5). Прямое восстановление железа из руды. Схема процесса и получаемая продукция.

Реакция взаимодействия оксидов железа и твердым углеродом кокса – прямое восстановление железа. Реакция – эндотермическая (погл. теплота), протекают в нижней части домен. печи, где температура более высокая. Реакция происходит по мере продвижения шихты вниз по шахте, и повышении температуры и происходит в несколько стадий:

Fe₂ O₃ +CO->Fe₃O₄ +CO₂

Fe₃ O₄ +CO->FeO +CO₂

FeO+CO->Fe+CO₂

Восстановление заканчивается при 1100-1200 град. Железо восстанавливается почти полностью, потери со шлаком <1%

6). Выплавка стали. Основные периоды плавки и процессы, происходящие при выплавке стали.

Сущность – снижение содержания С и примесей путем их избирательного окисления о перевода в шлак и газы. Основные материалы – передельный чугун и стальной лом. Так как в чугуне больше всего Fe – оно окисляется в первую очередь. Одновременно с Fe окисляются Si, P, C, Mn, и др. Оксид железа при высок температурах отдает свой кислород более активным компонентам

FeO+Si->SiO₂+Fe+Q FeO+Mn->MnO+Fe+Q

FeO+P->P₂O₅+Fe+Q FeO+C->CO+Fe-Q

В соответсвии с принципом Ле Шателье реакции с +Q, идут быстрее при низких температурах, реакции с –Q, при высоких. После расплавления шихты образуются 2 несмешивающиеся среды: жидкий металл и шлак. Причем компоненты(Mn, Si,..) растворимые в металле и шлаке будут разделяться в определенном соотношении для данной температуры. Т.о., изменяя состав шлака можно менять соотношение примесей в металле.

Этапы:

1-й этап:

Расплавление шихты, окисление железа, окисление примесей, удаление Р. Для этого проводят плавку в основной печи, где можно использовать шлак, содержащий CaO. Шлак должен обладать высокой основностью.

FeO+P₂O₅->(FeO₃)P₂O₅

(FeO₃)P₂O₅+CaO->(CaOP₂O₅)+Fe

2-й этап- Кипение:

Повышение температуры, окисление углерода. Частично удаляются неметаллические включения(прилипают к пузырькам CO). Удаление серы.

FeS+CaO->CaS+FeO

СаS не растворимо в железе, но растворимо в шлаке -> сера удаляется в шлак.

3-й этап Раскисление железа:

2 способа осаждающий и диффузионный. Осаждающий способ – введение в жидкую сталь растворимых раскислителей (Mn, Al,Si). В рез-те Fe восстанавливается, а MnO и др. удаляются в шлак.часть остается – свойства стали снижаются.

Диффузионный способ – раскисление шлака. Ферромарганец, ферросилиций и др. высыпают на шлак в мелкоразмельченном виде. Они восстанавливают оксид железа уменьшая его содержание в шлаке. При этом FeO в растворенный в стали переходит в шлак.

7). Выплавка стали в основных и кислых плавильных агрегатах. Возможность удаления вредных примесей.

Удаление примесей: путем отвода шлака с поверхности металла и нанесение нового путем подачи флюса требуемого состава. Этим путем можно удалить вредные примеси: фосфор, серу.

Первый этап – расплавление шихты и нагрев ванны жидкого металла.

Идет окисление Fe, образование оксида Fe, окисление примесей Si, P, Mn

2Fe+O2→2FeO+Q

Si+FeO→Fe+SiO2+Q; Mn+FeO→Fe+MnO+Q; 2P+5FeO→5Fe+P2O5

Удаление фосфора: плавкой в основной печи, с использованием основного оксида CaO, который способен поглощать из металла и удерживать P и S.

FeO+P2O5→(FeO)3P2O5; (FeO)3P2O5+CaO→Ca(CO)4P2O5+Fe

Для более полного удаления фосфора из металла убирают шлак содержащий фосфор, и наносят новый с добавками CaO.

Второй этап – кипение ванны

Нагрев ванны, более интенсивное окисление C. При кипении уменьшается содержание углерода до требуемого уровня, частично удаляются газы и неметаллические включения. Повышается качество металла.

Сера удаляется из стали в шлак: FeS+CaO→CaS+FeO;

В кислых печах: нет условий для уменьшения серы и фосфорав стали, поэтому в них можно выплавлять только стали с малым количеством серы и фосфора.

Третий этап – раскисление стали

Заключается в восстановлении оксида железа растворенного в жидком металле.

2 вида раскисления:

Осаждающее раскисление: в жидкую сталь вводят растворимые раскислители (FeMn, FeSi) Восстанавливается железо и образуются MnO, SiO2, Al2O3 удаляемые в шлак.

Диффузионное раскисление: раскислением шлака. FeMn, FeSi загружают на поверхность шлака. Образующиеся оксиды остаются в шлаке, восстановленное железо переходит в сталь, повышая ее свойства.

В кислых печах: процесс плавки происходит при кислом шлаке. Кол-во MnO и FeO в шлаке уменьшается. После выдержки содержание FeO резко уменьшается, окончательное раскисление проводится добавлением FeMn.