Сущность процесса получения стали и основные физико-химические

Основные физико-химические процессы в доменной печи

Сущностью процесса получения чугуна в доменных печах является восстановление окислов железа руды твёрдым сажистым углеродом топлива и печными газами (оксидом углерода, водородом и др.) с переводом пустой породы руды в шлак.

При работе в доменной печи происходят следующие процессы:

Вблизи фурм, через которые в печь подаётся нагретый воздух, кокс, взаимодействуя с кислородом воздуха, сгорает. При этом достигается температура 1900-2000 ºС. В результате горения кокса образуется газовый поток, состоящий из СО, СО₂ , Н ₂ , СН₄ и других газов. Этот поток поднимается вверх, отдавая теплоту шихте, и постепенно охлаждается до 300-400 ºС у колошника.

Шихта опускается вниз на встречу газам. При температуре порядка 570 ºС начинается процесс восстановления оксидов железа. Этот процесс идёт в несколько стадий по мере продвижения шихты вниз (Fe₂O₃→ Fe₃O₄→FeO→Fe). Восстановление происходит газами и твёрдым сажистым углеродом топлива (кокса).

Восстановление оксидов железа газами называют косвенным восстановлением. Это экзотермический процесс и поэтому идёт при относительно низких температурах, т.е в районе шахты доменной печи, где температура приблизительно 500 ºС. Схематически процесс можно представить следующим образом:

Fe₂O₃ +CO → Fe₃O₄+CO₂ ↑

Fe₃O₄ + CO → FeO + CO₂ ↑ (1.1)

FeO + CO → Fe + CO₂ ↑

Восстановление оксидов железа твёрдым углеродом кокса называют прямым восстановлением. Это эндотермический процесс, поэтому идёт при более высоких температурах, а именно на уровне распара, где температура 1100-1200 ºС. Схематически процесс можно представить следующим образом:

Fe₂O₃ +C → Fe₃O₄+CO ↑

Fe₃O₄ + C → FeO + CO ↑ (1.2)

FeO + C → Fe + CO ↑

На границе распара и заплечиков восстановленное из руды железо интенсивно растворяет углерод. В результате температура плавления железа снижается до 1300 -1200ºС. На уровне заплечиков это железо расплавляется и каплями стекает вниз на лещадь, ещё больше насыщаясь по пути углеродом, а также марганцем (Mn) и кремнием (Si), которые аналогично железу восстанавливаются из своих оксидов. Расплав насыщается также фосфором и серой, которые содержатся в руде и коксе. Этот расплав и есть жидкий чугун.

Пустая порода, взаимодействуя с флюсом и золой топлива, образует легкоплавкое соединение - шлак. Плотность шлака меньше чем плотность расплавленного чугуна и поэтому слой шлака скапливается на поверхности жидкого чугуна. Шлак выпускают из печи через каждые 1 - 1,5 часа через шлаковую летку, а чугун - каждые 3 - 4 часа через чугунную летку.

2. ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ

Дата добавления: 2014-01-20