тщательно перемешивают в определенных пропорциях, чтобы обеспечить однородность состава и равномерное распределение в печи.
• Агломерация ‒ используется для получения агломерата ‒ искусственного материала, который состоит из измельченной руды, флюсов и кокса. Агломерация позволяет получить более прочный и однородный материал, что улучшает работу доменной печи.
• Окомкование ‒ используется для получения окатышей — сферических материалов, которые состоят из руды, флюсов и связующего вещества. Окомкование позволяет получить более прочный и однородный материал, что улучшает работу доменной печи.

Правильная подготовка шихтовых материалов ‒ это залог эффективной работы доменной печи и получения качественного чугуна;

Процессы в нижней части печи

Нижняя часть доменной печи, известная как горн, является ключевой зоной, где происходят важнейшие физико-химические процессы. В горне, благодаря высокой температуре, достигающей 1500-1600°C, происходит плавление шихтовых материалов, образование шлака и чугуна, а также их разделение.

В горне происходит⁚

• Горение кокса ‒ кокс, поступающий в горн, сгорает в присутствии горячего воздуха, который подается через фурмы. В результате горения образуются газы, в основном CO и CO₂, а также выделяется тепло.
• Плавление шихтовых материалов — под воздействием высокой температуры, создаваемой горением кокса, происходит плавление железной руды, флюсов и кокса.
• Образование шлака — флюсы, взаимодействуя с пустой породой руды и другими примесями, образуют жидкий шлак. Шлак менее плотный, чем чугун, и всплывает на поверхность расплавленного металла.
• Образование чугуна ‒ в результате восстановления железа из руды и плавления железа, образуется жидкий чугун. Чугун собирается на дне горна, образуя чугунную ванну.
• Разделение чугуна и шлака — благодаря разнице в плотности, чугун скапливается на дне горна, а шлак всплывает на поверхность.

Процессы в нижней части печи ‒ это сложный комплекс физико-химических реакций, которые протекают при высоких температурах и давлениях. Их эффективное протекание обеспечивает получение качественного чугуна и шлака, а также определяет экономическую эффективность работы доменной печи.

Процессы в шахтной части печи

Шахтная часть доменной печи ‒ это зона, где происходит подготовка шихтовых материалов к плавке. Здесь происходит ряд физико-химических процессов, направленных на подготовку руды, кокса и флюсов к дальнейшему переходу в горн.

В шахте происходит⁚

• Прогрев шихтовых материалов — шихта, поступающая в шахту, постепенно прогревается отходящими газами, поднимающимися из горна. Температура шихты увеличивается по мере ее продвижения вниз по шахте.
• Предварительное восстановление железа, в шахте происходит предварительное восстановление железа из руды. Это происходит за счет реакции оксидов железа с восстановительными газами, такими как CO и H₂, образующимися при горении кокса в горне.
• Подготовка кокса, кокс, поступающий в шахту, прогревается и подготавливается к горению в горне.
• Образование газовой фазы, в шахте происходит образование газовой фазы, состоящей из восстановительных газов, азота, водяного пара и других компонентов.
• Движение шихты, шихта постепенно опускается вниз по шахте, проходя через зоны с различными температурами и газовыми составами.

Процессы в шахте — это важный этап в доменном процессе, обеспечивающий подготовку шихты к плавке в горне. Правильное протекание этих процессов влияет на качество чугуна и экономическую эффективность работы печи.