8. Восстановление оксидов Si, Mn и других элементов в доменной печи

Si присутствует в рудах преимущественно в виде кремнезема (), а в агломератах в виде силикатов железа ()

Сродство Si к очень велико, поэтому он может восстанавливаться только прямым путём

(t>1500)

Установлено, что в дом. печи Si восстанавливается при более низкой t-ре, что связано образованием силицидов Fe и присутствием железа.

Силициды: FeSi, ,.

(t=1050-1100)

При высоких t-ах Si восстанавливается также из жидкого шлака углеродом карбида железа

В литейных чугунах Si сод-ся от 1,75-3,75% и в передельных 0,3-1,2% Si.

Mn в рудах находится в виде следующих оксидов ,,

а в агломерате в виде силикатов марганца

Высшие оксиды Mn восстанавливаются до закиси Mn – MnO , газами при t-рах 200-500.

В присутствии углерода Mn образует карбид марганца (), что несколько снижаетt-ру восстановления Mn.

Заметное развитие процесс восстановления Mn получает в присутствии Fe при 1100-1300. Поскольку закись марганца восстанавливается при высокихt-ах, то значительная часть MnO переходит в силикаты.

Восстановление Mn из его силикатов облегчается в присутствии извести

Mn не весь переходит в чугун, часть его в виде оксидов остается в шлаке, а часть улетучивается через колошник.

Восстановление других элементов

Элементы дом. шихты по возрастанию сродства к кислороду располагаются в следующем порядке:

Cu, As, Ni, Fe, P, Zn, Mn, V, Cr, Si, Ti, Al, Mg, Ca

----------→О₂

Такие элементы как As, Cu, P подобно железу почти целиком восстанавливаются в дом. печи, и переходят в чугун.

Полностью восстанавливается и Zn, но он возгоняется, переходит в газы и откладывается в порах и швах кирпичной кладки шахты, вызывая её рост и разрывы кожуха печи.

V, Cr восстанавливаются аналогично Mn соответственно на 70-80%, 80-90%.

Ti восстанавливается аналогично Si.

Al, Mg, Ca в дом. печи не восстанавливаются.

9. Загрузка шихты и горение топлива в доменной печи

В современной дом-ой печи время пребывания в ней материалов составляет 4-6 часов, а газов 3-12 сек. Высокие показатели плавки могут быть получены только при хорошем распределении газов по сечению печи. Только в этом случае они отдадут своё физ. тепло и наиболее полно будет использовано их восстановительная способность. Скорость опускания шихтовых материалов составляет 20 – 150 мм в мин. Это происходит в результате образования чугуна и шлака, к-ые периодически выпускают из дом-ой печи, сгорание кокса и плавление шихтовых материалов .

Горение топлива явл-ся одним из основных процессов обеспечивающих высокую t-ру необходимую для введения дом-ой плавки и получение газов восстановителей СО и Н_2, а также для освобождение объема, к-ый заполняется вышележащими материалами, способствуя движению шихты в печи сверху в низ. Сгорание углерода топлива и углеводородов природного газа или мазута происходит в близи фурм, расположенных в верхней части горна, через фурмы под давлением 1.5-3 атм. подаётся дутьё нагретое до 1100 - 1300ºС, при этом скорость дутья на выходе из фурмы составляет 150м/сек. При таких параметрах дутья струя обладает большой кинетической энергией и вызывает циркуляцию кокса перед фурмами, что приводит к сгоранию кокса во взвешанном состоянии . Куски кокса, отталкиваясь воздушным путем от фурм, поднимаются в верх, а на них место попадают новее куски кокса раскаленные до 1500ºС, к-ые сгорают в окислительной атмосфере, в результате t-ра газов составляет 1900-2000 ºС.

Вокруг зоны циркуляции располагается область в газовой фазе к-ой содержится СО₂. Пространство перед фурмами в к-ом происходит окисление углерода коксом, кислородом дутья и диоксидом углерода называется окислительной зоной. Горение углерода твердого топлива развивается на поверхности контакта кокса и горновых газов с протеканием конечной стадии по реакции:

2С+О₂ → 2СО

Поскольку при избытке углерода и наличии высокой t-ры диоксид углерода явл-ся неустойчивым.(14000 ºС)

При вдувании природного газа:

2СН₄+О₂ → 2СО + 4Н₂

Образуется ≈ в 3 раза < тепла, и в 1,7 раза > продуктов сгорания, что делает невыгодным 100%-ую замену кокса на природный газ.