Разработка сквозной технологии производства пружин
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
ерода и его расходование на восстановление оксидов косвенным путем. Фактически процесс прямого восстановления связан с газовой фазой и состоит из двух стадий - реакции косвенного восстановления и реакции взаимодействия С02 с углеродом:
МеО + СО= =/Mе+С02 и С02+С=2СО.
Суммарная реакция:
МеО+С=Ме+СО.
С развитием реакций прямого восстановления сокращается количество твердого углерода, достигающего зоны фурм в верхней части горна, что снижает приход тепла. Кроме того, реакции прямого восстановления протекают с поглощением тепла. В связи с этим необходимо нагревать дутье до более высоких температур и увеличивать расход кокса. Поэтому прямое восстановление оксидов углеродом менее желательно, чем косвенное.
Для развития реакций косвенного восстановления нужно использовать природный газ или мазут, повышать равномерность распределения материалов и газов в печи, соответствующим образом подготавливать шихту к плавке. При надлежащем выполнении этих условий степень прямого восстановления может быть снижена с 50-60 до 20-40%.
Восстановление оксидов железа.
Восстановление оксидов железа до железа протекает последовательно: при температуре выше 570С Fe203->Fe304->Fe0->Fe. При более низких температурах оксид FeO неустойчив и превращается в Fe или Fe304 и восстановление проходит следующие стадии: Fe203 ->Fe304->Fe.
Восстановление оксидов железа оксидом углерода протекает по следующим реакциям: при температуре более 570 С:
Fe203 + СО = 2Fe3Os + СОг + 53,8 кДж; FeA + СО = 3FeO + С02 - 36,7 кДж;
FeO + СО = Fe + СОг + 16,1 кДж;
при температуре менее 570 С
Fea03 + СО = 2Fe304 + С02 + 53,8 кДж;
Fe30тАЮ + 4СО = 3Fe + 4СОтАЮ + 2,9 кДж.
Восстановление заканчивается в верхней половине заплечиков, и материалы нагреваются до 1200-1300С.
В восстановлении оксидов железа принимает участие и водород, образующийся при разложении влаги дутья и метана, природного газа. В этом случае восстановление водородом протекает по реакциям аналогичным реакциям восстановления с помощью СО.
При этом только реакция восстановления Fe203 до Fe304 идет с выделением тепла, все же остальные - с поглощением.
Железо в доменной печи восстанавливается из оксидов почти полностью. Степень восстановления железа составляет 99,0-99,8%, а оставшаяся незначительная часть переходит в шлак.
Восстановление оксида кремния.
Кроме оксидов железа железная руда может содержать кремнезем, а агломерат и силикаты - соединения кремнезема с другими оксидами. Оксид кремния (Si02) намного устойчивее оксида железа, поэтому кремний восстанавливается только углеродом в нижней части печи при высоких температурах и с поглощением тепла, т. е.:
Si + 2С = Si + 2СО - 635,1 кДж.
Восстановление начинается при 1500С, но в присутствии восстановленного железа происходит образование силицидов типа FeSi, сопровождающееся выделением тепла и растворением кремния в железе. В результате этого реакция прямого восстановления кремния протекает при более низких температурах (1050-1150С). Условно эту реакцию можно представить в следующем виде:
Si2 + 2С + Fe = FeSi + 2СО - 554,7 кДж.
Для более полного восстановления кремния необходимо повышать температуру и обогащать воздушное дутье кислородом, увеличивать расход кокса.
Восстановление оксидов марганца. Марганец, как и кремний, попадает в доменную печь либо с агломератом в виде силикатов марганца Mn0-Si02 и (Mn0)2-Si02, либо с марганцевой и железной рудой в виде оксидов Мп02, Мп20з и Мп304. Восстановление марганца из его оксидов протекает постепенно по схеме: Мп02 - Мn20- Мn30- МnО-Мп.
Первые три оксида легко восстанавливаются доменными газами при умеренной температуре 200-500 С на колошнике по реакциям, идущим с выделением тепла:
МnОг + СО = 03 + СО3 + 227,5 кДж;
Mn203 + CO = 2Mn304 + СО2 + 170,3 кДж; Mn304 + CO = 3МnО + СО2 + 52,1 кДж.
Последняя стадия восстановления Мn из МnО протекает с поглощением большого количества тепла за счет углерода топлива при температурах более 1200 С по реакции:
МnО + C = Мn + СО - 288,3 кДж.
Степень восстановления марганца при выплавке обычных чугунов составляет примерно 60 %, а при выплавке марганцовистых ферросплавов достигает 90 %. Остальное количество марганца теряется в шлаке в виде оксидов и частично улетучивается с доменным газом. Для более полного извлечения марганца необходимо обеспечить высокое содержание извести в шлаке, а также дополнительный приход тепла за счет повышения расхода кокса и температуры дутья.
Поведение других элементов. В состав доменной шихты в небольших количествах входят химические соединения элементов, степень восстановления которых зависит от их расположения в ряде напряжений или химической активности. Медь, никель, мышьяк, фосфор полностью восстанавливаются и переходят в чугун. Цинк также восстанавливается полностью, но улетучивается и отлагается в порах и швах огнеупорной кладки печи и разрушает ее. Ванадий и хром восстанавливаются соответственно на 80 и 90%, а титан на 2-5 %. Свинец, полностью восстанавливаясь из сульфидов, накапливается в горне под слоем чугуна и проникает в мельчайшие поры и зазоры в огнеупорной кладке лещади и горна, разрушая их. Алюминий, магний и кальций, обладающие высоким сродством к кислороду, в условиях доменной плавки не восстанавливаются из своих соединений.
Железо, восстановленное в доменной печи из его оксидов, растворяет углерод и другие элементы, образуя чугун. Науглероживание железа начинается уже при его появле