Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лекции - ЭЧМ.docx
Скачиваний:
90
Добавлен:
22.02.2015
Размер:
366.86 Кб
Скачать

Доменное Физические процессы

  1. Качественно-количественная схема доменного процесса. Материальный баланс доменной плавки.

Сущность доменного процесса состоит в том, что восстанавливается основное количество железа, а затем, при более высоких температурах, в нижней части горна происходит разделение на слои расплавившихся чугуна и шлака из-за их различных плотностей (плотность чугуна примерно в 2,5 раза больше плотности шлака).

В любой момент времени вся доменная печь заполнена шихтовыми материалами — от горна до колошника. Через фурменные отверстия под давлением подают воздух, нагретый до 1000-1200 градусов. Попадая в слой кокса, находящегося в горне, воздух быстро расходуется на его горение. На расстоянии ~2 м от стенки горна газ уже не содержит кислорода.

Поскольку горение кокса в доменной печи происходит при недостатке воздуха, то конечным продуктом сгорания углерода является не CO2, а CO. Образующиеся в горне печи продукты сгорания (содержание CO и N2) с температурой > 2000 градусов направляются вверх. Нагревая шихту, газ охлаждается и выходит из печи через колошник (поэтому газ называют колошниковым) с температурой 200-300 градусов. При движении через шихту газ одновременно с теплообменными участвует в восстановительных процессах, в результате чего часть монооксида углерода CO превращается в диоксид углерода CO2.

Сразу после попадания в печь шихта начинается нагреваться и по мере непрерывного опускания последовательно идут следующие процессы:

  1. испарение влаги шихты;

  2. восстановление оксидов железа и некоторых других элементов;

  3. диссоциация карбонатов.@

Конечный продукт доменной плавки — чугун (железоуглеродистый сплав, содержащий 91-94% Fe, 3,5-4,5% C и 1-5% других элементов).

На уровне нижней части шахты или в заплечиках при температурах свыше 1200 градусов начинается образование первых порций расплавленных чугуна и шлака. Шлак образуется из трех частей: пустой породы рудного материала, флюса и золы кокса. Расплавленные чугун и шлак в виде капелек, струй стекают вниз и накапливаются в горне в два слоя. Шлак выступает в роли регулятора химического состава чугуна. В зависимости от состава шлака облегчается или затрудняется переход в чугун тех или иных элементов. Капельки чугуна, проходя через слой шлака в горне, освобождаются от большей части серы.@

Типичный состав доменного шлака: СaO — 35-45%, SiO2 — 36-38%, AhO3 — 7-15%, MgO — 4-10%, MnO — 0,5-1%, FeO — 0,4-0,8%, S — 1-2%.

Характерная особенность доменного процесса заключается в том, что формирование химического состава чугуна происходит по мере движения вниз твердой шихты и расплавленных масс металла и шлака. Слой чугуна в горне, сколько бы он там ни находился, не изменяет своего химического состава.

  1. Структура столба доменной шихты

3. Роль кокса в доменной плавке. Качественная оценка расхода углерода кокса в доменном процессе. Механизм горения кокса у фурм.

Кокс — твердый продукт коксования угля, полученный пиролизом каменного угля при 900-1100 градусах (без доступа воздуха) за 14-20 часов.

Кокс:

            1. источник тепла (2С + O2 = 2CO + Q);

            2. разрыхлитель столба шихты ;

            3. восстановитель (FeOx + xC = Fe + xCO);

            4. источник восстановительных газов (C + CO2 = 2CO и C + H2O = CO + H2);

            5. карбюризатор (3Fe + C = Fe3C);

            6. создает коксовую насадку в нижней части печи, где только кокс остается в твердом состоянии (насадка воспринимает значительную часть веса столба шихтовых материалов).

Углерод кокса расходуется на сгорание у фурм, на прямое восстановление, на растворение в чугуне:

Ск = Сф + Сd + [C]

По мере движения от колошника к горну кокс претерпевает мало изменений, освобождаясь лишь от влаги и летучих и нагреваясь. В итоге, кокс располагается в горне и заплечиках, несколько погружаясь в слой шлака, и образует коксовую насадку, через которую снизу вверх проходят газы, а сверху вниз стекают и фильтруются расплавы чугуна и шлака. Коксовая насадка расходуется за счет взаимодействия с кислородом дутья и тут же пополняется новыми порциями кокса сверху.

Горение кокса — процесс гетерогенный и протекает на границе раздела твердой и газовой фаз. Кислород, адсорбируясь на поверхности твердого топлива, образует с углеродом комплекс переменного состава, распадающийся затем на CO и CO2, которые десорбируются и переходят в газовую фазу. Монооксид углерода при наличии свободного кислорода в газовой фазе окисляется до CO2, и в то же время молекулы CO2 превращаются в молекулы CO.

Ранее считалось, что у каждой фурмы доменной печи образуются зоны циркуляции кокса. Но сейчас установлено, что куски кокса не циркулируют в очаге, а уносятся потоком дутья в направлении от фурмы в расширяющуюся и поворачивающуюся вверх полость, в верхней части которой образуется свод горящего кокса.

Свод перед фурмой является неустойчивым и периодически обрушается в поток дутья, пополняя полость кусками, которые получают ускорение от фурмы. Таким образом, поступление кусков кокса в очаг происходит как бы из бункера, дальняя стенка которого примыкает к своду горящего кокса, что создает иллюзию обратного движения кусков к фурме.

Короче — по Вегману — на интенсивно работающих доменных печах окислительные зоны соседних фурм, смыкаясь между собой, образуют сплошную круговую окислительную зону в виде тора. Таким образом, процесс горения топлива в доменной печи осуществляется в кольцевом пространстве, имеющем форму, близкую к форме тора.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.