Билет №4
1)Науглероживание железа в ходе доменной плавки и при внедоменном получении железа
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.
2) Влияние аглодоменного производства на окружающую среду
Борьба с пылегазовыми выбросами в черной металлургии требует больших капитальных и эксплуатационных затрат и осложняется тем, что выбросы образуются на всех стадиях металлургического передела и зачастую носят неорганизованный характер. Довольно значительным источником загрязнения окружающей среды в черной металлургии является агломерационное производство. По данным НПО «Энергосталь» на металлургических предприятиях с полным металлургическим циклом более 50 % выбросов в атмосферу пыли, оксидов углерода, азота, серы приходится на долю агломерационных фабрик . Аглофабрики выбрасывают в атмосферу около 50 % всего количества оксида углерода (СО) и сернистого ангидрида (S02), свыше 20 % оксидов азота (N0х) и пыли. Обычно аглофабрики выбрасывают 1 – 6 млн м3/ч аглогазов, содержащих 17 % кислорода, а также вредные вещества: СО – 12,5, пыль – 0, 25 г/м3 (средние данные по аглофабрике завода “Азовсталь”) . Сравнительно небольшая аглофабрика завода “Азовсталь”, например, имеет в своем составе 2 машины с площадью спекания 62,5 м3 каждая, общей производительностью 1, 62 млн. т. агломерата в год. Согласно данным , годовой объем выбросов составляет: пыль – 1600, оксид углерода – 80800, диоксид серы – 5200, оксиды азота – 1300 т/год. Также при производстве агломерата выделяются: метан (СН4), углеводородные газы, диоксид углерода (СО2) и сероводород (H2S). На снижение выбросов при производстве агломерата тратятся очень большие средства, поэтому экономически выгодно снизить его производство.
При составлении общего плана развития и реконструкции черной металлургии следует рассмотреть вопрос о возможности увеличения доли окатышей в шихте доменных печей, что позволит сократить производство агломерата и тем самым, улучшить экологическую обстановку. Известно, что в некоторых странах, например, в США, доля окатышей в шихте составляет 70 – 75 %, тогда как в России она находится на уровне 30 – 35 %.