91.Механизм восстановления железа из оксидов в дп

Существуют разные механизмы. В условиях дп восстановление протекает преимущественно по адсорбционно-каталитическому механизму. Катализатор - свежее восстановленное железо. Имеются следующие стадии восстановления по этому механизму: 1)внешняя диффузия газа восстановителя от потока газа к поверхности куска восстанавливаемого оксида 2)внутренняя диффузия газа восстановителя от поверхности куска к восстанавливаемому оксиду 3)адсорбция газа восстановителя на поверхности восстановленного оксида 4)кристаллохимическое превращение - передача О2 от восстанавливаемого оксида к газу восстановителю. При этом газ восстановитель окисляется с образованием газообразного продукта (СО=СО2, Н2=Н2О). Уменьшается окисленность восстанавливаемого оксида или получается металлическое железо (Fe2O3=Fe3O4 илиFe3O4=FeOилиFeO=Fe) 5)десорбция (СО2 или Н2О) с поверхности восстановленного элемента в газовую среду 6)внутренняя диффузия газообразного продукта восстановления от поверхности восстановленного элемента к поверхности куска 7)Внешняя диффузия газообразного продукта восстановления от поверхности куска в поток газа. Каждая из этих стадий может сдерживать ход процесса (лимитирующей). Если лимитирующее звено кристаллохимическое превращение то процесс находится в кинетической области. Если определяющая стадия диффузия, то процесс в диффузионном режиме. Температурная зависимость скорости восстановления (Wв) в диффузионном и кинетическом режиме показаны на рисунке. Как видим из рисунка при низких температурах процесс находится в кинетическом режиме (ниже Тперехода). При высоких в диффузионном. Изменение результатов доменной плавки за счет повышения прочности и крупности агломерата с одновременным снижением восстановимости при увеличении расхода топлива в аглошихту свидетельствует о том, что определяющей является внешняя диффузия: увеличение прочности позволяет повысить интенсивность по дутью, показатели плавки улучшаются несмотря на уменьшение пористости и увеличение химической прочности оксида в агломерате. Об этом же свидетельствует улучшение результатов плавки при снижении содержания мелочи в сырье - средняя крупность материалов увеличивается, несмотря на это производительность печи увеличивается, а уд.расх.кокса уменьшается. Другие механизмы восстановления: 1)Диссоциационный механизм. По этому механизму сначала происходит диссоциация оксида с выделением О2, затем взаимодействие с восстановителем: 3Fe2O3=2Fe3O4+1/2O2; 1/2O2+CO=CO2. 2)Диссоциационно-адсорбционный 3)Параоксидный. По этому механизму оксид переходит в парообразное состояние, потом взаимодействует с восстановителем. Восстановление по этому механизму получает некоторое развитие при высоких температурах.

92.Науглероживание чугуна

Можно выделить 4 стадии науглероживания железа в современной доменной печи. Первая стадия - происходит выпадение сажистого углерода на поверхности свежевосстановленного железа по реакциям (Т=400-1000С): СО+Н2=Ссаж+Н2О, 2СО=Ссаж+СО2. Все факторы, способствующие протеканию этих реакций, вызывают увеличение содержания углерода в чугуне (рост давления в печи,высокая восстановимость шихт, рост основности, повышение содержания Н2 в газовой фазе). Вторая стадия связана с первой и характеризуется диффузией Ссаж в массу металлического железа (950-1150С): 2СО=Ссаж+СО, + 3Fe+Cсаж=Fe3C, = 3Fe+2CO=Fe3C+CO2. Третья стадия - плавление металла с содержанием примерно 2%С при температуре выше 1150С и стекание капель по коксовой насадке с растворением углерода кокса в металле: 3Fe+Cк=Fe3C. Четвертая 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 - идет окисление углерода чугуна в фурменных очагах (связано с размером печи). НауглероживаниеFe. Использование С кокса в качестве источника тепла и восстановителя приводит к растворению его вFe. Это облегчает получение металла в жидком виде. Т плавленияFe= 1539С, Т плав. чугуна (С=4,3%)=1135С, однако растворение углерода в металле приводит к необходимости организации мероприятий по удалению его в сталеплавильном пр-ве. При достижении температуры 1000-1100С после достижения степени восстановления 50-60% 3Fe+C=Fe3C. Содержание [С] зависит от температур и от содержания примесей в чугуне. Такие примеси, как [Si], [P], [S] уменьшают растворимость углерода и сами образуют соединения сFe- силициды, фосфиды, сульфиды, (граффитобразующие элементы). При увеличении их концентрации [C] выделяется в виде графита. [Mn], [Ni], [Cr] образуют карбиды (карбидообразующие). При увеличении их концентрации растет и содержание [C]. Содержание примесей в чугуне зависит от температуры металла. Эмпирические формулы устанавливают зависимость содержания [C] от содержания примесей в чугуне одновременно включают и влияние температуры: [C]=4,6-0,27[Si]-0,32[P]+0,03[Mn]. Содержание [C] в различных видах чугунов и доменных ферросплавов: П, ПЛ 4,1-4,6%; ПФ 3,2-3,9%; ФС 2,5%, [Si]=10-14%; зеркальный чугун 4,5-5,5%, [Mn]=25%; ФMn6,5-7,5%, [Mn]=70-80%.