Билет № 8

Билет № 8

1. Теоретическая температура в горне вычисляется поформуле

=1700-2500C.

За пределами окислительной зоны температура газа постепенно падает в направлении к центру горна. Интенсивность снижения температуры зависит от развития реакции прямого восстановления в зоне восстановления и от количества газов, проникающих из окислительной зоны в центр горна. Чем больше газа проходит к центру печи, тем меньше изменяется температура по радиусу горна и тем выше температура в центре. При недостаточном или слабом движении газового потока падение температуры резкое.

При повышении температуры больше 2500 увеличивается давление в печи, шихта не может идти вниз, начинают испаряться элементы и забиваются поры. Таким образом достигнут предел по температуре.

2. Десульфурация чугуна в доменных печах

Сера попадает в чугун в основном с коксом, примерно 10% переходит в газовую фазу, 85% в шлак. Главный десульфуратор – шлак, Сера в шлаке находится в виде сульфидов CaS, MnS, FeS. При чем большая часть S связана с Ca в виде CaS

Чем выше приход S, тем выше [S]чугуна; чем больше шлака тем лучше десульфурация.

[S]=(S_шихт/100)-(S)Ш(выход шлака)

Баланс серы в доменной печи можно выразить Десульфурации способствует увеличение до определенного уровня основности шлака, блее высокие температуры в горне, введение в шлак 5-10% MgO(он не является десульфуратором, но уменьшает вязкость), увеличение кол-ва шлака.

3. Механизм десульфурации чугуна можно подразделить на три стадии:

1. переход серы в виде сульфидов железа и марганца из чугуна в шлак; (лимитируется распределением серы в шлаке, т.к. отводом серы от межфазной границы металл-шлак)

2. перераспределение серы между сульфидами железа, марганца, кальция (возможно и магния) с образованием оксидов железа и марганца; (лимитируется распределением серы в шлаке, т.к. отводом серы от межфазной границы металл-шлак)

3. восстановление оксидов железа и марганца углеродом, кремнием и другими раскислителями до наступления равновесия между ними и газовой средой. Эта стадия является лимитирующей, т.к. равновесные концентрации с газовой фазой оксидов железа и марганца – сотые доли процента, а они поступают в шлак непрерывно

Реакцию десульфурации можно представить в следующем виде:

[FeS]  (FeS)

(FeS) + (CaO)  (FeO) + (CaS)

(FeO) + C = [Fe] + CO

[FeS] + (CaO) + C = (CaS) + [Fe] + CO

Десульфурация СаО: СаО_тв+[S]+С_гр = СаS_тв+СО_г

Десульфурация MnО:MnО_тв+[S]+С_гр = (MnS)+СО_г десульфурирующая способностьв 3 – 5 раз ниже СаО.

Десульфурация MgО:MgО_тв+[S]+С_гр = MgS_тв+СО_г десульфурирующая способностьв 300 – 1000 раз ниже СаО.

Основная масса Серы переходит в шлак, когда через него фильтруются капли жидкого чугуна, стекающего в горн. Между выпусками десульфурация протекает в 3 фазы: 1) слабо – когда в горне мало шлака 2) сильно когда шлака много 3) опять слабо, когда в горне остается малый слой шлака, насыщенный серой.

4. Поведение цинка, щелочей и свинца при восстановление металлургической шихты.

В последнее десятилетие «проблема цин­ка» стала одной из наиболее актуальных в доменном производстве. Отлагаясь в швах футеровки шахты, цинк приводит к ее обрушению. Ныне проблема приобрела новую остроту в связи с вовлечением в производство широкого круга цинксодержащих техногенных матери­алов. Особенно важным является факт увеличения объемов производ­ства оцинкованного листа, что повлекло за собой рост выхода как об­разующегося, так и оборотного цинксодержащего скрапа.

Последующая утилизация этого вида скрапа в сталеплавильном производстве обусловливает обогащение по цинку пыли, выносимой с отходящими газами: в пыли электродуговых печей, потребляющих преимущественно оцинкованный скрап, содержание цинка может со­держать 35%.

Приход цинка в доменную шихту колеблется в пределах 0,1-5,0 кг/т чугуна, причем основным его источником является агломерат (60—99%). Температура плавления цинка 693 К, кипения — 1180 К.

Цинк сравнительно с оксидами железа является более трудновос­становимым элементом и требует для своего восстановления более низкого по сравнению с FeO содержания СО₂. Поэтому для упроще­ния расчетов принимают, что цинк из своего оксида ZnO восстанав­ливается преимущественно прямым путем по реакции

ZnO + С = Zn_газ + СО - 238,5 кДж. (1)

Цинк, поступающий в доменные печи, начинает восстанавливать­ся при температурах выше 900—1000 °С до газообразного состояния, поднимается с газовым потоком в верхние горизонты шахты. Часть его окисляется (посредством СО₂ или оксидов железа), сублимирует­ся и может снова опускаться с шихтовыми материалами до горизонта восстановления, создавая таким образом контур циркуляции. Остав­шаяся часть цинка вместе с частицами пыли выносится газовым по­током из печи.

Наличие зон циркуляции в доменной печи обусловливает накоп­ление цинка в агрегате, рост расходов углерода на его прямое восста­новление и рост теплопотребности процесса. Так, по экспериментальным данным, на каждый килограмм цинка при его восстановлении расходуется около 10 кг кокса, что почти в 5 раз вы­ше стехиометрически необходимого по реакции.

Восстановление свинца.

Свинец поступает в доменную печь в основном с железорудной частью шихты в виде оксида. Приход свинца в ряде регионов составляет до 500 г/т чугуна. Свинец в основном восстанавливается по реакциям:

PbO+ СО = Pb + СО₂ + 65,5 МДж;

РЬО + Н₂ = РЬ + Н₂О + 24,3 МДж;

PbО + С = РЬ + СО - 90,5 МДж.

РbО начинает заметно улетучиваться при 1070 К. Полное восстанов­ление свинца из шихты достигается при температурах выше 1200 К. Содержание свинца в чугуне и шлаке может составлять до 0,09% и 0,04% соответственно. Из-за высокой плотности жидкого свинца по сравнению с чугуном и слабой его растворимости в, последнем он рас­полагается в доменной печи под слоем чугуна на лещади.

По опыту Кремиковского металлургического завода (Болгария), где проплавлялись свинецсодержащие железные руды, восстановлен­ный свинец распределяется следующим образом: выпускается через специальную летку ниже (на 3,5 м) чугунной летки 10% газ, 20% шлак, 15% чугун.

Поведение щелочей.

Значительное количество щелочей накапливается в печи, интенсивно разру­шая футеровку.

Проблема поведения щелочей вновь привлекла внимание после начала применения железорудных окатышей в доменной шихте, по­скольку связующие вещества при их производстве содержали повы­шенное количество щелочей.

Оксиды калия и натрия полностью восстанавливаются в основном прямым путем

К₂О + С = 2К_газ + СО - 250,8 МДж;

Na₂O + С = 2Na_газ + СО - 310,6 МДж.

Газообразные щелочные металлы образуют циркуляционный кон­тур по аналогии с цинком, вызывая тем самым повышение расхода уг­лерода на восстановление.

Возможно образование цианидов.

К₂СО₃ + 4С + N₂ = 2KCN + ЗСО;

Na₂CO₃+4С+N₂=2NaCN+ЗСО

5. Выплавка ферросплавов в доменной печи

Si: Кремний попадает в доменную печь с шихтой в виде SiO₂, который является трудновосстановимым оксидом с высокой теплотой диссоциации:

SiO₂ = Si + O₂ – 872.63 МДж

В связи с этим восстановление кремния протекает при высоких температурах и сопровождается значительным расходом тепла. Водород и монооксид углерода кремнезем не восстанавливают. Таким образом, восстановить кремний можно только с затратами твердого углерода:

SiO₂ + 2C = Si + 2CO – 636.76 МДж

Эксперментально показано, что восстановление кремния в доменной печи начинается около 1400°С. На восстановление кремния определенное влияние оказывает давление в печи: чем оно выше, тем в меньшей степени и позднее восстанавливается кремний.

В реальных условиях в доменный ферросилиций переходит не выше 10-14% Si. Выплавка кремнистых чугунов (литейного чугуна, ферросилиция) требует высоких температур в печи, больших затрат тепла, что обуславливает, как и в случае выплавки ферромарганца, значительный перерасход кокса. Улучшению восстановления кремния способствует плавка на кислых шлаках.

Mn: Высшие оксиды марганца легко восстанавливаются монооксидом углерода при низких и умеренных температурах:

2МnО₂ + СО = Мn₂О₃ + СО₂ + 227,56 МДж, (1)

3Мn₂О₃ + СО = 2Мn₃О₄ + СО₂ + 170,77 МДж, (2)

Реакция восстановления МnО монооксидом углерода в условиях доменной плавки практически невозможна. Таким образом, марганец из МnО восстанавливается только пря­мым путем:

MnO + С = Mn + CO - 288,29 МДж. (5)

Отношение содержаний марганца в шлаке (Мп) и в чугуне [Мп] называют коэффициентом распределения марганца L_Mn = = (Mn)/[Mn]. Таким образом, основность шлака оказывает заметное влияние на процесс перехода марганца в чугун: чем она выше, тем условия для перехода марганца в чугун благоприятнее. Для обычного передельно­го чугуна 50—70% Мn переходит в чугун, остальное его количество те­ряется со шлаком.

Железо является нежелательной примесью в мар­ганцевой руде при выплавке ферромарганца.

В ферросплаве с низким содержанием марганца (20—22%), назы­ваемом зеркальным чугуном, [С] ~ 5—5,5%. Перевод значительного количества марганца в чугун сопровождается большими затратами те­пла, а следовательно, и повышенным расходом кокса, в 2—4 раза большим, чем при выплавке передельного чугуна. Для интенсифика­ции процесса получения ферромарганца необходимы высокая темпе­ратура в горне печи, повышенный расход тепла и шлаки повышенной основности.

Cr: 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 % Сr. Степеньперевода хрома в чугун составляет > 90 %.