Blast Fırın Süreç Mühendisliği ve Kimya

A yüksek fırın endüstriyel metalleri koklamak ve üretmek için kullanılan bir metalurjik fırındır, genellikle pik demir değil, aynı zamanda kurşun veya bakır gibi diğer metaller.Bir kabarık fırında, fırının üstünden sürekli olarak sürekli olarak sağlanırken, yakıt (kola), cevher ve akı (kireçtaşı) (bazen oksijen ile zenginleştirilmiş) tuyeres adı verilen bir dizi tüpten geçirilir, böylece Malzeme aşağı doğru düşer, fırın boyunca kimyasal reaksiyonlar, reaksiyonlar, son ürünler genellikle alttan çıkan erimiş metal ve cüruf fazlarıdır ve fırın üstünden çıkan atık gazlar (baca gazları).

Cevherlerin aşağı akışının akısı ve sıcak eş açısından zengin yanma gazlarının yukarı doğru akışıyla temas etmesi, karşı akım değişimi ve kimyasal reaksiyon işlemidir.Buna karşılık, hava fırınları (yankılanan fırınlar gibi) doğal olarak aspire edilir, genellikle baca içindeki sıcak gazların konveksiyonu ile. Bununla birlikte, bu terim genellikle pik demir üretmek için kullanılanlarla sınırlıdır (emtia çeliği üretmek için kullanılan ara malzeme) ve taban metal eritmedeki sinter bitkileri ile birlikte kullanılan şaft fırınları.Blast fırınlarının 1900-2015 yılları arasında küresel sera gazı emisyonlarının% 4'ünden fazlasının sorumlu olduğu tahmin ediliyor, ancak karbondan arındırılması zor

Proses Mühendisliği ve Kimya

Blast fırın, karbon monoksitin demir oksidi elemental demire dönüştürdüğü kimyasal azaltma prensibi üzerinde çalışır. Kabarcık fırınları, kabarık fırınlarda baca gazlarının cevher ve demir ile doğrudan temasa geçmesi, karbon monoksitin cevher içine yayılmasına ve demir oksidi azaltmasına izin verir. Fırınlar yapmaz. Başka bir fark, çelik üretim bitkilerinin parti modunda çalışmasıdır, ancak yüksek süre boyunca uzun süre sürekli olarak çalışır. Sürekli çalışma da tercih edilir, çünkü patlama fırınlarının başlaması ve durması zordur.Aşın ek olarak, pik demirdeki karbon erime noktasını daha düşük hale getirir. çelik veya saf demirden daha; Demir, aksine, fabrikada erimez.Silika pik demirden çıkarılmalıdır. Kalsiyum oksit (yanmış kireçtaşı) ile reaksiyona girer ve erimiş pik demirin yüzeyine cüruf olarak yüzen silikatlar oluşturur. Tarihsel olarak, en kaliteli demir kükürt kontaminasyonunu önlemek için kömür kullanılarak üretildi.Aşağı doğru hareketli cevher, akı, kok veya kömür ve reaksiyon ürünleri, baca gazının geçişi için yeterli gözenekliliğe sahip olmalıdır. Bu geçirgenliği sağlamak için, kola veya kömürün partikül boyutu çok önemlidir. Bu nedenle, kola güçlü olmalıdır. Üstündeki malzemenin ağırlığı ile ezilmemek için yeterli. Parçacıkların fiziksel mukavemetine ek olarak, kola da kükürt, fosfor ve kül bakımından düşük olmalıdır.

Erimiş demir üreten ana kimyasal reaksiyon:

Fe₂O₃ + 3CO → 2FE + 3CO₂

Bu reaksiyon birden fazla aşamaya ayrılabilir, birincisi fırına üflenmiş önceden ısıtılmış havanın karbon monoksit ve ısı üretmek için karbonla kola şeklinde reaksiyona girmesidir:

2 c_(S) + O_{2 (g)} → 2 co_(G)

Sıcak karbon monoksit, demir cevheri için indirgeyici maddedir ve erimiş demir ve karbondioksit üretmek için demir oksit ile reaksiyona girer. Fırının farklı kısımlarındaki sıcaklığa bağlı olarak (altta en sıcak) demir birkaç adımda azalır. Sıcaklığın genellikle 200 ° C ile 700 ° C arasındaki aralıkta olduğu üstte, demir oksit kısmen demir (II, III) okside, Fe'ye indirgenir₃O₄.

3 fe₂O_{3 (S)} + CO_(G) → 2 Fe₃O_{4 (S)} + CO_{2 (g)}

850 ° C sıcaklıklar, fırında daha aşağı, demir (II, III) demir (II) okside daha da azaltılır:

Fe₃O_{4 (S)} + CO_(G) → 3 feo_(S) + CO_{2 (g)}

Sıcak karbondioksit, reaksiyona girmemiş karbon monoksit ve havadan azot, taze besleme malzemesi reaksiyon bölgesine doğru ilerlerken fırından geçer. Malzeme aşağı doğru hareket ettikçe, karşı akım gazları hem besleme yükünü önceden ısıtır hem de kireçtaşını kalsiyum oksit ve karbondioksite ayırır:

Kako_{3 (S)} → Cao_(S) + CO_{2 (g)}

Ayrışma ile oluşan kalsiyum oksit, esasen kalsiyum silikat olan fayalitik bir cüruf oluşturmak için demirdeki çeşitli asidik safsızlıklarla (özellikle silika) reaksiyona girer, ₃:

Sio₂ + CAO → Casio₃

Demir (II) oksit, 1200 ° C dereceye kadar değişen daha yüksek sıcaklıklara sahip alana doğru hareket ettiğinde, demir metale daha da azaltılır:

Feo_(S) + CO_(G) → FE_(S) + CO_{2 (g)}

Bu işlemde oluşan karbondioksit, Kola tarafından karbon monoksite yeniden indirgenir:

C_(S) + CO_{2 (g)} → 2 co_(G)

Fırındaki gaz atmosferini kontrol eden sıcaklığa bağlı dengeye boudouard reaksiyonu denir:

2co ⇌ co₂ + C.

Blast Fırınlarda Üretilen "" PIG DEMİR "Nispeten Yüksek Karbon İçeriğine sahiptir ve genellikle çok fazla kükürt içerir, bu da çok kırılgan ve sınırlı ticari kullanıma sahiptir. . Blast fırınlarda üretilen pik demirin çoğu, karbon ve kükürt içeriğini azaltmak ve inşaat malzemelerinde, arabalarda, gemilerde ve makinelerde kullanılan çeşitli çelik dereceleri üretmek için daha da işlenir. Kalsiyum sülfür (kireç desülfürizasyonu olarak bilinir) oluşturmak için pik demirde bulunan demir sülfür ile reaksiyona giren kalsiyum oksit ilave edilerek yapılır. Bir sonraki işlem adımında, temel oksijen çelik üretimi olarak adlandırılır, karbon, oksijeni sıvıya üfleyerek oksitlenir. Ham çelik oluşturmak için pik demir.Her ne kadar yüksek fırınların verimliliği gelişmeye devam etmesine rağmen, blast fırınlardaki kimyasal süreçler aynı kalmıştır. Blast fırınların en büyük dezavantajlarından biri, demir oksitten karbon tarafından demir oksitten azaltıldığı için kaçınılmaz CO2 üretimidir ve 2016 itibariyle hiçbir ekonomik alternatif yoktur Steelmaking, dünyanın en büyük CO2 yayan endüstrilerinden biridir (bkz. Sera gazları) Plastik atık, biyokütle veya hidrojen gibi çeşitli alternatiflerin, karbon emisyonlarını önemli ölçüde azaltabilen bir indirgeyici ajan olarak araştırılması.

ULCOS (Ultra Düşük CO2 çelik üretimi) adı verilen bir Avrupa girişimi, BLAST FIRCACE sera gazı emisyonlarının ortaya koyduğu zorlukları ele almaktadır. Sözlü yeni işlem yolları önerilmiş ve en az%50 oranında belirli emisyonları (ton başına CO2) azaltmak için yoğun bir şekilde incelenmiştir. Bazıları karbondioksit yakalamaya ve daha fazla depolamaya (CCS) güvenirken, diğerleri hidrojen, elektrik ve biyokütle geçerek çelik üretimini karbondan karbondan ayırmayı seçer. geliştirilmektedir ve ticari ölçekli yüksek fırınlara kadar ölçeklendirilmektedir.