32. Восстановление в доменной печи хрома, ванадия, титана.

Ванадий образует пять соединений с кислородом: V₂O₅, VO₂, V₂O₃, VO, V₂O, из которых первые три являются кислыми, а два последующие основными. Высшие оксиды ванадия легко восстанавливаются газом в области умеренных температур, а низшие оксиды восстанавливаются твердым углеродом только при высоких температурах (>= 1200 ^оС). Степень перевода ванадия в чугун составляет 70-90%. Условиями высокой степени перевода ванадия в металл являются основные шлаки и повышенный приход тепла (увеличенный расход кокса, нагрев дутья). Хром при восстановлении аналогичен марганцу и ванадию. Для перевода хрома в металл требуются повышенный расход кокса, высокий нагрев дутья и основные шлаки. В доменной печи можно выплавлять углеродистый феррохром, содержащий 40 % Cr. Степень перевода хрома в чугун составляет > 90%. Титан восстанавливается при высоких температурах твердым углеродом. При этом расход тепла на восстановление титана больше, чем в случае кремния, поэтому при доменной плавке титаносодержащих руд в чугун переходит лишь 5-15% Ti.

33. Прямое и косвенное восстановление в доменной печи.

В первом случае продуктом является СО, а во втором СО₂ или Н₂О.

FeO + CO = Fe+CO₂

СО₂+С=2СО

FeO+ С = Fe+CO

Обычно принимают в согласии с экспериментальными данными, что косвенное восстановление соответствует умеренным температурам (до 900-1000С), а прямое – высоким. В зоне умеренных температур восстановление Fe₂0₃ и Fe₃0₄ практически заканчивается, а восстановление FeO не заканчивается. Поэтому восстановление Fe₂0₃ и Fe₃0₄ в основном проходит непрямым путем, а восстановление FeO и прямым и непрямым путем.

34. Реакция газификации углерода и ее роль в процессах восстановления.

В присутствии твердого углерода при анализе восстановления окислов железа следует учитывать равновесие в системе С-СО-СО₂. СО₂+С=2СО-166,32 МДж. Эту реакцию называют реакцией газификации углерода. При повышении давления равновесие сдвигается влево. Прямая реакция протекает при высоких температурах, поэтому она отличается высокой скоростью и быстрым достижением равновесия. Реакция распада окиси углерода протекает медленно, для достижения равновесия необходимо длительное время. Несколько катализирует процесс свежевосстановленное железо. Газ находится в доменной печи. Для достижения равновесия такого времени достаточно только в области высоких температур. Поэтому в этой области газ почти полностью состоит из окиси углерода, а в колошниковом газе, покидающем печь при t = 300С содержится 12-18% СО₂ и 22-28% СО и его состав сильно отличается от равновесного.

35. Показатели развития процессов восстановления в доменной печи

Чем лучше используется газ-восстановитель в доменной печи, тем ниже расход кокса и выше технико-экономические показатели плавки.

1.Показатель Грюнера m = CO₂/CO. Использования дутья, обогащенного кислородом и водяным паром привело к к изменению общего содержания углеродсодержащих окислов в колошниковом газе и показатель Грюнера перестал служить показателем совершенства восстановительных процессов. Поэтому в настоящее время используют следующие показатели.

2.Степень использования восстановительной способности окиси углерода

Всегда меньше 1, на практике предел 0.6. 0.45-0.55 хорошая работа печи.

3.Степень использования восстановительной способности водорода

Не умеем считать Н₂ в колошниковом газе, поэтому при расчётах этим параметром задаёмся. Или можно оценить:

4.Объединенный показатель восстановительной способности газа.

5.Показатели развития процессов прямого и непрямого восстановления в печи.

Показатель прямого и непрямого восстановления – отношение количеств кислорода отнятого от шихты прямым и непрямым путем к общему количеству кислорода, отнятого от шихты. R_d = O_d/O_ш, R_i = O_i/O_ш, R_d + R_i = 1. O_d и O_i количества кислорода, отнятого прямым и непрямым путем, O_ш – количество газифицируемого кислорода шихты.

Эти показатели можно подсчитать по анализу колошникового газа.

 = соотношение кислорода и азота в дутье.

6.Показатель прямого восстановления по Павлову

r_d = Fe_d/(Fe₀-Fe_мет) – отношение количества железа, восстановленного из закиси железа прямым путем к к общему количеству окисленного железа.

7.Показатели использования углерода.

, 90% С переходит в газ, С_г= С_ф+ С_d, С_d – углерод прямого восстановления, С_ф – углерод теплоноситель (сгорающий у фурм)

8.Комплексные показатели.

Показатель расхода углерода. – отношение газифицированного кислорода шихты к газифицированному углероду

Р = O_ш/С_г = (СО₂+0,5СО+0,5Н₂О-N₂)/(CO+CO₂)

Показатель использования восстановительной энергии газа

q = O_i/С_г = (0,5CO₂+0,5 Н₂О)/(CO+CO₂). Эти показатели статистически взаимосвязаны: q = Р/(1+Р)²