Основные физико-химические процессы в доменной печи
Доменная печь ⎯ это сложный агрегат, в котором происходит множество физико-химических процессов, направленных на восстановление железа из железной руды. В печи одновременно протекают процессы горения топлива, плавления шихтовых материалов, химических реакций между компонентами шихты, а также теплообмен между различными частями печи.
Подготовка шихтовых материалов
Подготовка шихтовых материалов ─ это важный этап, от которого зависит эффективность работы доменной печи. В качестве шихты используют железную руду, кокс, флюсы (известняк или доломит) и иногда добавки (например, окатыши).
Железная руда предварительно подвергается обогащению, чтобы повысить содержание железа и удалить пустую породу. Кокс ⎯ это твердое топливо, которое обеспечивает необходимую температуру для протекания химических реакций в печи. Флюсы необходимы для снижения температуры плавления шлака, который образуется при взаимодействии руды с коксом.
Все компоненты шихты тщательно измельчаются и смешиваются в определенных пропорциях, чтобы обеспечить оптимальное протекание процессов в печи;
Процессы в нижней части печи
Нижняя часть доменной печи называется горном. Здесь происходит горение кокса, которое обеспечивает высокую температуру (до 1800 °C) и создает восстановительную атмосферу. Горн оборудован фурмами, через которые подается горячий воздух, обогащенный кислородом.
В горне кокс сгорает, образуя углекислый газ (CO2). Затем CO2 взаимодействует с раскаленным коксом, образуя угарный газ (CO). Угарный газ является мощным восстановителем, который участвует в восстановлении железа из руды.
В горне также происходит плавление шихты, образуется жидкий чугун и шлак. Чугун собирается внизу горна, а шлак ⎯ в шлаковом кармане.
Процессы в шахте печи
Шахта доменной печи ⎯ это самая большая часть печи, в которой происходит ряд важных процессов.
В шахте происходит постепенное опускание шихты, ее нагрев и подготовка к дальнейшим процессам в горне.
В шахте происходит восстановление железа из руды, в основном за счет взаимодействия руды с угарным газом (CO).
В шахте происходит расщепление карбонатов, входящих в состав шихты.
В шахте также происходит прокалка руды, то есть удаление влаги и лёгких компонентов.
В шахте происходит формирование газовой фазы, которая поднимается вверх и выходит из печи через отдушки.
В шахте происходит теплообмен между шихтой и газовой фазой.
Важно отметить, что процессы в шахте тесно связаны с процессами в горне и влияют на их эффективность.