Доменная печь
Доменная печь - это особый тип печи для выплавки железа из руды. Доменные печи очень большие. Они могут достигать 60 метров (200 футов) в высоту и 15 метров (49 футов) в диаметре. Доменная печь - это самый большой химический реактор. Доменные печи также называют высокими печами.
Доменная печь обычно строится со стальным корпусом, внутри которого находятся кирпичи из оксида магния или другого огнеупорного материала. Горячая печь не может расплавить эти кирпичи. Печь охлаждается водой, протекающей внутри корпуса и кирпичей.
Процесс получения железа прост. Железная руда - это, по сути, оксид железа. Железо получают путем удаления кислорода. В результате остается сырое железо, называемое чугуном. Этот процесс удаления кислорода называется плавкой. В процессе восстановления используется углерод, при этом руда нагревается до высокой температуры. Углерод легко удаляет кислород из руды при высоких температурах.
Схема доменной печи1 . Горячее дутье ("ветер") из печей Каупера 2. Зона плавления (бош) 3. Зона восстановления оксида железа (бочка) 4. Зона восстановления оксида железа (штабель) 5. Зона предварительного нагрева (горн) 6. Загрузка руды, известняка и кокса7 . Отходящие газы8 . Колошник из руды, кокса и известняка9 . Удаление шлака10 . Отвод расплавленного чугуна11 . Сбор отходящих газов
Процесс
Руда, известняк и углерод в виде кокса закладываются в верхнюю часть доменной печи слоями. В то же время горячий воздух, называемый "ветром", вдувается внутрь печи. Для подачи воздуха в печь используются специальные сопла, называемые "фурмами". Сопла находятся в нижней части печи. Этот процесс называется "дробеструйной обработкой". Именно поэтому печь называется "доменной". Кокс воспламеняется (загорается) и горит. При этом образуется угарный газ, поскольку кислорода недостаточно для образования углекислого газа. Монооксид углерода сокращает оксид металла до металла и образует диоксид углерода. Этот процесс используется для получения железа. Известняк образует с породой железной руды вещество, называемое шлаком.
Нижняя часть печи называется очагом. Когда он заполняется жидким чугуном и шлаком, шлак удаляется. Это называется обезжириванием. Шлак легче железа и не смешивается с ним. Он плавает поверх чугуна. В горне на уровне шлака специальным сверлом проделывается отверстие. Жидкий шлак вытекает через отверстие в емкость, называемую шлаковым горшком. Затем чугун сливается из горна. Этот процесс называется простукиванием. На дне делается отверстие, и жидкий чугун выходит наружу. Его либо используют непосредственно для выплавки стали, либо помещают в специальный железнодорожный вагон, называемый торпедой, либо делают из него формы. Когда весь чугун удален, огнеупорная глина используется для закрытия двух отверстий. Из-за высокой температуры глина очень быстро становится твердой.
В чугуне содержится около 4% углерода, и он будет слишком твердым и хрупким для использования. Лишний углерод необходимо сначала сжечь. Чугун перерабатывается в сталь путем обезуглероживания (выжигания лишнего углерода). Современным методом обезуглероживания чугуна и его переработки в сталь является кислородная печь. Исторически существовали и другие методы, такие как конвертер Бессемера, мартеновская печь и пудлинговая печь.
Газы поднимаются вверх и собираются в верхней части топки. Поскольку газ содержит много угарного газа, он является ценным топливом. Газ, собранный в верхней части доменной печи, называется доменным газом. Затем его промывают, сушат и собирают все твердые частицы, такие как сажа или рудная пыль. Затем газ сжигается в специальных печах, называемых печами Каупера или горячими доменными печами, в углекислый газ. Тепло от сжигания доменного газа затем используется для предварительного нагрева воздуха, "ветра", который, в свою очередь, подается в саму доменную печь.
Шлак не является отходами. Он может быть использован различными способами. Из него можно делать кирпичи и использовать в строительстве, а можно смешивать с бетоном. Бетон, содержащий доменный шлак, прочнее обычного бетона и имеет почти чисто белый цвет, в то время как обычный бетон грязно-серый.
Обычно доменная печь может работать без остановки от 10 до 20 лет. Это называется "кампания".
Химический пример
При температуре 900-1600°C происходит восстановление углеродом:
| 1. | 3 {\displaystyle 3} | F e O 2{\displaystyle3 Fe_{2}O_{3}} | ⟶ {\displaystyle \longrightarrow } | 2 {\displaystyle 2} | F e O 3{\displaystyle4 Fe_{3}O_{4}} |
| 2. | F e O 3+ 4C {\displaystyle Fe_{3}O_{4}+C} | ⟶ {\displaystyle \longrightarrow } | 3 {\displaystyle 3} | F e O {\displaystyle FeO} | |
| 3. | F e O + C {\displaystyle FeO+C} | ⟶ {\displaystyle \longrightarrow } | F e {\displaystyle Fe} |
Теперь железо уже сделано.
Вопросы и ответы
В: Что такое доменная печь?
О: Доменная печь - это большая печь, используемая для выплавки железа из руды.
В: Какого размера могут быть доменные печи?
О: Доменные печи могут достигать 60 метров в высоту и 15 метров в диаметре.
В: Как по-другому называется доменная печь?
О: Доменные печи также называют высокими печами.
В: Из каких материалов сделаны доменные печи?
О: Доменные печи обычно строятся со стальным корпусом и кирпичами из оксида магния или других огнеупорных материалов.
В: Как охлаждается доменная печь?
О: Доменная печь охлаждается водой, протекающей внутри части корпуса и кирпичей.
В: Что такое процесс плавки и как получают железо?
О: Процесс получения железа - это плавка, которая включает удаление кислорода из железной руды. Углерод используется в процессе восстановления, при этом руда нагревается до высокой температуры. В результате получается сырое железо, называемое чугуном.
В: Какова роль углерода в процессе восстановления для получения железа?
О: Углерод легко отнимает кислород у руды при высоких температурах.
