основные физико-химические процессы происходящие в доменной печи

Основные физико-химические процессы в доменной печи

Доменная печь – это сложный агрегат, где при высоких температурах происходят многочисленные физико-химические процессы, приводящие к получению чугуна из железной руды.

Подготовка и нагрев шихты

Прежде чем попасть в доменную печь, шихта, состоящая из железной руды, кокса и флюсов, проходит тщательную подготовку. Эта подготовка включает в себя несколько этапов⁚

• Дробление и грохочение⁚ Крупные куски руды и кокса измельчаются до определенных размеров, чтобы обеспечить равномерное распределение материалов и оптимальную газопроницаемость шихты.
• Обогащение⁚ Для повышения содержания железа в руде и удаления пустой породы, применяются методы обогащения, такие как магнитная сепарация и флотация.
• Дозирование и смешивание⁚ Подготовленные компоненты шихты – руда, кокс и флюсы – дозируются в строго определенных пропорциях и тщательно перемешиваются для обеспечения однородности состава.

После подготовки шихта загружается в доменную печь через колошник – верхнюю часть печи. По мере опускания шихты навстречу потоку горячих газов, происходит ее нагрев и начинается удаление влаги;

Восстановление железа из оксидов

Ключевой процесс, происходящий в доменной печи, ⎼ это восстановление железа из оксидов. В шихте железо содержится в виде оксидов, таких как гематит (Fe₂O₃) и магнетит (Fe₃O₄). Восстановление происходит в несколько этапов, с участием угарного газа (CO) и водорода (H₂), образующихся при горении кокса в нижней части печи⁚

• Первая стадия⁚ При температуре около 600°C происходит восстановление гематита до магнетита⁚ Fe₂O₃ + CO → Fe₃O₄ + CO₂.
• Вторая стадия⁚ При температуре около 800°C магнетит восстанавливается до закиси железа⁚ Fe₃O₄ + CO → 3FeO + CO₂.
• Третья стадия⁚ При температуре около 1000°C закись железа восстанавливается до металлического железа⁚ FeO + CO → Fe + CO₂.

Процесс восстановления протекает в шахте доменной печи, где угарный газ, проходя через слои шихты, взаимодействует с оксидами железа, отбирая у них кислород.

Образование чугуна и шлака

В результате восстановления железа из оксидов в нижней части доменной печи, в горне, образуется жидкий чугун и шлак. Чугун – это сплав железа с углеродом, кремнием, марганцем, фосфором и серой. Шлак – это расплавленный силикат, который образуется из пустой породы, флюсов и золы кокса.

Образование чугуна и шлака происходит в результате следующих процессов⁚

• Растворение углерода в железе⁚ В горне доменной печи железо, восстановленное из оксидов, растворяет в себе углерод, образуя чугун. Содержание углерода в чугуне зависит от температуры в горне и от состава шихты.
• Образование шлака⁚ Пустая порода, флюсы и зола кокса, под воздействием высоких температур, плавятся и образуют шлак. Шлак легче чугуна и плавает на его поверхности. Он выполняет важную роль в процессе плавки⁚ он защищает чугун от окисления, собирает в себе нежелательные примеси и ускоряет процесс восстановления железа.

Образование чугуна и шлака – это сложный процесс, который происходит под воздействием высоких температур, химических реакций и физических процессов.