Бластовая печь Процесс Инжиниринг и химия

A взрывная печь это металлургическая печь, используемая для падения и производства промышленных металлов, обычно свиноводства, но также и других металлов, таких как свинец или меди.В взрывной печи топливо (кока -кола), руда и поток (известняк) непрерывно подаются с вершины печи, в то время как горячий воздух (иногда обогащается кислородом) проходит через серию трубок, называемых Tuyeres, так что в качестве как Материал падает вниз, химические реакции встречаются по всей печи, реакция. Окончательными продуктами обычно являются фазы расплавленного металла и шлака, выходящие с дна, а газы отходов (дымовые газы) выходят из вершины печи.

Поток нисходящего потока руды и контакт с восходящим потоком горячих газов сжигания сжигания представляют собой процесс противооломы и химической реакции.Напротив, воздушные печи (такие как реверберационные печи) естественным образом аспирируются, как правило, путем конвекции горячих газов в дымоходе. При этом широком определении, железо, сталелитейных заводов, конвертирования олова и растений плавки свинца будут классифицированы как взрывные печи. Тем не менее, этот термин обычно ограничен тем, которые используются для изящной железной руды для производства железа свиньи (промежуточный материал, используемый для производства товарной стали), и печи вала, используемые в сочетании с растениями, в плавке из основных металлов.По оценкам, взрывные печи отвечают более 4% глобальных выбросов парниковых газов в период с 1900 по 2015 год, но их трудно декарбонизировать

Процесс инженерия и химия

Взрывная печь работает на принципе химического восстановления, где угарный газ превращает оксид железа в элементарное железо. Взрывные печи отличаются от грубых и реверберационных печи тем, что при взрывах печи дымовые газы вступают в прямой контакт с рудой и железом, что позволяет окись углерода диффундировать в руду и уменьшить оксид железа. Печи работает как процесс противоопухолевого обмена. печи нет. Другое отличие состоит в том, что стальные установки работают в партийном режиме, в то время как бласточные печи работают непрерывно в течение длительных периодов времени. Непрерывная работа также является предпочтительной, потому что взрывные печи трудно начать и останавливаться. В добавлении углерод в железе свиньи снижает температуру плавления ниже чем сталь из стали или чистого железа; Железо, напротив, не тает на фабрике.Кремнезый должен быть удален из железа. Он реагирует с оксидом кальция (сгоревший известняк) и образует силикаты, которые плавают на поверхность железа расплавленной свиньи в качестве шлака. Исторически, железо высокого качества было произведено с использованием древесного угля для предотвращения загрязнения серы.Вниз по движущейся колонне руды, потока, кока -колы или древесного угля и продуктов реакции должна иметь достаточную пористость для прохождения дымового газа. Чтобы обеспечить эту проницаемость, размер частиц кокса или древесного угля очень важен. Поэтому кокас должен быть сильным Достаточно не быть раздавленным весом материала над ним. В добавлении к физической прочности частиц кока -кокс также должен быть низким по серной, фосфору и пепелу.

Основная химическая реакция, продуцирующая расплавленное железо:

Фей₂O₃ + 3CO → 2FE + 3CO₂

Эта реакция может быть разделена на несколько этапов, причем первым из них предварительно разогретый воздух взорвался в печи, реагирует с углеродом в виде кокса для получения угарного газа и тепла:

2 c_(s) + O_{2 (g)} → 2 co_(г)

Оток углерода является восстановительным агентом для железной руды и реагирует с оксидом железа с образованием расплавленного железа и диоксида углерода. В зависимости от температуры в различных частях печи (самые теплые внизу) железо снижается в нескольких шагах . В верхней части, где температура обычно находится в диапазоне от 200 до 700 ° C, оксид железа частично восстанавливается до оксида железа (II, III), Fe₃O₄.

3 -й₂O_{3 (s)} + Co_(г) → 2 Fe₃O_{4 (s)} + Co_{2 (g)}

Температура 850 ° C, дальше вниз в печи, железо (II, III) снижается до оксида железа (II):

Фей₃O_{4 (s)} + Co_(г) → 3 FEO_(s) + Co_{2 (g)}

Горячий углекислый газ, непрореагировавший окись углерода и азот из воздуха проходит через печь, когда свежий кормный материал проникает в зону реакции. По мере того, как материал движется вниз, противоопухолевые газы предварительно нагревают подача и разлагают известняк на оксид кальция и диоксид углерода:

Како_{3 (s)} → Cao_(s) + Co_{2 (g)}

Оксид кальция, образованный разложением, реагирует с различными кислыми примеси в железе (особенно кремнеземах), образуя фаялитический шлак, который по существу представляет собой силикат кальция, Casio ₃:

SIO₂ + Cao → casio₃

По мере того, как оксид железа (II) спускается вниз к площади с более высокими температурами, в диапазоне до 1200 ° С, он уменьшается в дальнейшем до железного металла:

Фей_(s) + Co_(г) → Fe_(s) + Co_{2 (g)}

Углекислый газ, образованный в этом процессе, переопределяется в монооксид углерода колой:

C_(s) + Co_{2 (g)} → 2 co_(г)

Зависимое от температуры равновесие, контролирующее газовую атмосферу в печи, называется реакцией Будурда:

2co ⇌ co₂ + C.

"Pig Iron ", произведенное в взрывных печи, имеет относительно высокое содержание углерода примерно 4-5%и часто содержит слишком много серы, что делает его очень хрупким и ограниченного непосредственного коммерческого использования. Некоторое свиноводное железо используется для изготовления чугуна Полем Большая часть свиноводного железа, производимого в взрывных печи, дополнительно обрабатывается для снижения содержания углерода и серы и производства различных сортов стали, используемых в строительных материалах, автомобилях, кораблях и механизмах. Десюльфуризация обычно происходит во время транспортировки расплавленной стали в стальную мельницу. выполняется путем добавления оксида кальция, который реагирует с сульфидом железа, содержащимся в свиноводном железе с образованием сульфида кальция (известный как десульфуризация извести). На дальнейшей стадии процесса, так называемое основное производство кислорода, углерод окисляется путем взрыва кислорода на жидкость Свинцовая железа с образованием сырой стали.Хотя эффективность взрывных печей продолжала развиваться, химические процессы в яторных печи остались прежними. Одним из самых больших недостатков бласточных печей является неизбежное производство CO2, поскольку железо снижается от оксида железа при углероде, и с 2016 года нет экономических альтернативы стали стали. Исследование нескольких альтернатив, таких как пластиковые отходы, биомасса или водород в качестве восстановительного агента, что может значительно сократить выбросы углерода.

Европейская инициатива под названием Ulcos (Ultra Low CO2 Steelmaking) решает проблемы, связанные с выбросами парниковых газов взрывной печи. Были предложены новые маршруты процесса и интенсивно изучались для сокращения определенных выбросов (CO2 на тонну стали) как минимум на 50%. Некоторые полагаются на захват и дальнейшее хранение углекислого газа (CCS), в то время как другие предпочитают декарбонизировать производство стали, переключаясь на водород, электричество и биомассу. Ввидительно, технология, которая включает в себя CCS в сам процесс взрывной печи и называется Top Gas Recovery Blast Fursace Furnace разрабатывается и масштабируется до коммерческих масштабных взрывных печей.