Как работает доменная печь?

Введение

Доменные печи играют важную роль в производстве стали, превращая железную руду в железо с помощью высокотемпературного восстановительного процесса плавки. В этой статье мы подробно рассмотрим принцип работы доменной печи, ее части и функции, а также ее использование в других областях.

Что такое доменная печь?

По сути, доменные печи - это высокие вертикальные шахты, в которых с помощью тепла и химических реакций железная руда превращается в расплавленное железо. По сути, это огромный стальной ящик, который работает под высоким давлением и теплом, превращая железную руду в металл, являющийся основным сырьем при производстве стали. Слово "дутье" на самом деле означает воздух под высоким давлением, который подается в печь для поддержания процесса. Печь с основным кислородом (BOF) используется в основном для производства железа и стали, и ее применение развивалось на протяжении веков.

Основные ингредиенты доменной печи

Железная руда

Железная руда - это первичное сырье для доменной печи, которое обычно представляет собой оксиды, такие как гематит (Fe2O3) или магнетит (Fe3O4). Эти руды имеют высокое содержание железа, но металл химически соединен с кислородом и другими элементами. Железная руда превращается в железо в результате химических реакций.

Кола

Кокс - это углеродоемкий материал, получаемый при нагревании угля в отсутствие кислорода.

Известняк

Для удаления примесей в железной руде, таких как кремнезем, в печи используется известняк. Эти примеси смешиваются, когда известняк превращается в побочный продукт, называемый шлаком из печи.

Формовка в доменной печи для производства чугуна означает, что эти материалы загружаются в печь при определенных условиях.

Как работает доменная печь?

В доменную печь загружают железную руду, кокс, известняк и отправляются в путь. Осколки и волокнистые материалы вводятся в верхнюю часть печи в виде чередующихся слоев. Теперь печь работает при очень высокой температуре - около 2000°C (3632°F) Горячий воздух вдувается в печь снизу, зажигая кокс и запуская химические реакции, которые разлагают руду.

Сверху донизу печи материалы проходят несколько процессов, в результате которых на дне печи образуется сжиженное железо. Если подробно рассмотреть каждый этап: нагрев, химические реакции, отделение примесей - можно увидеть, как работает доменная печь.

Роль воздуха в топке

Через фурму или специальную форсунку, расположенную в нижней части печи, в печь подается воздух. Вдуваемый воздух обеспечивает приток кислорода для поддержания горения кокса, а продуктами реакции являются углекислый газ и угарный газ. Угарный газ очень важен, так как он является восстановителем, который вступает в реакцию с железной рудой для получения железа.

Воздух под сверхвысоким давлением необходим для поддержания необходимой температуры в доменной печи, которая способствует протеканию химических реакций. Без такой струи воздуха химические реакции не будут протекать эффективно, и печь не сможет производить расплавленное железо.

Реакции в доменной печи

Сокращение железной руды

В результате коксования образуется монооксид углерода (CO), который вступает в реакцию с оксидом железа(III) (Fe2O3):

Fe2O3+3CO→ 2Fe+3CO2

Эта реакция выгоняет кислород из железной руды, в результате чего образуется чистое железо (Fe), которое превращается в жидкое железо, оседающее на дне печи.

Образование шлака

Известняк (CaCO3) вводится для соединения с примесями в железной руде, такими как кремнезем (SiO2), образуя шлак:

CaCO3→ CaO+3CO2

Затем оксид кальция (CaO) соединяется с примесями и образует силикат кальция (шлак), который поднимается к верху расплавленного железа.

Эти реакции являются краеугольным камнем реакции в доменной печи которые превращают сырье в пригодное для использования расплавленное железо.

Расплавленное железо и шлак

По окончании реакции расплавленное железо опускается на дно печи, а шлак всплывает наверх. Оксид железа, так называется сырье, опускается на дно печи, где плавится, а расплавленное железо отводится через специальный клапан. Нечистый материал, известный как "шлак", вынимается из печи отдельно.

Расплавленное железо

Когда на дне печи образуется достаточное количество расплавленного железа, его "выбивают" через патрубок в форму или контейнер. Это железо, называемое чугуном, является сырьем для дальнейшего производства стали. Именно в этой сталеплавильной печи происходит снижение содержания углерода в чугуне и его использование для производства стали. Чугун, произведенный в доменных печах, играет ключевую роль.

Что происходит со шлаком?

Отходы доменной печи не пропадают зря. Они часто используются для строительных работ, используются в дорожном покрытии или перерабатываются для получения цемента. В некоторых случаях шлак также может быть обработан, чтобы восстановить содержание железа, и, таким образом, является ценным побочным продуктом.

Температура и контроль

Оптимизация работы доменной печи требует тщательного контроля температуры. Если она слишком низкая, реакции не будут эффективными. Слишком высокая температура может привести к повреждению печи. Регулировка температуры Регулировка количества кокса или потока воздуха. Позднее эти факторы были включены в передовые системы управления доменной печью, чтобы соответствующим образом регулировать и контролировать бесперебойную работу доменной печи.

Роль доменной печи в производстве стали

Доменная печь - это большая плавильная печь, которая является ключевой частью процесса производства стали. Ее основная функция - превращение железной руды в горячий металл для сталеплавильное производство.
Процесс заключается в том, что железная руда и кокс подаются из верхней части доменной печи, а восстановительные газы внизу поднимаются вверх. В итоге оксид железа превращается в раскаленный металл.
Таким образом, в доменной печи производится чугун, который на втором этапе превращается в сталь.

Современные усовершенствования

Новые технологии позволили сделать доменные печи более энергоэффективными и экологически безопасными. Новые печи оснащены сложными механизмами управления, оптимизирующими температуру, поток воздуха и подачу материалов. Доменные печи могут работать не только на альтернативных материалах - например, на биомассе - для сокращения выбросов углекислого газа. Но их также все чаще проектируют так, чтобы они, по крайней мере, работали на альтернативных материалах, чтобы сократить углерод и выбросов. Таким образом, мы помогаем отрасли перейти на устойчивое развитие.

Заключение

Доменная печь - важнейший компонент сталелитейной и других отраслей промышленности. Именно поэтому понимание доменного процесса и того, что в нем происходит, позволяет оценить, насколько сложным может быть промышленное производство. Принципы работы доменной печи веками определяли развитие промышленности и продолжают играть важную роль в современном производстве.