Билет № 9

1. Термодинамика восстановления железа.

Fe₂O₃ → Fe₃O₄ → FeO → Fe (выше 570 °С) или Fe₂O₃ → Fe₃O₄ → Fe (ниже 570 °С).

При этом в соответствии с диаграммой Fe—О в системе наряду с низшими оксидами и

металлом возникает ряд твердых растворов.

Каждая из реакций восстановления оксидов железа газообразными восстановителями:

3Fe₂O₃+ СО = 2 Fe₃O₄ + СО₂ + 37,25 МДж;

Fe₃O₄ + СО = 3FeO + СО₂ — 20,96 МДж;

FeO + СО = Fe + СО₂ + 13,65 МДж;

3Fe₂O₃+ Н₂ = 2 Fe₃O₄ + Н₂О — 4,20 МДж 1;

Fe₃O₄ + Н₂ = 3FeO + Н₂О — 62,41 МДж;

FeO + Н₂ = FeO + Н₂O – 27,80 МДж

К основным различиям термодинамики восстановления оксидов железа монооксидом

углерода и водородом относятся следующее. Ниже 810 °C водород как восстановитель слабее монооксида углерода, его равновесная концентрация в смеси больше, чем равновесное содержание монооксида углерода. Выше 810 °C водород становится более сильным восстановителем, чем монооксид углерода. Суммарный тепловой эффект реакции восстановления оксидов железа водородом отрицательный и в 4 раза больше положительного суммарного теплового эффекта реакций восстановления оксидов железа монооксидом углерода.

Приведенные данные относятся к идеальным системам. В реальных условиях действуют неучитываемые факторы (образование твердых растворов и др.). Например, положение линий равновесия восстановления вюстита Fe_1-yO меняется в зависимости от концентрации вакансий у ионов железа в решетке вюстита при восстановлении водородом.

2. Плавка металлизованной шихты в доменных печах.

В процессе окускования шихты в виде окатышей или агломерата или на отдельной стадии после окускования материал подвергается восстановительной обработке с использованием недефицитного восстановителя. Частично восстановленную шихту направляют в доменную печь. При этом возрастает производительность и экономия кокса. Суммарный расход топлива и тепла на производство металлизованных материалов и их переплавку в доменной печи, по сравнению с плавкой на окисленной шихте, остаётся на прежнем уровне или даже возрастает, но главное преимущество заключается в снижение затрат на производство дорогого и дефицитного кокса, что обеспечивает преимущества указанной схемы в объёме национальной экономики страны.

Применение металлизованных материалов существенной меняет ход процессов в печи, прежде всего восстановление железа. Происходит снижение расхода углерода прямого восстановления оксидов железа, что приводит к снижению расхода кокса. Поэтому первым следствием использования металлизованной шихты является снижение расхода углерода прямого восстановления. Это возможно лишь в том случае, если шихта содержит металлическое, а не просто восстановленное железо, тут отмечается важность наличия в шихте металлического железа.

Металлизованная шихта обычно обладает меньшей восстановимостью и более низкой скорость восстановления. Это означает, что процессы непрямого восстановления в доменной печи ухудшаются. Отличие определяется не только свойствами шихтового материала, но и ростом при проплавке металлизованной шихты расхода газа-восстановителя на единицу восстанавливаемого железа.

Увеличение удельного количества газа-восстановителя приводит к тому, что состав газа в печи по мере металлизации шихты всё больше удаляется от равновесного и его окисленность падает. Резкое снижение количества окисленного железа приводит к уменьшению содержания диоксида углерода в газе.

При плавке на металлизованной шихте существенно меняется характер теплообмена в печи. При проплавке металлизованной шихты повышенной степени металлизации (40% и более) зона критических температур смещается вниз. Поэтому при проплавке металлизованной шихты повышенной степени металлизации все мероприятия, обеспечивающие концентрацию тепла в горне (применение кислородного дутья, нагрев дутья и др.), будут способствовать росту эффективности применения металлизованного сырья.

Некоторое снижение газопроницаемости шихты (в большой мере объясняется уменьшением доли кокса в шихте) приводит к некоторому снижению интенсивности плавки.Однако сход материалов в печи при этом не только не ухудшается, а скорее даже улучшается.

Зона первичного шлакообразования сокращается, а уровень её снижается. Всё это уменьшает область пластического состояния, облегчает движение газового потока и его распределение по сечению печи, приводит к заметному росту производительности печи.