физико-химические процессы протекающие в доменной печи

Доменная печь представляет собой сложное металлургическое сооружение, в котором протекают многочисленные физико-химические процессы. Эти процессы направлены на получение чугуна из железной руды.

Под воздействием высоких температур происходят следующие основные процессы⁚

• Восстановление железа из оксидов железа, содержащихся в руде.
• Образование шлака путем взаимодействия пустой породы руды с флюсами.
• Получение чугуна путем восстановления железа до металлического состояния.

Подготовка шихты

Подготовка шихты является важным этапом в доменном производстве, поскольку от ее качества зависит эффективность работы печи и качество получаемого чугуна. Шихта ⎻ это смесь материалов, загружаемых в доменную печь для получения чугуна. Она состоит из железной руды, кокса и флюсов.

Железная руда является основным компонентом шихты и содержит оксиды железа, которые восстанавливаються до металлического железа в процессе плавки.

Кокс используется в качестве топлива и восстановителя. Он сгорает, выделяя тепло, необходимое для протекания химических реакций в печи, и восстанавливает оксиды железа до металлического железа.

Флюсы добавляются в шихту для образования шлака, который связывает пустую породу руды и другие примеси, образующиеся в процессе плавки. Шлак всплывает на поверхность расплавленного металла и удаляется из печи.

Подготовка шихты включает в себя следующие основные операции⁚

• Дробление и сортировка руды для получения кусков определенного размера и удаления пустой породы.
• Агломерация руды (спекание мелких частиц руды в более крупные куски) для улучшения ее восстановимости и прочности.
• Коксование угля для получения кокса с требуемыми свойствами.
• Дозирование и смешивание компонентов шихты в соответствии с заданным составом.

Правильная подготовка шихты обеспечивает равномерное протекание процессов в доменной печи, снижает расход кокса и улучшает качество чугуна.

Процесс горения

Процесс горения в доменной печи является одним из основных, поскольку он обеспечивает тепловую энергию, необходимую для протекания других процессов. Горение происходит в нижней части печи, называемой горном, где кокс сжигается с помощью горячего воздуха, подаваемого через фурмы.

Реакция горения кокса⁚

C + O₂ → CO₂ + тепло

Выделяющееся при горении тепло нагревает шихтовые материалы и создает восстановительную атмосферу в печи. Образующийся углекислый газ (CO₂) поднимается вверх по печи, взаимодействуя с раскаленным коксом и восстанавливаясь до монооксида углерода (CO)⁚

CO₂ + C → 2CO

Монооксид углерода является основным восстановителем оксидов железа в процессе плавки.

Помимо сжигания кокса, в доменной печи также происходит горение других компонентов шихты, таких как сера и углерод, содержащиеся в руде и коксе. Эти реакции также выделяют тепло и способствуют созданию восстановительной атмосферы.

Контроль процесса горения имеет большое значение для обеспечения стабильной работы печи и получения чугуна требуемого качества. Важно поддерживать оптимальную температуру в горне, регулируя подачу воздуха и количество загружаемого кокса.

Правильное управление процессом горения позволяет повысить эффективность работы печи, снизить расход кокса и улучшить качество чугуна.

Восстановление железа

Восстановление железа является одним из важнейших физико-химических процессов, происходящих в доменной печи. Оно заключается в восстановлении оксидов железа, содержащихся в железной руде, до металлического железа.

Процесс восстановления происходит в восходящем потоке горячих газов, поднимающихся вверх по печи. Основным восстановителем является монооксид углерода (CO), который образуется при горении кокса и взаимодействии углекислого газа с раскаленным коксом.

Реакции восстановления оксидов железа⁚

Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂
Fe₃O₄ + 4CO → 3Fe + 4CO₂

По мере подъема газов вверх по печи температура снижается, что приводит к смещению равновесия реакций восстановления в сторону образования металлического железа. Восстановленное железо в виде капель стекает вниз по печи, собираясь в нижней части в виде чугуна.

Скорость восстановления железа зависит от температуры, состава газов и физико-химических свойств руды. Для обеспечения полного восстановления железа необходимо поддерживать высокую температуру в печи и достаточное количество восстановителя (CO).

Контроль процесса восстановления железа имеет большое значение для получения чугуна требуемого качества. Неполное восстановление приводит к повышенному содержанию оксидов железа в чугуне, что ухудшает его механические свойства.