Kỹ thuật và hóa học quá trình lò cao

A lò luyện sắt là một lò luyện kim được sử dụng để bôi và sản xuất kim loại công nghiệp, thường là sắt lợn nhưng cũng có các kim loại khác như chì hoặc đồng.blast là việc cung cấp không khí đốt trên áp suất khí quyển.Trong lò cao, nhiên liệu (than cốc), quặng và dòng chảy (đá vôi) được cung cấp liên tục từ đỉnh lò, trong khi không khí nóng (đôi khi được làm giàu bằng oxy) được truyền qua một loạt các ống gọi Vật liệu rơi xuống dưới, các phản ứng hóa học xảy ra trên khắp lò, phản ứng. Các sản phẩm cuối cùng thường là các pha kim loại và xỉ nóng chảy thoát ra từ đáy, và khí thải (khí thải) thoát ra khỏi lò.

Thông lượng của dòng chảy hướng xuống của quặng và tiếp xúc với dòng khí đốt tăng của các khí đốt nóng là một quá trình trao đổi và phản ứng hóa học.Ngược lại, các lò không khí (như lò phản hồi) được hút tự nhiên, thường là do sự đối lưu của các khí nóng trong ống khói. Tuy nhiên, thuật ngữ này thường được giới hạn ở những người được sử dụng để bôi quặng sắt để sản xuất sắt lợn (một vật liệu trung gian được sử dụng để sản xuất thép hàng hóa), và các lò trục được sử dụng cùng với các nhà máy thiêu kết trong luyện kim loại cơ bản.Lò phát hành được ước tính là chịu trách nhiệm cho hơn 4% lượng khí thải nhà kính toàn cầu từ năm 1900 đến 2015, nhưng rất khó để giải mã

Kỹ thuật xử lý và hóa học

Lò nổ hoạt động theo nguyên tắc giảm hóa chất, trong đó carbon monoxide chuyển đổi oxit sắt thành sắt nguyên tố. Các lò cao khác với các lò thô và lò phản hồi trong đó trong lò cao, khí thải tiếp xúc trực tiếp với quặng và sắt, cho phép carbon monoxide khuếch tán vào quặng và giảm oxit sắt. Lò không. Một điểm khác biệt là các nhà máy sản xuất thép hoạt động ở chế độ hàng loạt, trong khi các lò cao hoạt động liên tục trong thời gian dài. Hoạt động liên tục cũng được ưa thích vì lò cao hơn cả thép hoặc sắt nguyên chất; Ngược lại, sắt không tan chảy trong nhà máy.Silica phải được loại bỏ khỏi sắt lợn. Nó phản ứng với oxit canxi (đá vôi bị cháy) và tạo thành silicat, nổi lên bề mặt của sắt lợn nóng chảy dưới dạng xỉ. Trong lịch sử, chất lượng chất lượng tốt nhất được sản xuất bằng than để ngăn ngừa ô nhiễm lưu huỳnh.Cột di chuyển xuống của các sản phẩm quặng, thông lượng, than cốc hoặc than và phản ứng phải có đủ độ xốp cho việc đi qua khí thải. Để đảm bảo tính thấm này, kích thước hạt của than cốc hoặc than rất quan trọng. Đủ để không bị nghiền nát bởi trọng lượng của vật liệu phía trên nó. Ngoài sức mạnh vật lý của các hạt, than cốc cũng phải thấp trong lưu huỳnh, phốt pho và tro.

Phản ứng hóa học chính tạo ra sắt nóng chảy là:

Fe₂O₃ + 3CO → 2FE + 3CO₂

Phản ứng này có thể được chia thành nhiều bước, với lần đầu tiên là không khí đã được làm nóng trước vào lò phản ứng với carbon dưới dạng Coke để tạo ra carbon monoxide và nhiệt:

2 c_(S) + O_{2 (g)} → 2 đồng_(g)

Carbon monoxide nóng là chất khử đối với quặng sắt và phản ứng với oxit sắt để tạo ra sắt nóng chảy và carbon dioxide. Xuất sắc về nhiệt độ ở các phần khác nhau của lò (ấm nhất ở phía dưới) .At the top,where the temperature usually is in the range between 200 °C and 700 °C, the iron oxide is partially reduced to iron(II,III) oxide, Fe₃O₄.

3 Fe₂O_{3 (s)} + Đồng_(g) → 2 Fe₃O_{4 (s)} + Đồng_{2 (g)}

Nhiệt độ 850 ° C, ở xa hơn trong lò, sắt (II, III) giảm hơn nữa thành oxit sắt (II):

Fe₃O_{4 (s)} + Đồng_(g) → 3 FEO_(S) + Đồng_{2 (g)}

Carbon dioxide nóng, carbon monoxide không phản ứng và nitơ từ không khí đi qua lò khi vật liệu thức ăn tươi di chuyển xuống vùng phản ứng. Khi vật liệu di chuyển xuống dưới, các khí ngược dòng điện vừa làm nóng điện tích thức ăn và phân hủy đá vôi thành canxi oxit và carbon dioxide:

Caco_{3 (s)} → CaO_(S) + Đồng_{2 (g)}

Oxit canxi được hình thành bằng cách phân hủy phản ứng với các tạp chất có tính axit khác nhau trong sắt (đáng chú ý ₃:

Sio₂ + CaO → Casio₃

Khi oxit sắt (II) di chuyển xuống khu vực có nhiệt độ cao hơn, dao động lên tới 1200 ° C, nó giảm hơn nữa thành kim loại sắt:

FEO_(S) + Đồng_(g) → Fe_(S) + Đồng_{2 (g)}

Carbon dioxide được hình thành trong quá trình này được khử lại thành carbon monoxide bởi Coke:

C_(S) + Đồng_{2 (g)} → 2 đồng_(g)

Cân bằng phụ thuộc vào nhiệt độ kiểm soát khí quyển khí trong lò được gọi là phản ứng Boudouard:

2CO ⇌ đồng₂ + C.

"Sắt lợn " được sản xuất trong lò cao có hàm lượng carbon tương đối cao khoảng 4-5%và thường chứa quá nhiều lưu huỳnh, làm cho nó rất giòn và sử dụng thương mại ngay lập tức. . Hầu hết các loại sắt lợn được sản xuất trong lò cao được xử lý thêm để giảm hàm lượng carbon và lưu huỳnh và tạo ra các loại thép khác nhau được sử dụng trong vật liệu xây dựng, ô tô, tàu và máy móc. được thực hiện bằng cách thêm canxi oxit, phản ứng với sunfua sắt có trong sắt lợn để tạo thành canxi sulfide (được gọi là khử vôi vôi). Sắt lợn để tạo thành thép thô.Mặc dù hiệu quả của các lò cao đã tiếp tục phát triển, các quá trình hóa học trong các lò cao vẫn giữ nguyên. Một trong những nhược điểm lớn nhất của lò cao là sản xuất CO2 không thể tránh khỏi vì sắt bị giảm từ oxit sắt bằng carbon và kể từ năm 2016, không có lựa chọn thay thế kinh tế nào là một trong những ngành công nghiệp phát ra CO2 lớn nhất thế giới (xem khí nhà kính) là Điều tra một số lựa chọn thay thế như chất thải nhựa, sinh khối hoặc hydro như là một tác nhân khử, có thể làm giảm đáng kể lượng khí thải carbon.

Một sáng kiến ​​của châu Âu có tên là ULCOS (sản xuất thép CO2 cực thấp) đang giải quyết các thách thức được đặt ra bởi khí thải nhà kính lò cao. Khai thác các tuyến quy trình mới đã được đề xuất và nghiên cứu mạnh mẽ để giảm lượng khí thải cụ thể (CO2 mỗi tấn thép) ít nhất 50%. Một số phụ thuộc vào việc bắt giữ carbon dioxide và lưu trữ thêm (CCS), trong khi những người khác chọn khử cacbon sản xuất bằng cách chuyển sang hydro, điện và sinh khối. đang được phát triển và đang được nhân rộng lên các lò cao cấp thương mại.