16. Сущность доменного процесса

Доменный процесс заключается в восстановлении окислов железа,

содержащихся в руде, и в ошлаковании пустой породы. Восстановителем

является окись углерода и твердый (сажистый) углерод. Изменения,

происходящие в потоке опускающихся твердых материалов и поднимающихся

газов при их взаимодействии, рассмотрим отдельно, с учетом температурных зон доменной печи.В газах, поднимающихся снизу вверх, наблюдаются следующие процессы.1. Горение топлива: С+О2 = СО2. Эта реакция происходит в области расположения фурм, где достигаются наиболее высокие температуры (до 1900°).

2. Восстановительные реакции (при t >1000°). Образовавшийся при

сгорании кокса углекислый газ восстанавливается углеродом раскаленного кокса до окиси углерода: СО2 + С = 2СО. Поднимающаяся из горна в верхние зоны доменной печи окись углерода является энергичным восстановителем,

способным отбирать кислород из твердых окислов железа.

3. Выделение сажистого углерода (вследствие понижения температуры) при

400 – 550°: 2СО = СО2 + С (сажистый углерод). Получающийся сажистый углерод проникает через поры и трещины внутрь кусков руды, а также оседает на их наружной поверхности и при температуре свыше 1000°С восстанавливает закись железа.При этом из-за различной прочности связей атомов кислорода высший окисел железа превращается в низший окисел в следующем порядке:

Fe2О3 → Fe3О4 → FeO.

В шихте, опускающейся сверху вниз, протекают следующие процессы.

1. Испарение влаги при температурах до 500°С (а иногда и до 800°С),

потому что теплопроводность шихтовых материалов низка.

2. Разложение углекислых солей при t = 900°С;

3. Удаление летучих веществ (при t =400 – 900°С).4. Восстановление окислов железа (при t =500 – 1100°С). В доменной

печи твердые окислы железа могут восстанавливаться окисью углерода

(косвенное восстановление): FeO + СО = Fe + СО2 или твердым углеродом

(прямое восстановление): FeO + С = Fe + СО.

17. Выплавка стали в конверторах

Основными устройствами для выплавки стали являются конверторы,

мартеновские и электрические печи.Выплавка стали в кислых конверторах (рис. 9.1). Сущность способа (называемого по фамилии изобретателя бессемеровским) заключается в том, что струя воздуха продувается через расплавленный чугун и окисляет входящие в него примеси С, Mn, Si и частично Fe, которые после окисления переходят в шлак в виде окислов либо удаляются в виде газов. Окислительные реакции сопровождаются выделением значительного количества тепла, что приводит к повышению температуры чугуна от 1300 до 1700 – 1750°С.Чугун для бессемерования должен содержать значительное количество кремния (1 – 1,7%) и марганца (0,8 – 1,25%), так как металл в конверторе нагревается за счет выгорания этих примесей. Фосфор и сера при бессемеровании не удаляются; а переходят в получаемую сталь и являются вредными примесями в ней. Поэтому В бессемеровском чугуне допускается не свыше 0,07% Р и 0,06% S.

Бессемеровский конвертор представляет собой вращающийся сосуд, кожух

которого изготовлен из листовой стали толщиной 10-30 мм. Внутренняя полость

выложена кислой футеровкой из динасового кирпича, содержащего до 94% SiO2, или специальной кислой набойкой, содержащей 90 – 92% SiO2 и глину.

В днище конвертора сделаны отверстия диаметром 10 – 20 мм для вдувания

под давлением 1,5 – 2 атм сжатого воздуха. В воздушную коробку воздух

подается через одну из цапф, на которые опирается и на которых поворачивается конвертор. Эта цапфа делается полой и шарнирно соединяется с

воздухопроводом.Газообразные продукты процесса удаляются через горловину, через эту же горловину вливается в конвертор чугун и выливается Сталь. Для заливки жидкого чугуна конвертор при помощи зубчатой передачи ставится в наклонное положение так, чтобы отверстия в днище находились выше уровня залитого чугуна.После пуска дутья конвертор поворачивают днищем вниз. Металл при этом занимает от 1/3 до 1/5 высоты цилиндрической части.

Процесс переработки чугуна в бессемеровском конверторе распадается на три

периода.1. Окисление кремния и марганца. В конверторе происходят реакции

окисления Fe, Si и Mn кислородом вдуваемого воздуха по уравнениям:

2Fe + O2 = 2FeO

Si + O2 = SiO2 первичные реакции

2Mn + O2 = 2MnO