85.Термодинамика восстановления железа водородом: равновесные условия восстановления Fe из FeO, FeO из Fe3o4, Fe3o4 из Fe2o3

Характеризуются равновесными кривыми в виде степени использования газа = F(T): 1-FeO+Н2=Fe+Н2О, 2-Fe3O4+Н2=3FeO+Н2O, 3-3Fe2O3+Н2=2Fe3O4+Н2О, 4-Fe3O4=Fe, 5-Fe2O3=Fe3O4=Fe, 6-Fe2O3=Fe3O4=FeO=Fe, 7-Fe3O4=FeO=Fe. Как видно из рисунка повышение температур увеличивает степень использования водорода. Чем выше температура, тем лучше термодинамические условия для восстановления Н2. Наложение графиков предельной степени использования СО и Р2 показывает, что при температурах выше 810С Н2 обладает термодинамическим преимуществом по сравнению с СО, а при ниже 810С наоборот.

87.Ступенчатое и зональное восстановление

Ступенчатое восстановление - восстановление, когда во всем объеме частиц или куска оксид переходит из одного вида в другой: Fe2O3=Fe3O4=FeO=Fe. Зональное восстановление - когда в объеме куска образуются зоны с различными видами оксидов. При противоточной организации процесса, когда снизу идут газы восстановители, а сверху восстанавливаемые оксиды ступенчатое восстановление энергетически выгоднее зонального. Газ восстановитель встречает на своем путиFeO, затем после частичного использования более трудно восстановимый оксидFe3O4, а затем самый легко восстановимый оксидFe2O3. При зональном ходе процесса одновременное восстановлениеFe2O3,Fe3O4,FeOзатрудняет восстановление трудно восстановимого оксида, поэтому нужно больше восстановителя, т.е. требуется больше кокса. По мере совершенствования доменной плавки процесс восстановления становится все более ступенчатым, т.е. более энергетически выгодным.

88.Реакция прямого восстановления Fe из FeO в две стадии через газовую фазу

Восстановление Ств с образованием СО называют прямым: FeO(тв,жид)+Cтв=Fe+COне идет, а идет в 2 стадии. Термодинамические условия прямого восстановленияFeиз оксидов характеризуется кривыми, представленными на рисунке: степень использования СО, %(у) - температура (вилка+s-образная-1): 1-CO2+C=2CO. А-начало реакцииFeO+C=Fe+COпри Т болше 700С. Из рисунка видно, что при равновесном составе газа минимальная температура начала реакцииFeO+C=Fe+CO700С. Выше этой температуры создаются термодинамические условия для взаимодействия СО2, образующегося по реакцииFeO+COс углеродом кокса.

89.Оптимальное развитие прямого и косвенного восстановления

90.Реакции восстановления кремния, марганца, фосфора, титана, ванадия

1)Восстановление оксидов Mn. Высшие оксиды марганца легко восстанавливаются СО при низких и умеренных температурах: 2MnO2+CO=Mn2O3+CO2; 3Mn2O3+CO=2Mn3O4+CO2. ВосстановлениеMn3O4 протекает в интервале 600-1000С:Mn3O4+СО=3MnO+СО2.MnизMnOвосстанавливается только прямым путем:MnO+С=Mn+СО. Чем выше В, тем условия для переходаMnв чугун благоприятнее (50-70%Mn) 2)Восстановление оксида кремния. Н2 и СО кремнезем не восстанавливают. Таким образом, восстановить кремний можно только с затратами твердого углерода:SiO2+2C=Si+2CO2. Экспериментально доказано, что температура восстановления кремния в дп начинается при температуре 1400С. Полагают, что восстановление кремния происходит с образованием промежуточного соединения -SiO: 1-SiO2+C=SiO+CO+2-SiO+C=Si+CO=SiO2+2C=Si+2CO. 3)Восстановление оксида Р. Р попадает в дп в виде солей фосфорной кислоты, основными из которых являются вивианитFe3(PO4)2*8H2Oи апатит Са3(РО4)2*СаF2. Восстановление фосфора из этих соединений начинается при умеренных температурах, однако заметно проявляется лишь при 900-1000С и выше (Н2) или 1000-1200С (СО). При высоких температурах Суммарные реакции имеют вид прямого восстановления: 2Fe3(PO4)2+16C=3Fe2P+P+16CO;Ca3(PO4)2+5C=3CaO+2P+5CO. Фосфор целиком переходит в металл. Прямое восстановление фосфора наряду с затратой твердого углерода сопровождается большим расходом тепла. 4) Восстановление титана. Титан восстанавливается при высоких температурах твердым углеродом. При этом расход тепла на восстановление титана больше, чем в случаях кремния, поэтому при доменной плавке титансодержащих руд в чугун переходит лишь 5-10%Ti. 5)ВосстановлениеV. ванадий образует пять соединений с кислородом:V2O5,VO2,V2O3,VO,V2O, из которых первые три являются кислыми, а два последующих основными. Высшие оксиды ванадия легко восстанавливаются газом в области умеренных температур, а низшие оксиды восстанавливаются твердым углеродом только при высоких температурах (больше 1200С). Степень перевода ванадия в чугун составляет 70-90%. Условиями высокой степени перевода ванадия в металл являются основные шлаки и повышенный приход тепла.