- •1 Сырые материалы доменной плавки
- •1.1 Каменноугольный кокс
- •1.1.1 Процесс коксования
- •1.1.2 Устройство коксовых печей и цехов
- •1.1.3 Качество кокса
- •1.2 Железные руды
- •1.2.1 Классификация и генезис железных руд
- •1.2.2 Оценка качества железных руд
- •1.2.3 Важнейшие месторождения железных руд
- •2 Подготовка железных руд к доменной плавке
- •2.1 Современная к схема подготовки руд к доменной плавке
- •2.2 Агломерация железных руд и концентратов
- •2.2.1 Общие вопросы
- •2.2.2 Конвейерные агломерационные машины
- •2.2.3 Реакции между твердыми фазами
- •2.2.4 Плавление шихты, кристаллизация расплава и образование конечной микроструктуры агломерата
- •2.2.5 Удаление вредных примесей из шихты при спекании руд и концентратов
- •2.2.6 Качество агломерата
- •2.3 Производство железорудных окатышей
- •2.3.1 Получение сырых окатышей
- •2.3.2 Высокотемпературное упрочнение окатышей
- •2.3.3 Получение окатышей безобжиговым путем
- •2.3.4 Металлургические свойства окатышей
- •2.3.5 Сравнение металлургических свойств агломерата и окатышей
- •2.3.6 Производство металлизованных окатышей
- •2.4 Процессы восстановления в доменной печи
- •3 Образование чугуна и его свойства
- •3.1 Интенсификация доменной плавки
- •3.1.1 Нагрев дутья
- •3.1.2 Обогащение дутья кислородом
- •3.1.3 Водяной пар в дутье
- •3.1.4 Вдувание углеродсодержащих веществ в доменную печь
- •3.2 Профиль доменной печи
- •3.2.1 Общее понятие о профиле
- •3.2.2 Основные размеры профиля и его составные части
- •3.1. Производство стали в конвертерах.
- •3.1.1 Бессемеровский процесс.
- •3.1.2 Томасовский процесс.
- •3.1.3 Кислородно-конвертерный процесс.
- •3.3 Производство стали в мартеновских печах.
- •3.4 Производство стали в электрических печах.
- •3.5 Новые методы производства и обработки стали.
- •4 Ферросплавы
- •4.1 Введение
- •4.2 Сырые материалы
- •4.2.1 Требования к рудам и их выбор
- •4.2.2 Восстановители
- •4.2.3 Железосодержащие материалы
- •4.2.4 Флюсы
- •4.3 Основные элементы конструкции рвп
- •5 Технический (металлургический) кремний
- •5.1 Особенности процесса карботермического восстановления кремния в горне электропечи
- •5.1.1 Общие положения
- •5.1.2. Влияние температуры предварительного нагрева шихты на химизм карботермического восстановления кремнезема
- •5.1.3. Схема технологических зон горна электропечи
- •5.1.4 Влияние примесей шихты на состав технического кремния
- •5.2 Ферросилиций
- •5.2.1 Физико-химические основы получения ферросилиция.
- •5.2.2 Технология производства ферросилиция.
- •6 Сплавы марганца
- •6.1 Применение и состав сплавов марганца
- •6.2 Марганцевые руды и их подготовка к плавке
- •6.3 Производство сплавов марганца
- •6.3.1 Высокоуглеродистый ферромарганец.
- •6.3.2 Силикомарганец
- •6.3.3 Низко- и среднеуглеродистый ферромарганец.
- •6.3.4 Металлический марганец.
- •7 Общие сведения о рудах и концентратах олова
- •7.1 Требования, предъявляемые к рудам и концентратам
- •7.2 Минералы олова
- •7.3 Промышленные типы месторождений олова
- •7.4 Типы оловянных концентратов, поступающих в металлургический передел
- •7.5 Методы обогащения оловянных руд
- •7.6 Влияние типа и вещественного состава руд на их обогатимость
- •7.7 Обогащение россыпей и коренных руд олова
- •7.7.1 Обогащение оловосодержащих россыпей
- •7.7.2 Обогащение оловянных руд коренных месторождений
- •7.8 Доводка оловянных концентратов
- •7.9 Основы современной металлургии олова
- •7.10 Основы теории оловянной восстановительной плавки
- •7.10.1 Восстановление окиси олова и сопутствующих металлов в условиях оловянной плавки
- •7.10.2 Кинетика восстановления окислов металлов и скорость плавки
- •7.10.3 Шлаки оловянной восстановительной плавки
- •7.10.4 Плавка в электрических печах
- •7.10.5 Отечественная практика электроплавки оловянных концентратов
- •7.11 Схема рафинирования олова пирометаллургическим способом
- •8 Производство свинца
- •8.1 Введение
- •8.2 Руды и концентраты
- •8.3 Способы получения свинца
- •8.4 Шихта
- •8.4.1 Состав шихты
- •8.4.2 Приготовление шихты
- •8.4.3 Агломерирующий обжиг свинцовых концентратов
- •8.5 Теория шахтной восстановительной плавки
- •8.5.1 Общие сведения
- •8.5.2 Теоретические основы восстановления окислов металлов
- •8.5.3 Восстановительная способность печи и способы ее регулирования
- •8.5.4 Шлак свинцовой плавки
- •8.5.5 Штейн и шпейза
- •8.5.6 Шахтная восстановительная плавка
- •8.5.7 Топливо
- •8.5.8 Дутье
- •8.6 Реакционная плавка свинца
- •8.6.1 Теоретическая сущность процесса
- •8.6.2 Реакционная плавка в короткобарабанной печи
- •8.7 Электроплавка свинца
- •8.7.1 Реакционная электроплавка свинца
- •8.7.2 Восстановительная электроплавка свинца
- •9.1 Общие сведения и методы получения
- •9.2 Технологические свойства
- •9.3 Области применения
- •9.4 Характеристика рудного цинкового сырья
- •9.5 Основные способы извлечения цинка из сырья
- •9.6 Обжиг цинковых сульфидных концентратов
- •9.6.1 Цели и типы обжига
- •9.6.2 Химизм процессов обжига
- •9.6.3 Обжиг цинковых концентратов для выщелачивания
- •9.7 Химизм кислотно-основных взаимодействий при выщелачивании
- •9.8 У глетермическое восстановление цинка
- •9.8.1 Цели и типы восстановления
- •9.8.2 Химизм восстановления окисленных цинковых материалов
- •9.9 Вельцевание цинковых кеков, цинковистых шлаков и других материалов
- •9.10 Дистилляция цинка из агломерата
- •10 Производство меди и никеля
- •10.1 Сырье для производства меди и никеля. Вспомогательные материалы
- •10.1.1 Классификация рудного сырья
- •10.1.2 Медные руды
- •10.1.3 Никелевые руды
- •10.2 Электроплавка окисленных никелевых руд.
- •10.3 Электроплавка сульфидных медно-никелевых руд и концентратов
- •10.4 Конвертирование никелевых и медно-никелевых штейнов
- •10.4.1 Термодинамика основных реакций процесса
- •10.4.2 Конвертирование никелевых и медно-никелевых штейнов
- •10.5 Переработка медно-никелевого файнштейна
- •10.5.1 Разделение медно-никелевого файнштепна флотацией
- •10.5.2 Обжиг никелевого файнштейна и концентрата. Восстановительная электроплавка закиси никеля.
- •10.6 Восстановительная электроплавка закиси никеля
- •10.7 Способы получения меди из рудного сырья
- •11 Способы получения алюминия
- •11.1 Основы электролиза криолитоглиноземиых расплавов
- •11.2 Сырье и основные материалы
- •11.2.1 Основные минералы и руды алюминия
- •11.2.2 Фториды
- •11.2.3 Огнеупорные и теплоизоляционные материалы
- •11.2.4 Проводниковые материалы
- •11.3 Корректировка состава электролита
- •11.4 Выливка металла
- •11.5 Транспортно-технологическая схема цеха электролиза
- •11.6 Способы очистки отходящих газов
5.1.2. Влияние температуры предварительного нагрева шихты на химизм карботермического восстановления кремнезема
Известно, что нормальная работа печи кремния возможна только при систематической опиковке шихты специальным устройством. Наилучший ритм опиковки, по мнению плавильщиков ЭТЦ ИркАЗа соответствует интервалу между опиковками - 15 минут. Шихта подгребается к электроду и частично проваливается вглубь горна и восстанавливается при быстром нагреве при высокой температуре.
5.1.3. Схема технологических зон горна электропечи
Приведенные данные дают возможность посмотреть на процесс плавки более глубоко с позиции распределения в горне температурных зон и представить общую схему горна с разбивкой на главные технологические зоны с представлением механизма последовательного восстановления шихты с учетом противотока продуктов и химизма реагирования, учитывая все промежуточные реакции с получением конечных продуктов. Результаты представлены на рис. 3 в виде развертки кольцевого цилиндрического горна.
Горн по вертикали можно разбить на пять технологических зон, каждая из которых характеризуется своей температурной вероятностью протекания одной или нескольких реакций в пределах температур, соответствующих началу и окончанию взаимодействия.
Специфические особенности работы технологических зон в рядке их расположения в горне, следующее:
Зона 1. 500-1350 оС (фактически до 1710 оС - температуры плавления кварцита и стекания остатков шихты вниз). Нагрев шихты, испарение влаги, пиролиз углеводородов, восстановление металлов - примесей (железо и др.), фильтрация и адсорбция газов и паров.
Зона 2. 1350-1475 оС. Низкотемпературное восстановление SiO2 до SiC по реакции (1). См. рис. 3. Здесь закладывается основа полноты восстановления и извлечения кремния. Успех последующего довосстановления в зоне 5 SiO по гетерогенным peaкциям (4), (3) и (5) определяются качеством генерированного по реакции (1) SiC, который является метаморфозой структуры углеродистого восстановителя и повторяет его реакционную способность. Происходит также фильтрация и адсорбция газов и паров.
Зона 3. 1625-1850 оС. Низкотемпературное замедленное восстановление кремнезема по реакции (2), при зависании шихты с образованием SiO, часть которого может находиться в газообразном состоянии и выдуваться из слоя реакционными газами. Фильтрация и адсорбция газов и паров. Плавление и отекания вниз кварцита и смывание остатков С и SIC.
Зона 4. 1710-1900 оС. Диспропорционирование SiO по реакции (6) при выдувании и охлаждении реакционного газа из высокотемпературной зоны нижней части горна. Продукты реакции (6) – Si и SIO2 дисперсны. Степень их выноса и потерь определяются фильтрующей и адсорбирующей способностью колошника.
Зона 5. 1900-2670°С. Высокотемпературное ускоренное восстановление SiO, выдуваемого из горна, по однотипным реакциям (3) и (5) в противотоке с SIC, смываемым вниз расплавленным кварцитом, до 2300 оС и по реакции (4) - продолжение предыдущего этапа взаимодействия при повышении температуры до 2670 оС с получением Sir.
В нижней части зоны при 2300-2670°С происходит высокотемпературное довосстановление кремнезема из провалившейся при опиковке в глубину горна шихты и стекших вниз по стенкам расплавленных остатков кварцита и восстановителя. Ускоренное восстановление из провалившейся шихты Si02 по реакции (2).
При недостатке твердого восстановителя возможно металлотермическое довосстановление SiO2 из шлама при температуре более 1861 оС жидким кремнием с газификацией кремнезема до SiOr по реакции (7). В нижнем придонном слое реакция (7) тормозится снижением температуры кремния ниже указанного предела из-за высокой теплопроводности углеродистой футеровки пода печи. Газообразный продукт реакций (2) и (7) - SiO быстро довосстанавливается сразу же после образования по реакциям (4), (3), (5) в высокотемпературной зоне 5. Здесь образуется основное количество кремния, который стекает под электрод. В нем запутываются остатки недовосстановленного шлака. При подъеме газов вверх и охлаждении ниже 2300°С из них конденсируется Siж.
Приведенные данные показывают, что в горне электропечи имеет место своеобразный технологический парадокс, заключающийся в том, что получение кремния возможно только при высокой температуре в глубине горна, а образование промежуточного продукта – SiO2 начинается при недостаточной для полного восстановления температуры верхней части горна, в связи с чем, ощутимая часть SiO2 может выдуваться реакционными газами.
Получение печного восстановления кремнезема зависит, прежде всего, от скорости нагрева шихты и температурных условий. Практически это определяется режимом протекания реакции (2) и условиями образования летучего монооксида кремния.
Протекание реакции (2) при зависании шихты на колошнике в технологической зоне 3 может явиться мерилом величины потерь Si0 с реакционными газами. В этом случае снижение потерь Si, может обеспечить только фильтрация газов через колошниковый слой шихты (зоны 1 и 2) и будет зависеть от фильтрующих и адсорбирующих свойств шихтовых материалов, в первую очередь восстановителя.
Протекание реакции (2) при высокой температуре при осадке шихты и отекании остатков жидкого кварцита в технологически зону обеспечивает быстрое восстановление до кремния, а также газификацию кремнезема из остатков шихты и шлака до Si0 и его последующее довосстановление.
Главными реакциями получения кремния являются реакции (5), (3) и (4), протекающие в технологической зоне 5 при температуре выше 2000 оС.
Причиной образования Si0, как неизбежного промежуточного продукта реагирования, являются реакции (2) и (7). При правильной загрузке шихты и нормальном ходе плавки решающее значение будет иметь непрерывный сход шихты и быстрое протекание в глубине горна реакции (2) и основных реакций довосстановления Si0 до Si (4), (3) и (5).
При недостатке восстановителя в балансе получения кремния начинает возрастать значение реакции (7). Эта реакция в зоне 5 является, по-видимому, фактором, приводящим к снижению содержания шлака в кремнии при выпуске из горна до 1-З%.
О роли реакции диспропорционирования (6) имеются следующие соображения.
Во-первых, это признак работы печи в неоптимальных условиях при недовосстановлении Si0 до Si. Во-вторых, роль реакций (6) в общей схеме процесса возрастает при отступлении от оптимальных условий плавки со всеми вытекающими последствиями. И, в-третьих, это источник появления дисперсного конденсированного продукта - смеси SiO2 и Si, обреченного на частичную или полную потерю с газами из-за плохой фильтрации слоем шихты. Улавливание его может быть эффективным при использовании восстановителей, обладающих высокими фильтрационными и адсорбционными свойствами.
Таким образом, степень восстановления SiO2 до Si в плавке определяется несколькими факторами.
Во-первых, условиями восстановления SiO2. Чем большая часть SiO2 будет восстанавливаться в нижней высокотемпературной зоне горна, тем выше будет извлечение кремния, выше проплав и сортность, ниже расход энергии.
Во-вторых, чем выше будет реакционная способность восстановителя, тем большая часть SiO восстановится до Si и меньшая часть будет вынесена газами.
В-третьих, чем выше фильтрационная и адсорбционная способность шихты (восстановителя) будут на колошнике, тем большая часть SiO, а также Si и SlO2, полученных по реакции (6), будут уловлены и возвращены в высокотемпературную зону на довосстановление.
Извлечение кремния в плавке определяется комбинацией всех трех факторов. Очевидно, что решающее значение будет иметь первый фактор – условия восстановления и высокая температура.
Велико значение и остальных двух факторов. Оно возрастает при плохом сходе шихты в горне при ее зависании и развитии реакции (2) в верхней части печи сопровождающимся выносом SiO газом.
Вышеприведенное показывает, что наибольшее значение для плавки имеет равномерный сход шихты в высокотемпературную зону, то есть режим загрузки горна печи.