2. Электротермия чугуна.

Первые электро­домны появились в 1908 г. Верхняя часть печей выполнялась в виде шахты, копирующей профиль доменной печи, в нижней части печи большого диаметра располагались электроды под углом к вертикали. Вследствие того, что расход углеродистого восстановите­ля при использовании электротермического метода уменьшается за счет выделения тепла при прохождении тока через шихту и горения электрических дуг большой мощности, количество выделяющихся газов невелико, а их температура понижена, восстановление оксидов железа монооксидом углерода в верхней части шахтной печи прак­тически не получает развития. Удельный расход электроэнергии составляет 2464 кВт-ч/т чугуна. Плавка чугуна с применением офлюсованного агломерата снижа­ет удельный расход электроэнергии до 2000 кВт-ч/т. Нагрев и предварительное восстановление шихты в трубчатых печах, отапли­ваемых колошниковым газом, повышают производительность элек­тропечей, а расход электроэнергии снижается до 1000-1800 кВт-ч/т при расходе кокса -300 кг. Основность шлака в электропечи обычно поддерживают на уровне 1,4-1,8. Для умень­шения вязкости шлака целесообразно иметь в нем 8-12 % MgO.

Особенностью строения ванны является образование «подушки», состоящей из кокса в смеси с известью. В этой зоне есть и капли чу­гуна, опускающиеся на подину, где они создают металлическую ван­ну. Шлак заполняет главным образом свободные промежутки в ниж­ней части коксового слоя. Непосредственно под электродами нет ни металла, ни шлака, здесь находится «сухой» кокс, нагретый в рабо­тающей печи до температуры 2000-3000 °С. Между кусочками кокса «подушки» в местах контактов образуются небольшие электрические дуги. Основная часть мощности выделяется в областях вокруг нижней части электродов. Электрическая про­водимость шихты, расположенной в верхней части печи, невелика, и основная часть токов проводимости шихты проходит через коксовый слой. В нем скапливается крупный кокс, а мелкий расходуется на восстановление и нагрев шихты в зоне предварительной подготовки шихты. В конце XX в. были разработаны процессы получения железа и чугуна с применением низкотемпературной плазмы. В процессе используют плазменный генератор, железорудный концентрат, предварительно частично вос­становленный отходящими газами, и угольную пыль. Возможна электропечная плавка и бесфлюсовым методом. При этом снижается расход электроэнергии и увеличивается производи­тельность печи, но степень восстановления ведущего элемента уменьшается.

Билет №2

1. Свойства кремния и углерода. Теоретические основы восстановления кремния углеродом. Требования к качеству углеродистых восстановителей.

Свойства кремния. Кремний - элемент IVА группы. Порядковый номер крем­ния 14, атомная масса 28,085, конфигурация электронной оболочки

3s Зр , степень окисления 4 и 2. По распространенности в земной ко­ре кремний занимает второе место (27,6%) после кислорода. Температура плавления кремния 1415 °С, температура ки­пения 3250 °С. Кристаллическая решетка кремния кубическая, гранецентрированная типа алмаза. Кремний плавится с уменьшением объема на 9%. Плотность кремния составляет 2,33 г/см.

Свойства углерода. Углерод - элемент IVА группы, порядковый номер углерода 6, атомная масса 12,011, конфигурация электронной оболочки 2r2p, сте­пень окисления 2 и 4. По распространенности в земной коре кремний занимает одиннадцатое место. В природе углерод встреча­ется в двух формах: графит и алмаз. При нормальном давлении углерод не плавится. Для перехода уг­лерода в жидкое состояние необходимы высокие температуры и дав­ления.

Теоретические основы восстановления кремния углеродом. Процесс восстановления кремния углеродом может быть описана уравнением: SiО₂ + 2C = Si + 2CO.

Однако реально процесс восстановления кремния углеродом при различных температурах протекает через стадии образования про­межуточных продуктов SiO_г и SiC, которые необходимо учитывать при термодинамическом анализе для правильного прогнозирования параметров технологии выплавки кристаллического кремния. По­этому термодинамический анализ реакций восстановления Si из SiО₂ yглеродом может быть сведен к задаче выявления особенностей фа­зовых равновесий в системе Si - О - С. Основные реакции, описывающие равновесие конденсированных фаз с газовыми:

SiО₂ + С = SiO_г + СО_г,

2SiО₂ + SiC = 3SiO_г + CO_г,

SiO_г + 2C = SiC + CO_г,

SiО₂ + Si_ж = 2SiO_г,

SiO_г + SiC = 2Si_ж + CO_г, SiO_г + С = Si_ж + CO_г.

Качество углеродистых восстановителей.

Основные требова­ния к качеству включают контроль следующих показателей: 1) Содержания твердого (нелетучего) углерода, летучих веществ, влаги и серы; 2) Количества и химического состава золы; 3) Удельного электрического сопротивления; 4) Пористости; 5) Физи­ко-механических свойств (гранулометрического состава, прочност­ных характеристик); 6) Восстановительной способности по отноше­нию к оксидам восстанавливаемого элемента.

В реальных условиях одной из наиболее важных характеристик углероди­стых восстановителей является восстановительная способность угле­родистого материала с учетом его электрического сопротивления и других параметров. Возможность и целесообразность применения конкретного вос­становителя для получения определенного типа ферросплава опреде­ляются при испытаниях в промышленных условиях. Отрицательное значение имеет склонность углеродистых материалов к графитации. Графитация обусловливает уменьшение химической активности уг­лерода, электрического сопротивления и удельной поверхности, что ухудшает способность углеродистого материала восстанавливать ме­таллы из оксидов.