Теоретические основы доменного процесса

Доменный процесс представляет собой сложный физико-химический процесс восстановления оксидов железа в чугун. Теоретические основы этого процесса можно разделить на следующие основные аспекты:

1. Термодинамика доменного процесса:

Определяет условия протекания реакций с точки зрения температуры, давления и концентрации компонентов.
Рассматриваются химические равновесия и диаграммы равновесия фаз, чтобы предсказать состав и поведение компонентов в печи.

2. Кинетика доменного процесса:

Описывает скорость реакций и механизмы переноса массы и тепла.
Изучаются транспортные процессы, такие как диффузия, конвекция, турбулентность и массоперенос.

3. Массообмен в доменном процессе:

Рассматривает перенос компонентов (например, кислорода, железа, углерода, кремния) между различными фазами и компонентами печи.
Изучаются физические процессы, такие как испарение, конденсация, выщелачивание и растворение.

4. Теплообмен в доменном процессе:

Описывает процессы передачи тепла между различными компонентами печи и средой.
Рассматриваются теплопроводность, конвекция, лучистый теплообмен и испарение.

5. Математическое моделирование доменного процесса:

Создаются математические модели для прогнозирования поведения и оптимизации процесса.
Модели включают в себя уравнения термодинамики, кинетики и тепло- и массообмена.

Основные физико-химические реакции доменного процесса:

Непрямое восстановление: Оксиды железа восстанавливаются монооксидом углерода (CO): Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2
Прямое восстановление: Оксиды железа восстанавливаются углеродом: Fe2O3 + 3C → 2Fe + 3CO
Окисление углерода: Углерод окисляется до CO2 при продувке горячим воздухом в нижней части печи: C + O2 → CO2
Удаление кремния: Кремний окисляется до SiO2 и удаляется с шлаком: 2SiO2 + 2CaO → 2CaSiO3
Образование шлака: Флюсы, такие как известняк (CaCO3), добавляются в печь для образования стеклообразного шлака, который поглощает примеси и защищает печь от коррозии.

Понимание этих теоретических основ имеет решающее значение для оптимизации доменного процесса, повышения производительности и снижения экологического воздействия.