- •1 Сырые материалы для производства чугуна и их подготовка 2
- •2 Конструкция доменной печи, состав доменного цеха 18
- •3 Физико-химические процессы в доменной печи 29
- •4 Управление работой доменной печи 38
- •5 Прямое получение железа 40
- •Металлургия чугуна
- •1 Сырые материалы для производства чугуна и их подготовка
- •1.1 Общая характеристика железных руд
- •1.2 Методы подготовки руд к плавке
- •1.2.1. Дробление и измельчение руд
- •1.2.2. Грохочение и классификация
- •1.2.3. Обогащение руд
- •1.2.4. Обжиг руд
- •1.2.5. Усреднение
- •1.2.6. Окускование
- •1.3 Флюсы, их назначение
- •1.4 Топливо доменной плавки
- •1.4.1. Функции доменного топлива и предъявляемые к нему требования
- •1.4.2. Производство кокса
- •1.4.3. Другие виды доменного топлива
- •2 Конструкция доменной печи, состав доменного цеха
- •2.1 Профиль доменной печи
- •2.2 Устройство доменной печи
- •2.3 Состав доменного цеха
- •2.3.1. Устройства для загрузки шихтовых материалов в доменную печь
- •2.3.2. Устройства для подачи и нагрева дутья
- •2.3.3. Устройства для очистки доменного газа
- •2.3.4. Устройства для обслуживания горна и уборки продуктов плавки
- •3 Физико-химические процессы в доменной печи
- •3.1 Восстановительные процессы в доменной печи
- •3.1.1. Восстановление оксидов железа
- •3.1.2. Восстановление марганца
- •3.1.3. Восстановление кремния
- •3.1.4. Восстановление фосфора
- •3.1.5. Поведение других элементов в доменной печи
- •3.2 Процессы десульфурации чугуна
- •3.3 Образование чугуна и шлака
- •3.4 Процессы горения топлива и образования доменного газа
- •4 Управление работой доменной печи
- •4.1 Способы повышения производительности доменных печей
- •5 Прямое получение железа
- •5.1 Технология и физико-химические основы получения губчатого железа и металлизованных окатышей
3.1.3. Восстановление кремния
Кремний в виде оксида SiO2 присутствует во всех компонентах доменной шихты (в пустой породе рудного материала, в золе кокса, в известняке). Кремний относится к трудновосстановимым элементам. В доменной печи кремний восстанавливается в небольших количествах и только прямым путем
SiO2 + 2С = Si + 2CO - 22,7 мДж/кг Si (20)
Возможность восстановления SiO2 в доменной печи обусловлена тем, что восстановителем является углерод, растворенный в железе, а восстановленный кремний переходит в металл. Реакция протекает на границе раздела металл-шлак (в основном при движении капель чугуна через слой шлака).
Как и для марганца, важнейшим условием увеличения степени восстановления кремния является высокая температура. На полноту восстановления кремния в определенной степени влияет и шлаковый режим. Однако в связи с тем, что в шлаке содержится большое количество SiO2 (35-50%), влияние основности и относительного выхода шлака на восстановимость кремния на практике невелико. Чем меньше количество шлака, тем легче (с меньшим дополнительным расходом кокса) можно повысить температуру в горне печи и увеличить количество восстанавливающегося кремния. При выплавке обычных передельных чугунов степень восстановления кремния составляет ~5 %. При получении литейных чугунов степень восстановления может достигать 20-26 %.
3.1.4. Восстановление фосфора
Фосфор в шихтовых материалах находится в виде соединений (СаО)3.Р2О5 и (FeО)3.Р2О5. Термодинамические расчеты показывают, что эти соединения обладают достаточно высокой химической прочностью и при температурах, достигаемых в доменной печи, фосфор из этих соединений не должен восстанавливаться даже прямым путем:
Са3 (РО4)2 + 5С = ЗСаО + 2Р + 5CO - 26,7 МДж/кг Р, (22)
Однако в действительности фосфор в доменной печи воcстанавливается полностью, что обусловлено воздействием двух основных факторов: наличием восстановленного железа и достаточно высоким (по сравнению с количеством фосфора) содержанием SiO2 в шлаке. Восстанавливающийся фосфор растворяется в чугуне, а образующийся по реакции (22) оксид кальция взаимодействует с SiO2 шлака. Оба эти процесса исключают накопление продуктов реакции в зоне ее протекания, вследствие чего реакция восстановления фосфора в доменной печи практически необратима. Фосфор, восстановленный в твердой фазе, в виде пара переходит в газ, и основное его количество в верхних горизонтах печи адсорбируется металлическим железом или FeO и вновь возвращается в высокотемпературную зону.
Таким образом, условия доменной плавки не позволяют удалить фосфор: весь фосфор, содержащийся в шихте, восстанавливается и полностью переходит в чугун. Единственным способом получения малофосфористых чугунов является использование чистых по фосфору шихтовых материалов.
3.1.5. Поведение других элементов в доменной печи
Поведение других элементов в доменной плавке cледующее: 1) полностью восстанавливаются и переходят в чугун никель, медь, свинец, мышьяк, кобальт; 2) частично восстанавливаются хром (80-90%), титан (3-5%), ванадий (~80 %); 3) не восстанавливаются и полностью переходят в шлак оксиды кальция, магния, алюминия.
Цинк в нижней части доменной печи восстанавливается, испаряется и уносится потоком газа вверх. В верхней части печи, при более низких температурах цинк окисляется диоксидом углерода СO2 содержащимся в газе, частично в виде дисперсной пыли уносится из печи с газом, частично проникает через швы и трещины в огнеупорную кладку. Оставшаяся часть осаждается на кусках шихты и опускается вниз, где оксид цинка восстанавливается вновь.