Билет № 11

1. Термодинамика восстановления марганца.

Высшие оксиды марганца легко восстанавливаются монооксидом углерода при низких и умеренных температурах:

2МnО₂ + СО = Мn₂О₃ + СО₂ + 227,56 МДж, (1)

3Мn₂О₃ + СО = 2МnО₄ + СО₂ + 170,77 МДж, (2)

Значения констант равновесия для реакций (1) и (2) велики уже при низких температурах, а содержание СО₂ в газе, равновесном для реак­ций, гораздо больше, чем в колошниковом газе. Поэтому высшие оксидк марганца восстанавливаются практически до конца уже при 400—500 °С.

Восстановление Мn₃О₄ протекает в интервале 600—1000 °С:

Мn₃О₄ + СО = 3МnО + СО₂ + 52,08 МДж, (3)

Реакция восстановления МnО монооксидом углерода в условиях доменной плавки практически невозможна:

МnО + СО = Мn + СО₂ - 121,80 МДж, (4)

При 1200 °С Кp ~ 10^-5. Для протекания реакции (4) требуется менее 0,01% СО₂ в газовой фазе. В условиях доменной плавки это не­достижимо. Даже при небольших количествах СО₂ возможна обрат­ная реакция.

Таким образом, марганец из МnО восстанавливается только пря­мым путем:

MnO + С = Mn + CO - 288,29 МДж. (5)

Высшие оксиды марганца также легко восстанавливаются твердым углеродом. При температуре выше 1100 °С образуется карбид марганца Мn₃С, углерод которого может восстанавливать марганец из MnO. Этому способствует экзотермиче­ский характер реакции образования карбида.

При восстановлении силиката марганца твердым углеродом может образовываться металлический марганец:

MnSiO₃ + С = Mn + SiO₂ + CO. (6)

Восстановление силиката марганца твердым углеродом может за­канчиваться образованием карбида марганца:

MnSiO₃ + ⁴/₃С = ¹/₃Мn₃С + SiO₂ + CO, (7)

Отношение содержаний марганца в шлаке (Мп) и в чугуне [Мп] называют коэффициентом распределения марганца L_Mn = = (Mn)/[Mn]. Таким образом, основность шлака оказывает заметное влияние на процесс перехода марганца в чугун: чем она выше, тем условия для лерехода марганца в чугун благоприятнее. Для обычного передельно­го чугуна 50—70% Мn переходит в чугун, остальное его количество те­ряется со шлаком.

До настоящего времени в доменных печах получают сплавы желе­за с марганцем.

Таким образом, железо является нежелательной примесью в мар­ганцевой руде при выплавке ферромарганца.

В ферросплаве с низким содержанием марганца (20—22%), назы­ваемом зеркальным чугуном, [С] ~ 5—5,5%. Перевод значительного количества марганца в чугун сопровождается большими затратами те­пла, а следовательно, и повышенным расходом кокса, в 2—4 раза большим, чем при выплавке передельного чугуна. Для интенсифика­ции процесса получения ферромарганца необходимы высокая темпе­ратура в горне печи, повышенный расход тепла и шлаки повышенной основности.

В расплавленном железе марганец несколько снижает активность углерода и повышает его растворимость.

2. Рециклинг колошникового газа

Образующийся в печи колошниковый газ отводится через газоотводы, расположенные в куполе печи. Весь доменный газ, который образуется при плавке чугуна, после его очистки от пыли используется в качестве топлива. Основная его часть отправляется на утилизационную ТЭЦ, где используют доменный газ для производства электроэнергии. Котёл работает на 2 типах газа: на природном и на доменном. Они смешиваются и подаются в горелку. Горелка сжигает газ и нагревает воду. Вода превращается в пар, а пар вращает лопасти турбины.На отходах доменного производства электростанция может вырабатывать 150 МВт электроэнергии. Не менее важно то, что сжигание доменного газа в парогенераторах УТЭЦ решает экологическую задачу, предотвращая сброс доменного газа в атмосферу и снижая вредные выбросы до допустимой концентрации.

Так же очищенный колошниковый газ вдувается в доменную печь. Вдувание полученного путем очистки (отмывки) колошникового газа от диоксида углерода по прогнозам приводит к снижению расхода кокса до 300-350 кг/т и менее.

При использовании очищенного колошникового газа предполагается почти полностью исключить использование более дефицитного природного газа и снизить затраты на производство чугуна.

Колошниковая пыль выбросом не является, потому что полностью утилизируется в агломерационном производстве.