Доменна піч
| Назва цієї статті неоднозначна. Подальші значення наведено в розділі Доменна піч (неоднозначність). |
A Доменна піч є в основному великомасштабним заводом у конструкції шахтних печей, в якому залізо отримують за рахунок відновлення оксиду заліза. На додаток до оксидних залізних руд реагують кокс та добавки, такі як кварцовий пісок та швидке вапно (окисно-відновна реакція). Натомість сульфідні руди спочатку потрібно перетворити в оксиди шляхом обсмажування.
Надалі рекомендовані знання спеціалістів
Щоденний візуальний огляд лабораторних ваг
Яка чутливість моєї шкали?
Який правильний спосіб перевірити повторюваність залишків?
Зміст
Історія доменної печі
Ця технологія була відома в Китаї принаймні з часів династії Хань (206 р. До н. Е. - 222 р. Н. Е.). Найбільш ранні доменні печі в Європі були у Швеції в 13 столітті, наприклад в Лапфіттані. Окремі доменні печі у Франції, Бельгії та передусім Англії були ідентифіковані протягом наступних століть. У Колбрукдейлі в 1709 р. Раніше використовуване деревне вугілля було замінено коксом.
Найстарішим, в основному повністю збереженим доменним заводом у Німеччині та, можливо, у всьому світі є Luisenhütte у Воклюмі поблизу Балве/Зауерланд. Доменну піч 1783 року можна побачити у Вільгельмшютте в Борнум-ам-Гарці.
Будівництво та завантаження доменної печі
Зверху в доменну піч подають дві необхідні сировини: так званий Меллер як носій сировини та доменний кокс як енергетичний носій та відновник. Як Меллер [ах. Суміш] - термін, що використовується для залізної руди (переважно у формі природних руд або як випал від випалу сульфідних або карбонатних залізних руд), до якого додаються добавки (наприклад, вапно, гравій та доломіт) для зменшення температури плавлення руд та поліпшення зрідження суміші стає.
Сировина транспортується ковшами-транспортерами (Hunte) через похилий елеватор до заповнювального отвору (банки дзвоника) у верхній частині доменної печі, спорожняється і заноситься всередину за допомогою системи подвійного дзвонового замка. Зараз у сучасних доменних печах зараз використовуються конвеєрні стрічки, які по черзі заповнюють два контейнери для матеріалів рудами, заповнювачами та коксом.
Біля підніжжя доменної печі окис вуглецю, що утворюється з коксу та атмосферного кисню, окислюється до вуглекислого газу, кисень, необхідний для цього, видаляється з оксиду заліза, який потім відновлюється до заліза.
Відливання чавуну та шлаку в доменній печі
Вміст зрідженої доменної печі видаляється через отвір внизу печі; цей отвір, як правило, закривається керамічною сумішшю і періодично свердлиться під час так званого відведення. Витікаючий вміст відокремлюється в камері відводу, що прилягає до печі, за допомогою каналу (також званого «калюжою») плаваючим шлаком, а також покривається подагричним пилом, так що тепло шлаку залишається незмінним. Сепаратор також називають Фуксом, оскільки він настільки «розумний», щоб розрізняти залізо та шлак. Однак більшість доменних печей мають два відводи. Один для шлаку (шлаковий жолоб) і один трохи глибше для рідкого заліза. І тут різниця в щільності використовується для поділу.
Шлак, що утворюється в процесі доменної печі, також є цінною сировиною. Після подрібнення на заводі для подрібнення шлаку його можна застосовувати різними способами як шлаковий пісок.
Процес у доменній печі продовжується за допомогою гарячого повітря, що вдувається знизу доменної печі (так званий вітер). Цей важливий для роботи вітер використовується у вітронагрівачах (Каупер) доведена до температури. На додаток до функції подачі кисню, вітер також закручує додану сировину, яка в іншому випадку буде пропікатися лише на основі печі і більше не потребуватиме нагрівання. Якщо відбувається злежування, процес розладу (коротке переривання вітру) намагається його розчинити. Розлад відповідає розпалюванню печі, в якій протяг загрожує застоєм через занадто велику кількість попелу на решітці. Доменна піч є протитоковим реактором: Поки матеріал, що заливається, проходить через реактор зверху вниз, отримані реакційні гази (пічні гази) протікають знизу вгору. Їх беруть з верхньої частини подагри, очищають від частинок диму і ставлять для подальшого використання в хімічній промисловості або спалюють для отримання вітру в коровнику.
Зовнішня стінка доменної печі постійно охолоджується водяним охолодженням. Раніше система охолодження мала відкриту конструкцію, що означає: вода подавалась холодно в стінку печі, а потім знову охолоджувалась у градирні. Це спричинило великі втрати води та енергії. Нові доменні печі оснащені замкнутими контурами охолодження. Наприклад, "чорний гігант" у Дуйсбурзі має п'ять різних контурів охолодження, які всі окремо закриті. Вода, яка втрачена внаслідок коливань температури або втрат, замінюється спеціальною водою з низьким вмістом вапна з 0,1 ° dH.
Фактична доменна піч зазвичай має висоту 25–30 м, вся система до 60 м. «Чорний велетень» в Дуйсбурзі-Мейдеріху має висоту печі 42 м і діаметр рами близько 14 м.
Середні доменні печі досягають щоденного випуску 6000 т, великі доменні печі до 13000 т чавуну. Якщо він не використовується як чавун, чавун, як правило, переробляють у сталь у конвертерах. Для цього в чавун продувають кисень або додають брухт (оксид заліза), щоб окислити домішки, що все ще містяться в чавуні, і вимити їх з рідкого металу у вигляді газів або шлаку.
Доменні печі працюють близько 10 років. Після закінчення цієї так званої подорожі до печі фактична доменна піч повинна бути детально переглянута; Здебільшого оновлюється вся облицювання вогнетривкої цегли і замінюються різні сталеві деталі. Потім можливість підготуватися до нової поїздки в піч часто використовується для вдосконалення технологічного процесу та встановлення нового обладнання для економії енергії та підвищення якості.
Хімічні реакції в доменній печі
На додаток до згоряння коксу та утворення відновника окису вуглецю, відновлення оксиду заліза монооксидом вуглецю (непряме відновлення) та коксом (пряме відновлення руди) є важливою основною схемою хімічної реакції:
Енергетичне спалювання коксу. Вироблення газоподібного відновника окису вуглецю. Відновлення оксиду заліза до елементарного заліза.
Реакція 1 забезпечує енергію для всього процесу. Оскільки кисень подається у формі продутого, попередньо нагрітого повітря, реакція настільки бурхлива, що досягається температура понад 2000 ° C. Ви можете візуалізувати цей ефект на вогні барбекю, вугілля якого бурхливо світиться білим кольором, коли ви дуєте на нього теплим феном. З іншого боку, реакція забезпечує вуглекислий газ CO2, який необхідний для реакції 2.
Реакція 2 постачає токсичний окис вуглецю (CO), який діє як власне відновник у доменній печі. На відміну від твердого вуглецю, газоподібний СО може легко досягати всіх поверхонь оксидів заліза та реагувати там. Ця реакція є типовою реакцією рівноваги (рівновага Будара). При високих температурах рівновага знаходиться праворуч, при низьких температурах - ліворуч.
Реакція 3 в узагальненому вигляді показує відновлення типового оксиду заліза (III) (червоний залізний камінь, іржа). Фактично він проходить кілька проміжних стадій, які проходять у різних зонах доменної печі:
Створюється міцніший залізний магнетит (магнітний залізний камінь). Утворюється заліза (II) оксид. В результаті виходить металеве залізо, яке збирається в доменній печі нижче.
Чавун обробляють на «металургійному комбінаті» продуванням кисню або додаванням брухту (оксиду заліза) шляхом окислення супутніх речовин (вугілля, сірка, марганець, кремній) і перетворення їх у вигляді газів (діоксид сірки, вуглекислий газ) або із заповнювачами у вигляді шлаку (кальцій і силікати і фосфати марганцю) видаляються. Приклад:
Оксид заліза та кремнійвмісний чавун реагують з утворенням заліза (сталі) та діоксиду кремнію.