Питання з теми для самостійного вивчення та осмислення

1. В чому полягає сутність термодинамічного аналізу відновлювальних процесів?

2. Наведіть схеми відновлення оксидів заліза оксидом вуглецю і воднем.

3. Проаналізуйте вплив реакції Белла-Будуара на рівновагу реакцій відновлення оксидів заліза оксидом вуглецю.

4. Проведіть порівняльний аналіз відновлення оксидів заліза воднем і оксидом вуглецю.

5. Проаналізуйте головні відмінності прямого і посереднього відновлення.

4 Відновлення домішок і формування чавуну

4.1.Класифікація оксидів доменної шихти за хімічною спорідненістю до кисню.

1. Оксиди, що мають невисоку хімічну спорідненість до кисню и досить легко відновлюються оксидом вуглецю (ІІ) і воднем в зоні помірних температур. Сюди відносять МпО₂ ,Мп₂О₃, Си₂О, NіO, As₂O₃, Pb₃O₄, PbO, ZnO.

2.Оксиди з високою хімічною спорідненістю до кисню, можуть відновлюватися лише вуглецем, спорідненість якого з підвищенням температури зростає, в той час коли всіх інших елементів і оксидів знижується. Це такі оксиди як МпО, CrO, VO, SiO₂, TiO₂. Зі збільшенням спорідненості елемента до кисню кількість його, що переходить в чавун, зменшується, а в шлаку зростає. Так, хром майже повністю переходить в чавун, а титан переходить в метал в невеликій кількості.

3. Оксиди елементів, хімічна спорідненість до кисню яких вище, ніж у вуглецю в доменній печі не відновлюються і повністю переходять в шлак – AI₂O₃ ,MgO, CaO.

4.2 Відновлення оксидів кремнію, марганцю і фосфору

Ці елементи разом із сіркою достатньо повно характеризують якість чавуну, тому їх вміст в чавуні на випуску визначається обов’язково і регулярно.

4.2.1 Відновлення кремнію

Кремній в залізних рудах міститься у вигляді вільного кремнезему (кварцю) та інших мінералів, тоді як в окускованій сировині (агломераті і обкотишах), а також в золі коксу він представлений виключно силікатами. В процесі нагрівання руд кварц реагує з FeO, CaO та іншими шлакоутворюючими компонентами утворюючи силікати, що утруднює відновлення кремнію.

Кремній і залізо утворюють хімічні з’єднання – силіциди Fe₂Si, FeSi, FeSi₂, які полегшують відновлення кремнію. Внаслідок розчинення силіцидів в металі температура початку відновлення кремнію знижується до 1050^оС. За даними М.М.Бабарикіна в краплях чавуну із периферійної частини розпару, де нагрів складів 1150-1230С вже містилося 0,10–0,15% Si проти 0,65–0,75% в металі на випуску.

Кремнезем є міцним хімічним з’єднанням і може відновлюватися тільки прямим шляхом за рахунок вуглецю чавуну проміжного складу

SiO₂ + 2[C]= [Si]+ 2 CO (4.1)

або вуглецю коксу ступенями

SiO₂ + C = SiО+ C (4.2)

SiO + C = Si+ CO (4.3)

SiO₂ + 2C= Si+ 2CO – 635,096 МДж (4.4)

при температурі нижче 1500С монооксид SiO нестійкий:

2SiO →Si + SiО₂(подібно 2СО = С +СО₂)

Степінь відновлення Si в чавун визначається такими основними факторами:

1. Температурою і запасом тепла в нижніх частинах печі, де відбувається відновлення Si. При збільшенні витрати коксу, підвищенні нагріву дуття, збагаченні дуття киснем підвищуються температури в горні і заплечиках, в результаті чого зростає степінь відновлення Si в чавун.

2. Кількістю вільного кремнезему в шлаку, збільшення якого полегшує відновлення Si. Необхідно знижувати основність шлаку, і тим в більшій мірі, чим більше Si необхідно мати в чавуні.

3. Кількістю шлаку на одиницю чавуну, збільшення якої сприяє відновленню Si в чавун.

4. Тиском газів в робочому просторі доменної печі. Підвищення тиску зсуває реакцію відновлення Si вліво, що знижує кількість Si в чавуні.

При виплавці переробних і ливарних чавунів, що містять 1–4% Si в залежності від теплового стану горна відновлюється 3–30% Si, решта у вигляді SiO₂ залишається в шлаку.

Аналіз інформації, отриманої під час розбирання заморожених на ходу доменних печей показав, що в печі існують дві головні області переходу кремнію в чавун – верхня надфурменна і нижня підфурменна, на що вказують відповідні градієнти (рис.4.1 і 4.2).

Рис.4.1. Зміна усереднених значень вмісту кремнію в металі (а), основності шлаку (б) і градієнтів цих показників (в,г) по висоті доменної печі №1 Єнакієвського металургійного заводу: РПФ, РШЛ і РЧЛ – рівні повітряних фурм, шлакової і чавунної льоток відповідно

Рис.4.2. Зміна усереднених значень вмісту кремнію в металі (а), основності шлаку (б) і градієнтів цих показників (в,г) по висоті доменної печі №1 Хірохата: позначення як і на рис. 4.1.