- •Способы окускования железорудных материалов
- •Технология агломерации железных руд.
- •Горение топлива и окислительно-восстановительные процессы при агломерации.
- •Твердофазные химические реакции
- •Плавление шихты и кристаллизация расплава при агломерации
- •Газодинамические и тепловые процессы при агломерации.
- •Поведение попутных элементов при агломерации.
- •Металлургические свойства агломерата
- •Технико-экономические показатели процесса агломерации
- •Устройство агломерационных цехов. (рис в лекции)
- •Устройство агломерационной машины.
- •Технология (схема) производства окатышей.
- •Формирование сырых окатышей.
- •Высокотемпературное упрочнение окатышей
- •Металлургические свойства окатышей
- •Поведение попутных элементов при получении окатышей.
- •Технико-экономические показатели процесса производства железорудных окатышей.
- •21,11. Ресурсосбережение при производстве окатышей, агломерата
- •23. Устройство цехов для производства окатышей.
- •24. Агрегаты для окомкования железорудных материалов.
- •25. Агрегаты для высокотемпературного обжига окатышей.
- •26. Сравнение металлургических свойств агломерата и окатышей.
- •27. Термодинамика восстановления окислов железа
- •28. Процессы удаления влаги, летучих и разложения плавильных материалов.
- •29. Эффективность использования офлюсованных материалов.
- •30. Восстановление кремния и условия выплавки кремнистых чугунов и ферросплавов.
- •31. Восстановление марганца и условия выплавки марганцевых чугунов и фс.
- •32. Поведение цинка, щелочей и свинца в дп.
- •33. Восстановление в доменной печи фосфора.
- •34. Восстановление в доменной печи хрома, ванадия, титана.
- •35. Прямое и косвенное восстановление в доменной печи.
- •36. Реакция газификации углерода и ее роль в процессах восстановления.
- •37. Показатели развития процессов восстановления в доменной печи
- •38. Технико-экономические показатели доменного производства.
- •39. Связь показателей восстановления и расхода кокса.
- •40. Механизм процесса восстановления
- •41. Влияние различных факторов на скорость восстановления.
- •42. Науглероживание железа в доменной печи.
- •43. Качество чугуна.
- •44. Шлакообразование в доменной печи.
- •45. Влияние шлакового режима на показатели доменной плавки
- •Десульфурация Чугуна
- •49. Внедоменная десульфурация чугуна.
- •50. Теплообмен в доменной печи.
- •51. Тепловые балансы и показатели тепловой работы печи.
- •52. Горение топлива у фурм доменной печи.
- •53. Окислительная зона.
- •54. Температура в горне (рис 125 стр. 246)
- •55. Формирование печного газа и изменение его состава при движении от фурм к колошнику.
- •56. Движение газа в слое кусковых материалов.
- •57. Распределение шихты в печи и ее движение.
- •58. Эффективность повышения давления газов в печи.
- •59. Нагрев дутья
- •60.Увлажнение дутья.
- •61. Обогащение дутья кислородом
- •62. Вдувание природного газа в горн печи
- •63. Вдувание мазута в горн печи
- •64. Вдувание угля в горн печи
- •65 Комбинированное дутье доменных печей
- •66. Вдувание горячих восстановительных газов
- •67. Профиль доменной печи
- •68. Футеровка доменной печи.
- •69. Охлаждение доменной печи.
- •70. Фурменный прибор.
- •71. Устройство чугунной и шлаковой леток.
- •72. Загрузочное устройство доменных печей.
- •73. Чугуновозные и шлаковозные ковши.
- •74. Разливочные машины.
- •75. Воздухонагреватели
- •76 Очистка доменного газа
- •77, 92. Предпосылки развития процессов металлургии железа
- •78. Классификация процессов металлургии железа
- •79. Получение губчатого железа в шахтных печах
- •80 Железорудное сырье для процессов металлургии железа.
- •81. Топливо и восстановитель для металлургии железа
- •82 Получение губчатого в периодически действующих ретортах.
- •83 Получение губчатого железа во вращающихся печах, на конвейерных машинах
- •84 Получение крицы
- •85 Восстановление в аппаратах кипящего слоя
- •86 Вторичное окисление и пирофорность губчатого железа
- •87 Свариваемость кусков шихты при их восстановлении в шахтных печах металлизации
- •88 Особенности процесса металлизации с использованием твердого топлива.
- •89. Получение жидкого металла по схеме «восстановление-плавление»
- •90. Получение жидкого металла по схеме «плавление восстановление»
- •93. Технико-экономические показатели металлургия железа
41. Влияние различных факторов на скорость восстановления.
Температура. Восстановление окислов железа – гетерогенная реакция. Закон Аррениуса.
k = koe-E/RT
k – константа скорости химической реакции, Т – абсолютная температура, ko – константа, Е – энергия активации процесса.. Взаимосвязь скорости диффузии ми температуры зависит от вида диффузии. Для свободной диффузии в газовой фазе и крупных порах ее скорость пропорционально Т0,5-1, а в мелких даже замедляется. Скорость активированной диффузии газа в твердой фазе зависит от температуры экспоненциально. Поэтому скорость процессов на реакционной поверхности, а следовательно и восстановления в крупных порах резко возрастает. Таким образом, чем больше доля крупных пор, тем сильней скорость зависит от температуры.
Давление. Влияеие давления зависит от того, какой процесс является лимитирующим. Внешняя диффузия (диффузия в пограничном слое и крупных порах) подчиняется законам свободной диффузии и не зависит от давления. Взаимосвязь скорости химической реакции v и парциального давления газа-восстановителя р выражается уравнением вида
v = kp/(1+ kp)
Таким образом в кинетической области скорость восстановления растет с увеличением давления, приближаясь к некоторому пределу.
Расход газа-восстановителя. ускоряет процесс восстановления. При небольших расходах скорость пропорциональна расходу, затем влияние расхода на скорость уменьшается и с некоторого критического значения прекращается.
Состав газа восстановителя.
Увеличение содержание в смеси нейтрального газа заметно снижает скорость восстановления. Например при 800С по мере увеличения доли азота в смеси с окисью углерода от 20 до 80%. время, необходимое для достижения степени врсстановления 90% увеличилось от 37 до 90 мин.
Свойства рудного материала.
На скорость влияют размер пор рудного материала, размер куска и его минералогический состав. Чем больше размер куска, тем длительнее процесс восстановления. В состав куска могут входить как легко, так и трудновосстановимые минералы. Кроме того в ходе восстановления протекают самостоятельные процессы, которые влияют на скорость процесса.
Так в ходе восстановления возможны твердофазные реакции например между Fe3O4 и SiO2, спекание металлических и оксидных компонентов и др.
42. Науглероживание железа в доменной печи.
Металлическое железо – продукт восстановления руд – 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.
Можно выделить 4 стадии науглероживания:
Первая стадия – выпадение сажистого углерода на поверхности свежевосстановленного железа (400–1000 oC).
CO+H2=Cсаж+H2O, 2CO=Cсаж+CO2
Все факторы, способствующие протеканию этих реакций, вызывают увеличение содержвания углерода в чугуне (рост давления в печи, высокая восстановимость шихт, рост основности, повышение содержания водорода в газовой фазе и др.).
Вторая стадия - диффузия Ссаж в массу металлического железа (950–1150 oC)
2CO=Cсаж+CO
3Fe+ Cсаж = 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+ Cк = Fe3C
Четвёртая стадия – это процесс, протекающий в горне. Здесь с одной стороны, продолжается растворение углерода кокса в жидком металле (связано с температурой в горне, временем пребывания и составом чугуна в горне), а с другой – идёт окисление углерода чугуна в фурменных очагах (связано с размером печи).
По аналогии с процессом восстановления первые 2 стадии науглероживания могут быть названы «косвенным» науглероживанием, а вторые две – «прямым» науглероживанием.
Существует ряд формул, связывающих содержание в углерода в чугуне с долей других элементов.
Формула немецкого Союза литейщиков им. Тобиаса и Бринкмана.
[C] = 4,23 – 0,312 · [Si] - 0,33 · [P] + 0,066 · [Mn], % (масс.)
Формула Готлиба
[C] = 4,6 – 0,27 · [Si] - 0,32 · [P] + 0,63 · [Mn], % (масс.)
Формула Юсфина-Альтера
[C] = -8,62 + 28,8*(CO/(CO+ H2)) - 18,2*(CO/(CO+ H2))^2 - 0,244*[Si] + 0,00143*tч + 0,00278*
-парциальное давление СО в колошниковом газе; tч – температура чугуна на выпуске
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.