Доменная печь – это сложное инженерное сооружение‚ внутри которого непрерывно протекают разнообразные основные физико-химические процессы происходящие в доменной печи‚ обеспечивающие выплавку чугуна из железорудного сырья․ Эти процессы включают в себя как физические явления‚ такие как нагрев‚ плавление и движение материалов‚ так и химические реакции восстановления железа из оксидов․ Понимание этих процессов критически важно для оптимизации работы печи‚ повышения эффективности производства и снижения негативного воздействия на окружающую среду․ Знание основных физико-химических процессов происходящих в доменной печи позволяет контролировать качество получаемого чугуна и расход кокса․
Основные зоны и процессы в доменной печи
Внутри доменной печи выделяют несколько основных зон‚ в каждой из которых преобладают определенные физико-химические процессы:
- Зона загрузки (колошник): Здесь происходит предварительный нагрев и сушка шихты (железной руды‚ кокса‚ флюсов) отходящими газами․
- Зона восстановления: В этой зоне оксиды железа восстанавливаются до металлического железа под действием монооксида углерода (CO) и водорода (H2)․ Важнейшие реакции: Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2; Fe3O4 + 4CO → 3Fe + 4CO2; FeO + CO → Fe + CO2․
- Зона науглероживания: Здесь происходит насыщение железа углеродом‚ что приводит к образованию чугуна․
- Зона плавления: В этой зоне чугун и шлак плавятся под действием высокой температуры․
- Зона горна: В самой нижней части печи скапливаются жидкий чугун и шлак‚ которые периодически выпускаются․
Роль кокса в доменном процессе
Кокс выполняет несколько важных функций в доменной печи:
- Топливо: Кокс обеспечивает необходимую теплоту для нагрева и плавления материалов․
- Восстановитель: Кокс реагирует с кислородом воздуха‚ образуя CO‚ который является основным восстановителем оксидов железа․
- Разрыхлитель: Кокс обеспечивает пористость шихты‚ что облегчает прохождение газов․
Химические реакции и их влияние
В доменной печи протекает множество химических реакций‚ помимо восстановления железа․ Важными являются реакции шлакообразования‚ в которых оксиды флюсов (например‚ CaO‚ MgO) реагируют с оксидами пустой породы (например‚ SiO2‚ Al2O3)‚ образуя легкоплавкий шлак․ Этот шлак‚ отделяясь от чугуна‚ удаляет из него вредные примеси‚ такие как сера и фосфор․
Сравнительная таблица характеристик чугуна
| Тип чугуна | Содержание углерода (%) | Прочность на разрыв (МПа) | Применение |
|---|---|---|---|
| Серый чугун | 2․5 ⏤ 3․5 | 100 ౼ 350 | Станины станков‚ блоки цилиндров |
| Белый чугун | 1․8 ౼ 3․5 | 200 ⏤ 500 | Износостойкие детали |
| Ковкий чугун | 2․0 ⏤ 3․0 | 350 ౼ 700 | Детали машин‚ работающие на удар |