Процессы, протекающие в доменной печи
Доменная печь ‒ это вертикальный цилиндрический реактор, используемый для выплавки чугуна из железной руды. В ней происходят сложные физико-химические процессы, которые можно разделить на несколько этапов⁚ подготовка шихтовых материалов, загрузка шихты в печь, процессы в печи, выпуск чугуна и шлака, а также экологические аспекты.
1. Подготовка шихтовых материалов
Подготовка шихтовых материалов ‒ это первый и очень важный этап в процессе выплавки чугуна. К шихтовым материалам относятся железная руда, кокс, флюсы (известняк или доломит) и топливо (обычно уголь). Перед загрузкой в печь шихтовые материалы проходят тщательную подготовку. Железную руду дробят и обогащают, чтобы повысить содержание железа. Кокс, являющийся восстановителем, должен быть прочным и иметь определенную крупность. Флюсы необходимы для снижения температуры плавления шлака и удаления вредных примесей из чугуна. Топливо, как правило, добавляют в виде угольной пыли, которая сжигается в печи и обеспечивает необходимую температуру для протекания химических реакций.
2. Загрузка шихтовых материалов в печь
Загрузка шихтовых материалов в доменную печь осуществляется сверху через загрузочный колошник. Процесс загрузки непрерывный, и шихтовые материалы подаются в печь слоями, формируя так называемую шихтовую колонну. В верхней части печи, где температура еще невысока, происходит предварительный нагрев шихты. При движении вниз по печи шихтовые материалы постепенно нагреваются и подвергаются различным химическим превращениям. Правильная загрузка шихты имеет решающее значение для эффективной работы доменной печи. Необходимо обеспечить равномерное распределение шихтовых материалов, чтобы обеспечить оптимальные условия для протекания химических реакций и предотвратить образование «пробок» в печи.
3. Процессы в печи
Внутри доменной печи происходят сложные физико-химические процессы, связанные с восстановлением железа из руды и плавлением шихтовых материалов. Основным процессом является восстановление железа из оксидов. Это происходит в результате реакции оксидов железа с углеродом, который содержится в коксе. В результате образуется жидкое железо и углекислый газ. Одновременно с восстановлением железа происходит плавление шихтовых материалов. В нижней части печи, где температура достигает 1500-1600 градусов Цельсия, образуется расплавленный чугун и шлак. Чугун собирается внизу печи, а шлак всплывает на поверхность и сливается в шлаковый желоб. Процессы в печи регулируются путем изменения состава шихты, подачи воздуха и температуры.