Як працює доменна піч?

Вступ

Доменні печі відіграють важливу роль у виробництві сталі, перетворюючи залізну руду на залізо за допомогою високотемпературної відновлювальної плавки. У цій статті ми детальніше розглянемо, як працює доменна піч, її частини та функції, а також її використання в інших сферах.

Що таке доменна піч?

По суті, доменні печі - це високі вертикальні шахти, які використовують тепло і хімічні реакції для перетворення залізної руди на розплавлене залізо. По суті, це величезна сталева коробка, яка працює під високим тиском і теплом, перетворюючи залізну руду на метал, який є основною сировиною для виробництва сталі. Слово "дуття" насправді відноситься до повітря під високим тиском, яке подається в піч для підтримки процесу. Конвертерна киснева піч (ККП) в основному використовується для виробництва чавуну і сталі, і її застосування еволюціонувало протягом століть.

Основні інгредієнти в доменній печі

Залізна руда

Залізна руда - це основна сировина для доменної печі, яка зазвичай являє собою оксиди, такі як гематит (Fe2O3) або магнетит (Fe3O4). Ці руди мають високий вміст заліза, але метал хімічно з'єднаний з киснем та іншими елементами. Залізна руда перетворюється на залізо за допомогою хімічних реакцій.

Кока-кола.

Кокс - це вуглецевий матеріал, який виробляється шляхом нагрівання вугілля за відсутності кисню.

Вапняк

Щоб допомогти видалити домішки в залізній руді, такі як кремнезем, в печі використовують вапняк. ці домішки змішуються, коли вапняк утворює побічний продукт, який називається шлаком з печі.

Використання шихти в доменній печі для виробництва чавуну означає, що ці матеріали завантажуються в піч за певних умов.

Як працює доменна піч?

Доменна піч завантажується залізною рудою, коксом і вапняком і запускається. Осколки та волокнисті матеріали завантажуються у верхню частину печі почергово, пошарово. Тепер піч працює на дуже високій температурі - близько 2000°C (3632°F). Гаряче повітря вдувається в піч знизу, запалюючи кокс і запускаючи хімічні реакції, які розкладають руду.

Матеріали проходять кілька процесів від верху до низу печі, в результаті чого на дні печі утворюється зріджений чавун. Це допомагає детально розглянути кожен етап: нагрівання, хімічні реакції, відокремлення домішок - можна побачити, як працює доменна піч.

Роль повітря в печі

За допомогою фурми або спеціального сопла в нижній частині печі в піч нагнітається повітря. Повітря, що вдувається, вносить свіжий приплив кисню для підтримання горіння коксу, а вуглекислий газ і чадний газ є продуктами реакції. Цей вуглекислий газ має вирішальне значення, оскільки він є відновником, який реагує із залізною рудою для отримання заліза.

Повітря надвисокого тиску необхідне для підтримання належної температури в доменній печі, що сприяє протіканню хімічних реакцій. Без цього струменя повітря хімічні реакції не відбуватимуться ефективно, і піч не зможе виробляти розплавлене залізо.

Реакції в доменній печі

Скорочення видобутку залізної руди

Кокс утворює оксид вуглецю (CO), який вступає в реакцію з оксидом заліза (III) (Fe2O3) за схемою:

Fe2O3+3CO→ 2Fe+3CO2

Ця реакція витісняє кисень із залізної руди, утворюючи чисте залізо (Fe), яке перетворюється на рідке залізо, що осідає на дні печі.

Утворення шлаку

Вапняк (CaCO3) додається для з'єднання з домішками в залізній руді, такими як кремнезем (SiO2), утворюючи шлак:

CaCO3→ CaO+3CO2

Потім оксид кальцію (CaO) з'єднується з домішками, утворюючи силікат кальцію (шлак), який піднімається на поверхню розплавленого заліза.

Ці реакції є наріжним каменем доменні реакції які перетворюють сировину на придатний для використання розплавлений чавун.

Розплавлений чавун і шлак

Після завершення реакції розплавлене залізо опускається на дно печі, а шлак спливає нагору. Оксид заліза, як називають сировину, падає на дно печі, де він плавиться, а розплавлене залізо відводиться через спеціальний клапан. Домішки, відомі як "шлак", виводяться з печі окремо.

Постукування по розплавленому залізу

Як тільки на дні печі утворюється достатня кількість розплавленого чавуну, його "вибивають" через лійку у форму або контейнер. Цей чавун, який називається переробним чавуном, є сировиною для подальшого виробництва сталі. Саме в цій сталеплавильній печі він буде відновлений вуглецем і використаний для виробництва сталі. Чавун, вироблений у доменних печах, відіграє ключову роль.

Що відбувається зі шлаком?

Відходи з доменної печі не викидаються на смітник. Їх часто переробляють для будівельних робіт, використовують у дорожньому покритті або навіть переробляють на цемент. У деяких випадках шлак також може бути оброблений таким чином, щоб відновити вміст заліза, і, отже, є цінним побічним продуктом.

Температура та контроль

Оптимізація роботи доменної печі вимагає ретельного контролю температури. Якщо вона занадто низька, реакції не будуть ефективними. Якщо занадто висока - піч може бути пошкоджена. Регулювання температури Регулювання кількості коксу або повітряного потоку. Пізніше ці фактори були вбудовані в сучасні системи управління доменною піччю для відповідного регулювання та контролю безперебійної роботи печі.

Роль доменної печі у виробництві сталі

Доменна піч - це велика плавильна піч, яка є ключовою частиною процесу виробництва сталі. Її основна функція полягає в перетворенні залізної руди в гарячий метал для виробництво сталі.
Процес полягає в тому, що залізна руда і кокс подаються зверху доменної печі, а відновлювальні гази внизу рухаються вгору. Нарешті, оксид заліза перетворюється на гарячий метал.
Так, доменна піч виробляє чавун, який на другому етапі перетворюється на сталь.

Сучасні вдосконалення

Новітні технології зробили доменні печі більш енергоефективними та екологічно безпечними. Новіші печі мають складні механізми управління для оптимізації температури, потоку повітря і подачі матеріалів. Доменні печі не лише можуть працювати на альтернативних матеріалах - наприклад, біомасі - для скорочення викидів вуглецю. Їх також дедалі частіше проектують так, щоб вони принаймні працювали на альтернативних матеріалах, щоб зменшити вуглець так само, як вони це роблять. Таким чином, допомагаючи галузі перейти до сталих практик.

Висновок

Доменна піч є важливим компонентом сталеливарної та інших галузей промисловості. Саме тому розуміння доменного процесу і того, що в ньому відбувається, дозволяє оцінити, наскільки складним може бути промислове виробництво. Принципи роботи доменної печі були рушійною силою промисловості протягом століть і продовжують відігравати життєво важливу роль у сучасному виробництві.