Номер 5, страница 344 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 72. Производство чугуна. Глава 7. Химическая технология - номер 5, страница 344.

Условие.

5. Опишите строение доменной печи. Покажите область печи, где развивается максимальная температура.

Решение.

Решение 2.

Решение

Доменная печь (домна) — это крупная металлургическая печь шахтного типа, предназначенная для выплавки чугуна из железорудного сырья. Она представляет собой вертикально расположенную башню высотой до 30-40 метров, выложенную изнутри огнеупорным кирпичом и заключенную в стальной кожух. Процесс в домне является непрерывным и противоточным: сверху вниз движется шихта (смесь руды, кокса и флюсов), а снизу вверх — поток горячих газов.

Строение доменной печи включает в себя следующие основные части (сверху вниз):

• Колошник — верхняя часть печи, через которую с помощью специального загрузочного устройства (колошникового затвора) порциями загружается шихта. Здесь происходит предварительный нагрев и сушка материалов за счет тепла отходящих газов. Температура в этой зоне составляет около 200–300°C.
• Шахта — самая длинная, конусообразная часть печи, расширяющаяся книзу. По мере опускания шихты температура растет (от 400°C до 1200°C), и в шахте происходят основные процессы восстановления оксидов железа угарным газом ($CO$): $3Fe_2O_3 + CO = 2Fe_3O_4 + CO_2$, $Fe_3O_4 + CO = 3FeO + CO_2$, $FeO + CO = Fe + CO_2$.
• Распар — самая широкая цилиндрическая часть печи, расположенная под шахтой. Здесь температура достигает 1200–1400°C, начинается размягчение и плавление восстановленного железа и пустой породы с образованием первичного шлака.
• Заплечики — часть печи в виде усеченного конуса, сужающегося книзу. Здесь завершаются процессы плавления железа и формирования шлака. Температура в этой зоне составляет 1400–1600°C.
• Горн — нижняя цилиндрическая часть печи, служащая для накопления жидких продуктов плавки — чугуна и шлака. В верхней части горна расположены фурмы — специальные сопла, через которые в печь вдувается горячий воздух (дутьё), обогащенный кислородом, а также могут вдуваться природный газ или пылеугольное топливо. В нижней части горна находятся лётки для выпуска чугуна и шлака.

Максимальная температура в доменной печи развивается именно в горне, в зоне, прилегающей непосредственно к фурмам. Это связано с тем, что здесь происходит горение кокса в потоке горячего дутья. Основная реакция горения углерода кокса — экзотермическая, то есть идущая с выделением огромного количества тепла:

$C + O_2 \rightarrow CO_2 + Q$

Образовавшийся диоксид углерода ($CO_2$), поднимаясь выше, реагирует с раскаленным коксом, восстанавливаясь до угарного газа ($CO$), который является основным восстановителем железа в печи:

$CO_2 + C \rightarrow 2CO - Q$

За счет интенсивного горения топлива температура в этой окислительной зоне перед фурмами достигает своего пика — 1800–2000°C и выше.

Ответ: Доменная печь состоит из колошника (для загрузки шихты), шахты (зона восстановления железа), распара (начало плавления), заплечиков (завершение плавления) и горна (сбор жидких продуктов). Максимальная температура (1800–2000°C) развивается в горне, в зоне перед фурмами, где происходит горение кокса в потоке горячего дутья.