39. Науглероживание железа в доменной печи.

Металлическое железо появляется в нижней части шахты печи и распаре. При большом избытке углерода в печи получение чистого железа даже в начальный момент его появления затруднительно. При извлечении из шахты проб материалов в них находят губчатое железо, содержащее около 1-2% С. По мере опускания материалов в доменной печи и их дальнейшего нагрева, железо растворяет в себе углерод в увеличивающемся количестве. При этом температура плавления его снижается, металл плавится и в виде капель стекает в горн. Окончательный состав чугуна формируется в горне печи.

Первая стадия – выпадение сажистого углерода на поверхности свежевосстановленного железа (400–1000 ^oC): CO+H₂=C_саж+H₂O, 2CO=C_саж+CO₂. Все факторы, способствующие протеканию этих реакций, вызывают увеличение содержания углерода в чугуне (рост давления в печи, высокая восстановимость шихт, рост основности, повышение содержания водорода в газовой фазе и др.). Вторая стадия - диффузия С_саж в массу металлического железа (950–1150 ^oC): 2CO=C_саж+CO (+) 3Fe+ C_саж = Fe₃C (=) 3Fe+2CO = Fe₃C+CO₂

Третья стадия – плавление металла с содержанием примерно 2% С (>1150 ^oC) и стекание капель по коксовой насадке с растворением углерода кокса в металле: 3Fe+ C_к = Fe₃C

Четвёртая стадия – это процесс, протекающий в горне. Здесь с одной стороны, продолжается растворение углерода кокса в жидком металле, а с другой – идёт окисление углерода чугуна в фурменных очагах. По аналогии с процессом восстановления первые 2 стадии науглероживания могут быть названы «косвенным» науглероживанием, а вторые две – «прямым» науглероживанием. Формула немецкого Союза литейщиков им. Тобиаса и Бринкмана: [C] = 4,23 – 0,312 · [Si] - 0,33 · [P] + 0,066 · [Mn]. Формула Готлиба: [C] = 4,6 – 0,27 · [Si] - 0,32 · [P] + 0,63 · [Mn], % (масс.) Окончательное содержание углерода в чугуне зависит от устойчивости карбидов, которая во многом определяется наличием в чугуне примесей. Марганец, хром, ванадий образуют карбиды, способствуя увеличению содержания углерода в чугуне. Кремний, алюминий, фосфор, медь, наоборот, способствуют снижению содержания углерода в чугуне.

40. Качество чугуна.

К важнейшим свойствам чугуна относят его химический состав, количество НВ, форму выделения углерода, количество растворенных газов, физический нагрев. Качество чугуна зависит от режима плавки, количество углерода зависит от выдержки чугуна в горне. Кроме содержания углерода на качество чугуна влияют содержание кремния, марганца, серы, фосфора, а также микропримесей, содержание которых может доходить до 0,2%. НВ в чугуне представлены оксидами, карбонитридами, сульфидами и фосфидной эвтектикой. Газы в чугуне представлены в основном кислородом, водородом и азотом. Работа на подготовленных материалах, вывод из шихты сырой руды и известняка, сведение до минимума числа перешихтовок, обеспечение ровного хода процесса, оптимальный тепловой режим существенно улучшают качество чугуна.

41. Шлакообразование в доменной печи.

Помимо чугуна, в доменной печи образуется шлак, в который переходят невосстановившиеся окислы элементов, т.е. СаО, MgO, Al₂O₃, SiO₂ и небольшое количество MnO и FeO. Сначала образуется первичный шлак, в котором содержится повышенное количество MnO и FeO.

	SiO2	Al2O3	СаО	MgO	FeO
Неофл	13-34	11-17	11-29	2-7	7-58
Офл.	32-34	7-11	22-31	1	19-29

По мере опускания и нагрева первичного шлака изменяются его состав и количество. В нем растворяются все большие количества СаО, MgO, Al₂O₃, SiO₂, а содержание MnO и FeO уменьшается вследствие восстановления Fe и Mn и, когда шлак приближается к горну, почти все содержащиеся в шлаке железо и значительное количество марганца успевают восстановиться. Естественно, что при переплавке офлюсованного агломерата процесс шлакообразования облегчается, а MnO и FeO принимают в нем незначительное участие. Сера переходит в шлак постепенно, вступая во взаимодействие с окисью кальция и частично с окисью магния. Окончательно ее содержание в шлаке устанавливается в горне при контакте чугуна со шлаком. От свойств первичного и конечного шлаков зависит ровность схода шихты и содержание серы в чугуне. Конечный шлак на 85–95 % состоит из SiO₂, Al₂O₃ и СаО и, кроме того, содержит 2–10 % MgO, 0,2–0,6 % FeO, 0,3–2 % MnO и 1,5–2,5 % S в основном в виде СаS. Для оценки свойств шлаков пользуются показателем основности СаО/ SiO₂. Для разных условий плавки колеблется в пределах 1,05 – 1,45. Благоприятное влияние на жидкоподвижность шлака оказывает MgO. Для оценки качества шлаков большое значение имеют их физические свойства, к числу которых относят вязкость, температуру плавления и энтальпию.