Физико-химические процессы в доменной печи

Доменная печь представляет собой сложное технологическое сооружение, в котором происходят многочисленные физико-химические процессы, направленные на получение чугуна.

1. Подготовительный процесс

Загрузка шихтовых материалов: в загрузочное устройство подаются железорудные материалы (агломерат, окатыши, руда), топливо (кокс) и флюсы (известняк, доломит).
Перемещение и распределение шихты: с помощью загрузочного устройства шихтовые материалы распределяются по колошнику печи.
Оседание и размягчение шихты: под действием веса вышележащих слоев шихта оседает и размягчается, образуя единое пористое тело.

2. Восстановительный процесс

Разогрев шихты и пиролиз кокса: при обдуве горячим воздухом происходит разогрев и пиролиз кокса, в результате чего образуются СО и Н2.
Восстановление оксидов железа: CO и H2 поднимаются в шахте печи, взаимодействуя с оксидами железа и восстанавливая их до металлического железа.
Нагревание и расплавление железа: металлическое железо нагревается, становится пластичным и каплями просачивается через поры шихты.

3. Углеродообразование

Растворение углерода в железе: в нисходящем потоке газов капли железа насыщаются углеродом, образуя чугун.
Графитизация чугуна: в медленно охлаждаемых участках печи происходит выделение графита из чугуна.

4. Образование шлака

Связывание пустой породы: известняк и доломит вступают в реакцию с пустой породой руды и золой кокса, образуя шлак.
Удаление шлака: шлак накапливается в нижней части печи и периодически выпускается через шлаковые летки.

5. Тепловые процессы

Теплообмен: внутри печи происходит интенсивный теплообмен между горячими восходящими газами и холодной нисходящей шихтой.
Источники тепла: основной источник тепла — сгорание кокса, а также сгорание CO в верхней части печи.
Утилизация тепла: отходящие газы из печи используются для нагрева воздуха, поступающего для обдува.

6. Газодинамические процессы

Движение газов: внутри печи происходит противоток газов и твердых материалов.
Распределение газа: газы распределяются в порах шихты неравномерно, что влияет на течение физико-химических процессов.
Аэродинамическое сопротивление: движение газов через шихту создает аэродинамическое сопротивление, что требует создания давления в печи.