Содержание
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.
