Teknik dan Kimia Proses Tungku Ledakan

A tanur tinggi adalah tungku metalurgi yang digunakan untuk mencium dan memproduksi logam industri, biasanya besi babi tetapi juga logam lain seperti timbal atau tembaga. Lapisan adalah penyediaan udara pembakaran di atas tekanan atmosfer.Dalam tungku ledakan, bahan bakar (kokas), bijih, dan fluks (batu kapur) disediakan terus menerus dari bagian atas tungku, sementara udara panas (kadang -kadang diperkaya dengan oksigen) dilewatkan melalui serangkaian tabung yang disebut tuyeres, sehingga sebagai yang seperti yang Bahan jatuh ke bawah, reaksi kimia terjadi di seluruh tungku, reaksi. Produk akhir biasanya fase logam cair dan terak yang keluar dari bawah, dan gas limbah (gas buang) keluar dari atas tungku.

Fluks dari aliran bijih ke bawah dan kontak dengan aliran ke atas dari gas pembakaran yang kaya hot co adalah pertukaran kontra dan proses reaksi kimia.Sebaliknya, tungku udara (seperti tungku gema) secara alami disedot, biasanya dengan konveksi gas panas dalam buang. Di bawah definisi luas ini, pekerjaan baja pembuatan besi, tanaman yang dikonversi timah, dan tanaman peleburan timbal akan diklasifikasikan sebagai tungku ledakan. Namun, istilah ini biasanya terbatas pada yang digunakan untuk mencium bijih besi untuk menghasilkan besi babi (bahan perantara yang digunakan untuk menghasilkan baja komoditas), dan tungku poros yang digunakan bersama dengan tanaman sinter dalam peleburan logam dasar.Tungku blast diperkirakan bertanggung jawab atas lebih dari 4% emisi gas rumah kaca global antara tahun 1900 dan 2015, tetapi sulit untuk dekarbonise

Proses Rekayasa dan Kimia

Tungku Blast beroperasi berdasarkan prinsip reduksi kimia, di mana karbon monoksida mengubah besi oksida menjadi besi unsur. Tungku ledakan berbeda dari tungku kasar dan gema di dalam tungku ledakan gas buang bersentuhan langsung dengan bijih dan besi, memungkinkan karbon monoksida untuk berdifusi ke dalam bijih dan mengurangi oksida besi. Tungku blast beroperasi sebagai proses pertukaran arus balik, saat mengempur. tungku tidak. Perbedaan lainnya adalah bahwa pabrik pembuatan baja beroperasi dalam mode batch, sementara tungku ledakan beroperasi terus menerus untuk jangka waktu yang lama. Operasi kontinu juga lebih disukai karena tungku ledakan sulit untuk memulai dan berhenti. Selain itu, karbon dalam besi babi membuat titik peleburan lebih rendah daripada baja atau besi murni; Besi, sebaliknya, tidak meleleh di pabrik.Silika harus dikeluarkan dari besi babi. Ini bereaksi dengan kalsium oksida (batu kapur terbakar) dan membentuk silikat, yang mengapung ke permukaan besi babi cair sebagai terak. Secara historis, besi berkualitas terbaik diproduksi menggunakan arang untuk mencegah kontaminasi belerang.Kolom yang bergerak ke bawah dari bijih, fluks, kokas atau arang dan produk reaksi harus memiliki porositas yang cukup untuk lewatnya gas buang. Untuk memastikan permeabilitas ini, ukuran partikel kokas atau arang sangat penting. Oleh karena itu, kokas harus kuat Cukup tidak untuk dihancurkan oleh berat bahan di atasnya. Selain kekuatan fisik partikel, kokas juga harus rendah sulfur, fosfor dan abu.

Reaksi kimia utama yang menghasilkan besi cair adalah:

Fe₂O₃ + 3co → 2fe + 3co₂

Reaksi ini dapat dibagi menjadi beberapa langkah, dengan yang pertama adalah bahwa udara yang dipanaskan sebelumnya ditiup ke tungku bereaksi dengan karbon dalam bentuk Coke untuk menghasilkan karbon monoksida dan panas:

2 c_(S) + O_{2 (g)} → 2 co_(G)

Karbon monoksida panas adalah zat pereduksi untuk bijih besi dan bereaksi dengan oksida besi untuk menghasilkan besi cair dan karbon dioksida. Bergantung pada suhu di berbagai bagian tungku (terhangat di bagian bawah) zat besi berkurang dalam beberapa langkah dalam beberapa langkah Di atas, di mana suhu biasanya berada di kisaran antara 200 ° C dan 700 ° C, oksida besi sebagian dikurangi menjadi besi (II, III) oksida, Fe₃O₄.

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

Suhu 850 ° C, lebih jauh ke bawah di tungku, zat besi (II, III) berkurang lebih lanjut menjadi besi (II) oksida:

Fe₃O_{4 (s)} + Co_(G) → 3 Feo_(S) + Co_{2 (g)}

Karbon dioksida panas, karbon monoksida yang tidak bereaksi, dan nitrogen dari udara melewati tungku ketika bahan pakan segar turun ke zona reaksi. Saat material bergerak ke bawah, gas counter-arus baik memanaskan muatan umpan dan menguraikan batu kapur menjadi kalsium oksida dan karbon dioksida:

Caco_{3 (s)} → Cao_(S) + Co_{2 (g)}

Kalsium oksida yang dibentuk dengan dekomposisi bereaksi dengan berbagai pengotor asam dalam zat besi (terutama silika), untuk membentuk terak fayalitik yang pada dasarnya adalah kalsium silikat, casio ₃:

Sio₂ + Cao → casio₃

Saat besi (II) oksida bergerak ke daerah tersebut dengan suhu yang lebih tinggi, berkisar hingga 1.200 ° C derajat, ia dikurangi lebih jauh ke logam besi:

Feo_(S) + Co_(G) → Fe_(S) + Co_{2 (g)}

Karbon dioksida yang terbentuk dalam proses ini direduksi ulang menjadi karbon monoksida oleh Coke:

C_(S) + Co_{2 (g)} → 2 co_(G)

Keseimbangan yang bergantung pada suhu yang mengendalikan atmosfer gas di tungku disebut reaksi boudouard:

2co ⇌ co₂ + C.

"Besi Besi " yang diproduksi dalam tungku ledakan memiliki kandungan karbon yang relatif tinggi sekitar 4-5%, dan sering mengandung terlalu banyak sulfur, membuatnya sangat rapuh dan penggunaan komersial langsung yang terbatas. Sebagian besi babi digunakan untuk membuat besi cor cast . Sebagian besar besi babi yang diproduksi dalam tungku ledakan selanjutnya diproses untuk mengurangi kandungan karbon dan belerang dan menghasilkan berbagai tingkatan baja yang digunakan dalam bahan konstruksi, mobil, kapal dan mesin. dilakukan dengan menambahkan kalsium oksida, yang bereaksi dengan besi sulfida yang terkandung dalam besi babi untuk membentuk kalsium sulfida (dikenal sebagai desulfurisasi kapur). Dalam langkah proses lebih lanjut, yang disebut pembuatan baja oksigen dasar, karbon dioksidasi dengan meniup oksigen ke dalam cairan Besi babi untuk membentuk baja mentah.Meskipun efisiensi tungku ledakan terus berkembang, proses kimia dalam tungku blast tetap sama. Salah satu kerugian terbesar dari tungku ledakan adalah produksi CO2 yang tidak dapat dihindari karena zat besi berkurang dari besi oksida oleh karbon, dan pada 2016 tidak ada alternatif ekonomis pembuatan baja adalah salah satu industri pemancar CO2 terbesar di dunia (lihat gas rumah kaca) adalah Menyelidiki beberapa alternatif seperti limbah plastik, biomassa atau hidrogen sebagai zat pereduksi, yang secara signifikan dapat mengurangi emisi karbon.

Sebuah inisiatif Eropa yang disebut Ulcos (pembuatan baja CO2 ultra rendah) menangani tantangan yang ditimbulkan oleh emisi gas rumah kaca Furnace BLAST. Beberapa rute proses baru telah diusulkan dan dipelajari secara intensif untuk mengurangi emisi spesifik (CO2 per ton baja) sebesar 50%. Beberapa mengandalkan penangkapan karbon dioksida dan penyimpanan lebih lanjut (CCS), sementara yang lain memilih untuk mendekarbonisasi produksi baja dengan beralih ke hidrogen, listrik dan biomassa. sedang dikembangkan dan ditingkatkan ke tungku ledakan skala komersial.