Физико-химические процессы в доменной печи
Для физико-химических превращений материалов в верхних горизонтах доменной печи основную роль играет температурный фактор.
Если в шихте находятся карбонаты (известняк, MnCo3, FeCo3), то они будут разлагаться по реакции; MeCО3 = MeO+CO2. Наиболее прочный из них- известняк(CaCO3), в крупных кусках интенсивно разлагается лишь при >10000С с поглощением тепла. Присутствие известняка в шихте нежелательно.
Основными физико-химическими процессами в доменной печи являются восстановительные процессы, определяющие цель доменной плавки. Для этих процессов, кроме температурных условий, решающее значение имеют свойства восстановителя и особенно состав газовой фазы. Восстановителями оксидов железа служат СО, Н2 и С. При умеренных температурах основную восстановительную работу выполняют составляющие доменного газа - монооксид углерода и водород. Водород содержится в доменном газе в гораздо меньших количествах, чем СО, однако его роль в восстановительных процессах возрастает благодаря более быстрому взаимодействию с оксидами, чем СО, и его восстановлению по реакции СО+Н2О=СО2+2Н.
Процесс восстановления оксидов железа монооксидом углерода СО, как и водородом при температурах >570 0С, имеет три стадии (от высшего оксида к низшему); 1) 3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2; 2) Fe3O4+CO=3FeO+CO2; 3) FeO+CO=Fe+CO2.
Кроме восстановления оксидов железа, в доменной печи происходит восстановление ряда других оксидов с переходом восстанавливаемых элементов в состав образующегося металлического продукта (чугуна или ферросплава). Наиболее легко восстановимыми являются оксидные соединения фосфора.
В большой степени происходит в доменной печи восстановление марганца. В агломератах марганец присутствует в основном в виде силикатов MnO×SiO2 и 2MnO× SiO2 , восстановление которых облегчается присутствием СаО (также имеющимся в составе агломератов) и происходит по реакции MnO×SiO2 +2СаО = MnО +(СаО)2SiO2.
При выплавке обычных чугунов степень восстановления марганца составляет ~50% или несколько выше. Элементом, всегда присутствующим в шихтовых материалах доменной плавки и частично восстанавливаемым в чугун, является кремний. Условием, несколько облегчающим восстановление, является переход восстанавливаемого кремния в раствор (жидкий чугун), а также образование железом и кремнием химических соединений (силицидов). Восстановление кремния в основном протекает в горне доменной печи.
По мере продвижения шихтовых материалов в печи наблюдается перераспределение серы и частичный переход ее в газовую фазу, например по реакциям:1) FeS + 10 Fe2O3 = 7Fe3O4 + SO2; 2) 3CaSO4 + CaS = 4CaO + 4SO2 . Сульфид железа хорошо растворяется в жидком чугуне (до 2,5%). Для удаления серы из чугуна необходимо связать ее в прочное соединение или группировки в шлаке, не растворимые в чугуне. Таким соединением является CaO. При наличии в печи хорошо нагретого шлака с повышенным содержанием оксида CaO протекает реакция: [FeS] + (CaO) + C = [Fe]+ (CaS) + CО. Тепловой эффект этой реакции является отрицательным, поэтому реакция протекает более полно с повышением температуры. Таким образом основными способами удаления серы в доменной печи являются повышенная основность шлака (повышенное соотношение CaO/SiО2 ) и высокотемпературный режим горна. Первое достигается увеличением содержания CaO в шихте или применением более основного агломерата, а второе - увеличением расхода кокса, повышением температуры дутья, обогащением дутья кислородом.
Дата добавления: 2015-09-18; просмотров: 1550;