Основные физико-химические процессы в доменной печи
Доменная печь ౼ это сложный технологический агрегат, в котором происходит ряд взаимосвязанных физико-химических процессов, направленных на восстановление железа из руды и получение чугуна․ В печи происходит взаимодействие между шихтовыми материалами (железной рудой, коксом, флюсами) при высоких температурах и в присутствии восстановительных газов․
Подготовка шихты
Подготовка шихты ౼ это ключевой этап в доменном процессе, от которого напрямую зависит эффективность работы печи и качество получаемого чугуна․
В качестве шихтовых материалов используются⁚
- Железная руда⁚ содержит оксиды железа, которые необходимо восстановить до металлического железа․
- Кокс⁚ служит топливом и восстановителем, обеспечивая тепловую энергию для процесса и выделяя окись углерода (CO), которая восстанавливает железо․
- Флюсы⁚ вводятся в шихту для снижения температуры плавления шлака и улучшения его состава․ Флюсы взаимодействуют с пустой породой руды, образуя легкоплавкие шлаки, которые удаляются из печи․
- Другие материалы⁚ в некоторых случаях в шихту могут добавляться добавки, такие как металлолом, окатыши, обогащенные руды, чтобы оптимизировать состав чугуна․
Подготовка шихты включает в себя следующие операции⁚
- Дробление и измельчение⁚ руду, кокс и флюсы дробят и измельчают до определенного размера, чтобы обеспечить равномерное распределение материалов в печи и улучшить их взаимодействие․
- Смешивание⁚ компоненты шихты смешивают в определенных пропорциях, чтобы создать оптимальный состав для процесса восстановления железа․
- Агломерация⁚ измельченные рудные концентраты, флюсы и топливо агломерируют в куски, чтобы получить более прочный материал, улучшить газопроницаемость и предотвратить образование пыли․
- Окатывание⁚ измельченные рудные концентраты, флюсы и топливо окатывают в шарики, чтобы получить более прочный материал, улучшить газопроницаемость и предотвратить образование пыли․
Качество подготовки шихты напрямую влияет на эффективность работы доменной печи․ Правильный состав, размер и однородность шихтовых материалов обеспечивают оптимальные условия для протекания физико-химических процессов в печи, что приводит к получению качественного чугуна и снижению расхода топлива․
Процессы в нижней части печи
Нижняя часть доменной печи, называемая горном, является местом, где происходят наиболее интенсивные физико-химические процессы․ Здесь температура достигает 1500-1600 °C, и происходит плавление шихтовых материалов, образование чугуна и шлака․
В горне происходит⁚
- Плавление⁚ под воздействием высокой температуры кокс сгорает, выделяя тепло и окись углерода (CO)․ Окись углерода восстанавливает железо из руды, а флюсы взаимодействуют с пустой породой руды, образуя легкоплавкие шлаки․
- Образование чугуна⁚ восстановленное железо, растворяя в себе углерод, образует жидкий чугун․ Состав чугуна зависит от соотношения шихтовых материалов и условий процесса․
- Образование шлака⁚ флюсы, взаимодействуя с пустой породой руды, образуют жидкий шлак, который всплывает на поверхность чугуна․ Шлак удаляется из печи через шлакoотводные устройства и используется в различных отраслях промышленности․
- Перемешивание⁚ интенсивное перемешивание чугуна и шлака происходит за счет движения газов и специальных устройств, что обеспечивает однородный состав и улучшает процесс восстановления железа․
В горне важно обеспечить оптимальные условия для процесса плавления и образования чугуна․ Правильное соотношение шихтовых материалов, температурный режим, и контроль над составом газов обеспечивают получение качественного чугуна и минимизируют потери железа․
Процессы в шахте печи
Шахта доменной печи — это вертикальный цилиндрический пространство, расположенное над горном․ В шахте происходит подготовка шихтовых материалов к плавлению, а также протекают важные процессы восстановления железа из руды․
Основные процессы, происходящие в шахте⁚
- Прогрев и подготовка шихты⁚ шихта, загружаемая в верхнюю часть печи, проходит через шахту вниз, постепенно прогреваясь горячими газами․ В процессе прогрева происходит высушивание и разложение карбонатных минералов руды, а также частичное восстановление оксидов железа․
- Восстановление железа⁚ в шахте происходит восстановление железа из руды до металлического состояния․ Этот процесс осуществляется за счет взаимодействия оксидов железа с восстановительными газами, такими как окись углерода (CO) и водород (H2)․
- Движение шихты⁚ шихта постепенно опускается вниз под действием собственного веса и давления верхних слоев; Скорость движения шихты зависит от ее гранулометрического состава, температуры и давления газов․
- Газообмен⁚ в шахте происходит интенсивный газообмен между восстановительными газами и шихтой․ Горячие газы, поднимающиеся из горна, взаимодействуют с шихтой, передавая тепло и обеспечивая процесс восстановления․
Процессы в шахте играют ключевую роль в эффективности работы доменной печи․ Правильное соотношение шихтовых материалов, температурный режим и контроль над составом газов обеспечивают максимальную степень восстановления железа и получение качественного чугуна․