Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Изменение состава шихты в доменной печи

31.01.2020

По мере опускания шихты в печи и прогрева ее удаляется гигроскопическая, а затем и химически связанная влага, что вызывает потери некоторой части тепла. Удаление влаги способствует повышению пористости руды, что весьма существенно для последующих процессов восстановления железа, являющихся основной целью доменной плавки.

Восстановление железа из высшего окисла происходит ступенчато по мере нарастания температуры при опускании шихты от колошника к фурмам. Как показал акад. А. А. Байков, из Fe2O3 образуется Fe3O4, которая затем восстанавливается до FeO. Такой характер восстановления окислов железа обусловлен различной прочностью химической связи железа с кислородом.

Высший окисел железа при взаимодействии с окисью углерода легче других окислов отдает свой кислород по реакции:

3Fe2O3 + CO = 3Fe3O4 + CO2.


Магнитная окись железа восстанавливается до закиси по уравнению:

Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2.


Во всем объеме доменной печи имеются условия для восстановления окислов железа: в области колошника для легко восстанавливаемых высших окислов, а в области средней и нижней части шахты — для магнитной окиси.

Восстановление закиси железа окисью углерода начинается сразу за восстановлением магнетита при температуре 750—800° и продолжается при более высокой температуре в области распара, заплечиков и горна, причем в этой области активным восстановителем для жидких продуктов является и твердый углерод.

По реакции:

FeO + CO = Fe + CO2


образуется двуокись углерода, которая при температуре выше 900° реагирует с углеродом кокса, образуя окись углерода.

Суммарная реакция представляется в виде:

FeO + С = Fe + CO


и называется реакцией прямого восстановления, хотя и не отражает истинной картины взаимодействия реагирующих веществ. Восстановление закиси железа твердым углеродом заканчивается в верхней части заплечиков при температуре около 1300° Все описанные реакции происходят в условиях, когда частицы руды еще тверды, но становятся все более пористыми.

Образовавшееся губчатое железо под влиянием доменных газов постепенно науглероживается по уравнению:

3Fe + 2CO = Fe3C + CO2.


Если учесть взаимодействие CO2 + C = 2СО, то суммарная реакция выразится уравнением:

3Fe + С = Fe3C.


Науглероживание губчатого железа происходит сразу после его появления, и этот процесс ускоряется с ростом температуры по мере движения шихты к горну.

Образующийся сплав железа с углеродом, имеющий меньшую температуру плавления, чем чистое железо, оплавляется, капли его стекают в горн через слой раскаленного кокса, еще более насыщаясь углеродом, содержание которого в железе возрастает до 3,5—4,5%.

К моменту окончания процессов восстановления окислов железа, т. е. в период прохождения шихтой области распара и верхней части заплечиков, начинается образование шлака, состоящего из компонентов пустой породы руды и флюсов, а также недовосстановленных окислов железа и золы кокса.

Состав и температура шлака, выход которого составляет 0,5—1,1 т на 1 т чугуна, имеют большое влияние на ход и результаты плавки.

При слишком низкой температуре плавления шлака он мало перегревается при прохождении через толщу раскаленного кокса и охлаждает горн. Чрезмерно тугоплавкий шлак является одной из причин образования настылей на стенках печи, затрудняет нормальный сход шихты в печи и вызывает повышенный расход кокса.

Основными составляющими доменного шлака являются: кремнезем, глинозем и окись кальция.

Для успешного осуществления доменного процесса шлак должен быть достаточно жидкотекуч при температуре 1400—1450°, что обеспечивается определенной для различных видов плавки величиной весового отношения

SiO2 + Al2O3/CaO.


В начальный период шлакообразования получаются наиболее легкоплавкие смеси окислов, богатые закисью железа и постепенно насыщающиеся более тугоплавкими окислами. При прохождении области наиболее высокой температуры закись железа восстанавливается, при нормальном ходе плавки содержание закиси железа в шлаке не превышает 1%.

Конечный состав шлака при выплавке на коксе передельного и литейного чугуна зависит от состава руд и количества вводимых флюсов и изменяется в следующих пределах: 30—38% SiO2, 9—18% Al2O3, 35—50% CaO, 1—5% MgO, до 3% MnO, до 1% FeO, до 1,5% K2O + Na2O, до 2,5% S.

Сера является вредной примесью, сообщающей металлу красноломкость (способность ломаться при обработке в горячем состоянии) и ускоряющей его ржавление; при прокатке сернистый металл рвется. Содержание в чугуне 0,1% S делает его непригодным для переработки. При доменной плавке необходимо серу переводить в шлак, так как улетучивание серы в восстановительной атмосфере доменной печи невелико.

Сера образует сульфиды с рядом металлов — FeS, CaS, MnS, Na2S и др. Сульфид железа хорошо растворим в железе, сульфид кальция практически нерастворим в нем. Удаление серы из металла сводится к переводу серы из сульфида железа в сульфид кальция

FeS + CaO + С = Fe + CaS + CO — 35 620 кал.


В присутствии углерода, восстанавливающего образующуюся закись железа, реакция эта идет со значительным расходом тепла.

Из ряда факторов, влияющих на содержание серы в чугуне, весьма важным является коэффициент распределения серы между шлаком и чугуном

Ls = (S)/[S]


который представляет собой отношение концентраций серы (%) в шлаке (S) и чугуне [S]. Чем больше этот коэффициент, тем больше серы уйдет в шлак.

Коэффициент распределения тем благоприятнее, чем больше основность шлака, выражаемая отношением CaO/SiO2 в шлаке. Это отношение должно быть больше 1. В некоторых случаях, когда по тем или иным причинам приходится работать на более кислых шлаках (с основностью меньше единицы), применяют дополнительное обессеривание чугуна уже после выпуска его из печи, для чего чугун в ковше обрабатывают марганцем. При этом протекает следующая реакция:

FeS + Mn = Fe + MnS + 21 700 кал.


При значительном содержании серы в шихте перевод ее в шлак связан с получением больших его количеств, большим расходом флюса и повышенным расходом кокса. Каждые 0,1% серы требуют дополнительно 1 % кокса.

При работе на бедных кремнистых рудах и сернистом коксе целесообразнее вести плавку на кислые шлаки и получать сернистый чугун. Такой чугун после выпуска из печи подвергают «внедоменному обессериванию» путем добавки к нему соды.

Реакция протекает бурно по уравнению:

Na2CO3 + FeS = FeO + Na2S + CO2 — 49 120 кал


и позволяет при расходе 1 % соды от веса чугуна понизить в нем содержание серы от 0,13 до 0,035%.

Одновременно с восстановлением окислов железа происходит частичное восстановление окислов кремния и марганца.

Кремнезем восстанавливается по реакции

SiO2 + 2С = Si + 2СО.


Эта реакция протекает заметно при температуре около 1500°, однако в присутствии железа, способного растворять образующийся кремний, она протекает уже при температуре около 1100—1200°.

Аналогично протекает восстановление окислов марганца, часто содержащихся в железных и марганцовых рудах, подвергаемых плавке. Закись марганца восстанавливается по реакции

MnO + C = Mn + CO,


которая в присутствии железа, растворяющего марганец, заметно протекает при температуре 1000—1100°.

Понижение расхода кокса и температуры в печи приводит к потерям марганца в шлаке.

Весьма вредная для чугуна примесь — фосфор попадает в шихту с примесями, содержащимися в пустой породе руды и во флюсах.

Чаще всего фосфор содержится в виде труднодиссоциирующей фосфорнокальциевой соли (CaO)3*P2O5.

В присутствии кремнезема соль легко разрушается и освобождающаяся пятиокись фосфора при температуре 1000—1100° восстанавливается углеродом до фосфора, растворяющегося в железе.

Все восстановленные металлы переходят в чугун и влияют на его физические и химические свойства.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: