33. Восстановление в доменной печи фосфора.

Фосфор попадает в доменную печь в виде солей фосфорной кислоты, основными из которых являются вивианит Fe₃(PO)₄·8H₂O и апатит Ca(PO4)₂·CaF₂. Восстановление фосфора из этих соединений начинается при умеренных температурах, однако заметно проявляется лишь при 900-1000 ^оС и выше (водородом) или при 1000-1200 ^оС (оксидом углерода). При высоких температурах CO2 неустойчив и по реакции газификации с углеродом переходит в CO, поэтому суммарные реакции имеют вид прямого восстановления:

2Fe3(PO4)2 + 16C = 3Fe2P + P + 16CO

Ca3(PO4)2 + 5C = 3CaO + 2P + 5CO (4.54)

В случае железофосфорных соединений происходит одновременное восстановление железа и фосфора. Фосфор или фосфид активно растворяются в железе. В реальных условиях доменной плавки фосфор, попадающий с шихтой в доменную печь, целиком переходит в металл, поэтому фосфор является крайне нежелательной примесью доменной шихты.

Прямое восстановление фосфора наряду с затратой твердого углерода сопровождается большим расходом тепла. Например, на реакцию восстановления фосфора по (4.54) требуется 1634 МДж. Это следует учитывать при плавке фосфористых руд.

Влияние фосфора на растворимость углерода в железорудистых расплавах оценивают по уравнению

∆Т^P_C = -0.84N_p (при N_p <= 0.04)

Растворимость фосфора в твердом железе при 1323 К составляет 2,8%.

34. 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%.

Восстановление титана. 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.

35. Прямое и косвенное восстановление в доменной печи.

В зависимости от вида газообразного продукта восстановления в доменной печи различают прямое и косвенное восстановление. 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..

В шихтовых материалах окислы железа иногда находятся в виде сложных соединений и твердых растворов. В общем случае активность железа в окислах и соединениях и растворах снижается, а в равновесной газовой смеси доля восстановителя СО и Н₂ должна расти. При низких температурах восстановление силикатов железа окисью углерода практически не идет. Они восстанавливаются в основном прямым путем

Fe₂SiO₄ + 2C = 2Fe+SiO₂+2CO.

В области высоких температур возможна следующая схема восстановления силикатов железа.

Fe₂SiO₄ = 2FeО+SiO₂.

2FeO + 2CO = 2Fe+2CO₂

2СО₂+2С=4СО

Fe₂SiO₄ + 2C = 2Fe+SiO₂+2CO.

При этом расходуется 3150 кДж/кг железа. В случае прямого восстановления вюстита расходуется 2730 кДж/кг железа. Таким образом, для восстановления силикатов железа требуется дополнительный расход горючего.