- •Тема 2. Современные представления о процессах доменной плавки 1
- •Современные представления о процессах доменной плавки
- •Восстановление оксидов железа.
- •Термодинамика восстановления оксидов железа.
- •Восстановление оксидов железа монооксидом углерода
- •Понятие прямого и косвенного восстановления
- •Показатели прямого и косвенного восстановления железа.
- •Особенности восстановления оксидов железа водородом.
- •Кинетика восстановления оксидов в доменной печи
- •Восстановление примесей чугуна
- •Марганец
- •Кремний
- •Образование чугуна и шлака
- •Образование чугуна
- •Процессы шлакообразования
- •Свойства доменного шлака
- •2.3‑4. Политерма вязкости
|
Тема 2. Современные представления о процессах доменной плавки 1
2.1. Восстановление оксидов железа. 1
2.1.1. Термодинамика восстановления оксидов железа. 1
2.1.1.1. Восстановление оксидов железа монооксидом углерода 4
2.1.1.2. Особенности восстановления оксидов железа водородом. 12
2.1.2. Кинетика восстановления оксидов в доменной печи 14
2.2. Восстановление примесей чугуна 18
2.2.1. Марганец 18
2.2.2. Кремний 21
2.2.3. Фосфор 23
2.2.4. Сера 24
2.3. Образование чугуна и шлака 28
2.3.1. Образование чугуна 28
2.3.2. Процессы шлакообразования 31
2.3.2.1. Свойства доменного шлака 34
Современные представления о процессах доменной плавки
При производстве чугуна протекает большое количество сложных физико-химических, теплотехнических и механических процессов.
Основными физико-химическими процессами можно считать восстановительные процессы, а также процессы образования чугуна и шлака.
Мы уже отмечали, что доменный процесс - это в целом восстановительный процесс. Рассмотрим процессы восстановления железа и других элементов, входящих в состав железорудных материалов.
Восстановление оксидов железа.
Термодинамика восстановления оксидов железа.
Железо образует с кислородом 3 стабильных оксида:
FeO – вюстит;
Fe2O3– гематит;
Fe3O4– магнетит (Чистый магнетит содержит 31%FeOи 69% Fe2O3. Поэтому можно встретить следующую химическую формулу магнетита –FeOFe2O3. Но магнетит имеет собственную кристаллическую решетку типа шпинели, обеспечивающую его магнитные свойства).
Рассмотрим термодинамические области устойчивости оксидов железа. В определенной системе координат они ограничены прямыми линиями, которые характеризуют условия равновесия соответствующих фаз (рис. 2.1 -1).
П
Рис.
2.1‑1. Зависимость
парциального давления
кислорода
от температуры
При температурах выше 570ОС прочность оксидов повышается в обычной последовательности от высших к низшим. При температурах ниже 570ОС прочностьFeOстановится ниже прочности Fe3O4 иFeOраспадается на Fe3O4 иFe.
При нормальных условиях в присутствии кислорода (lgpO2=1,3) устойчивой фазой является оксид 3-х валентного железа. Поэтому железные руды содержат в основном Fe2O3.
Восстановителем может быть элемент или соединение, обладающее большим сродством к кислороду, чем элемент, окисел которого восстанавливается. В доменной печи восстановителями являются монооксид углерода и водород, имеющие сравнительно высокое сродство к кислороду.
Процесс восстановления оксидов железа протекает по принципу Байкова от высшего оксида к низшим через все устойчивые окислы, характерные для данных условий:
при t>570:три стадии)
при t<570: две стадии)
В условиях доменной печи восстановление происходит главным образом по первой схеме, так как восстановление магнитита начинается при температурах выше 570ОС.
Не все железо в доменной печи восстанавливается из свободных окислов. Некоторая часть связана в химические соединения с другими окислами, из которых восстановление затруднено. Иногда железо находится не в виде окислов (например, FeS2). Однако, в результате превращений в печи оно так или иначе переходит в оксиды, из которых и происходит восстановление.
Основная часть железа восстанавливается из окислов, находящихся в твердом состоянии. Некоторая часть окислов, не успевших восстановиться к началу шлакообразования и плавления шлака, переходит в жидкий шлак, откуда восстановить железо труднее, чем из свободных окислов, т.к. они входят в состав химических соединений с другими оксидами, например, с кремнеземом.
Восстановителем в доменной печи является монооксид углерода, а также водород, имеющийся в доменной печи.