Основные физико-химические процессы в доменной печи
Доменная печь ⸺ это сложная система‚ в которой одновременно протекает множество физико-химических процессов. В ней происходит восстановление железа из руды‚ плавка и образование чугуна‚ а также выброс отходящих газов.
Подготовка шихтовых материалов
Подготовка шихтовых материалов ー это важный этап в процессе доменной плавки. Цель подготовки ー обеспечить оптимальное соотношение компонентов шихты‚ необходимых для эффективного восстановления железа и образования чугуна.
В шихту входят⁚ железная руда‚ кокс (топливо и восстановитель)‚ флюсы (для снижения температуры плавления шлака) и иногда добавки‚ например‚ ферросплавы‚ которые улучшают свойства чугуна.
Железная руда перед загрузкой в печь проходит дробление‚ грохочение и обогащение. Кокс подвергается коксованию‚ чтобы получить прочный и пористый материал‚ способный обеспечить эффективное горение и восстановление железа. Флюсы (известняк‚ доломит) также измельчаются и смешиваются с другими компонентами шихты.
Качество подготовки шихтовых материалов напрямую влияет на эффективность доменной плавки‚ поэтому этот этап требует особого внимания и контроля.
Процессы горения и теплообмена
В доменной печи горение кокса является источником тепла‚ необходимого для протекания всех остальных процессов. Воздух‚ подаваемый в печь‚ взаимодействует с коксом‚ образуя зону горения. В этой зоне выделяется большое количество тепла‚ которое передается шихте и газам.
Теплообмен в доменной печи происходит по нескольким механизмам⁚ теплопроводность‚ конвекция и излучение. Тепло от горящего кокса передается к окружающим материалам за счет теплопроводности. Горячие газы поднимаются вверх‚ перенося тепло за счет конвекции. Излучение тепла происходит от горящих материалов и газов к другим поверхностям;
Эффективность теплообмена в доменной печи зависит от многих факторов‚ таких как скорость подачи воздуха‚ состав шихты‚ температура в разных зонах печи. Оптимизация этих факторов позволяет повысить производительность печи и снизить расход топлива.
Восстановление железа
Процесс восстановления железа из руды в доменной печи ⸺ это сложный химический процесс‚ который происходит в несколько этапов. Вначале оксиды железа в руде‚ такие как гематит (Fe2O3) и магнетит (Fe3O4)‚ восстанавливаются до закиси железа (FeO) с помощью угарного газа (CO) и водорода (H2).
Далее‚ закись железа восстанавливается до металлического железа (Fe) в нижней части печи‚ где температура выше 1000°C. Процесс восстановления железа протекает в газовой фазе‚ то есть железо не плавится‚ а образуется в виде твердых частиц;
Эффективность восстановления железа зависит от многих факторов‚ таких как состав руды‚ температура в разных зонах печи‚ скорость подачи воздуха‚ влажность шихты. Оптимизация этих факторов позволяет повысить выход металла и снизить расход топлива.