高爐
編輯鼓風爐是一種冶金爐,用于冶煉生產工業金屬,通常是生鐵,但也包括鉛或銅等其他金屬。 鼓風是指強制或提供高于大氣壓的助燃空氣。
在高爐中,燃料(焦炭)、礦石和助熔劑(石灰石)從爐頂連續供應,同時熱風(有時富氧)通過 一系列稱為風口的管道,因此當材料向下落時,整個爐子都會發生化學反應。 最終產品通常是從底部排出的熔融金屬和爐渣相,以及從爐頂排出的廢氣(煙道氣)。 礦石的向下流動以及與向上流動的富含一氧化碳的熱燃燒氣體接觸的熔劑是逆流交換和化學反應過程。
相反,空氣爐(如反射爐)是自然吸氣的,通常是通過煙道中熱氣體的對流。 根據這個寬泛的定義,煉鐵的煉鋼廠、錫的吹煉廠和煉鉛廠將被歸類為鼓風爐。 然而,該術語通常僅限于用于冶煉鐵礦石以生產生鐵(用于生產商品鋼鐵的中間材料)的那些,以及與基本金屬冶煉中的燒結廠結合使用的豎爐。
過程工程與化學
編輯高溫爐根據化學還原原理運行,一氧化碳將氧化鐵轉化為元素鐵。 高爐與鋼化爐和反射爐的不同之處在于,在高爐中,煙氣與礦石和鐵直接接觸,使一氧化碳擴散到礦石中并還原氧化鐵。 高爐作為逆流交換過程運行,而鋼化爐則不是。 另一個區別是,煉鋼廠以批處理方式運行,而高爐則長時間連續運行。 連續操作也是優選的,因為高爐難以啟動和停止。 此外,生鐵中的碳使熔點低于鋼或純鐵的熔點; 相反,鐵不會在工廠里熔化。
必須從生鐵中去除二氧化硅。 它與氧化鈣(燒過的石灰石)發生反應并形成硅酸鹽,硅酸鹽以爐渣的形式漂浮到熔融生鐵的表面。 歷史上,為了防止硫污染,質量xxx的鐵是用木炭生產的。
向下移動的礦石、熔劑、焦炭或木炭和反應產物柱必須具有足夠的孔隙以便煙道氣通過。 為確保這種滲透性,焦炭或木炭的粒度非常重要。 因此,焦炭必須足夠堅固,才不會被其上方物料的重量壓碎。 除了顆粒的物理強度外,焦炭的硫、磷和灰分含量也必須低。
產生鐵水的主要化學反應是:
Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2
該反應可分為多個步驟,首先是吹入爐內的預熱空氣與焦炭形式的碳發生反應,產生一氧化碳和熱量:
2 C(s) + O2(g) → 2 CO(g)
熱的一氧化碳是鐵礦石的還原劑,與氧化鐵反應生成鐵水和二氧化碳。 根據熔爐不同部分的溫度(底部溫度最高),鐵會分幾步還原。 在頂部,溫度通常在 200 °C 和 700 °C 之間,氧化鐵部分還原為氧化鐵 (II,III) Fe3O4。
3 Fe2O3(s) + CO(g) → 2 Fe3O4(s) + CO2(g)
在 850 °C 的溫度下,在爐子的下方,鐵 (II,III) 進一步還原為氧化鐵 (II):
Fe3O4(s) + CO(g) → 3 FeO(s) + CO2(g)
當新鮮進料向下進入反應區時,空氣中的熱二氧化碳、未反應的一氧化碳和氮氣向上通過熔爐。 當物料向下移動時,逆流氣體既預熱進料又將石灰石分解為氧化鈣和二氧化碳:
CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)
分解形成的氧化鈣與鐵中的各種酸性雜質(尤其是二氧化硅)發生反應,形成鐵橄欖石渣,其本質上是硅酸鈣,CaSiO3:
SiO2 + CaO → CaSiO3
當氧化鐵 (II) 向下移動到溫度較高的區域(最高 1200 °C)時,它會進一步還原為鐵金屬:
FeO(s) + CO(g) → Fe(s) + CO2(g)
在此過程中形成的二氧化碳被還原為一氧化碳。
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