Восстановление окислов железа и других элементов
Восстановление – процесс “отнятия” кислорода от оксида (окисла того или иного элемента) и передачи кислорода другому оксиду, элементу или химическому соединению. Результатом химической реакции (процесса) восстановления является получение чистого (не окисленного) химического элемента или оксида этого же элемента, но с меньшим количеством кислорода, то есть менее окисленного.
В результате химической реакции, например,
МеО + В = Ме + ВО,
где В – восстановитель, “отнимающий” кислород от оксида металла [МеО] и окисляющийся при этом до [ВО]; ВО – оксид восстановителя; Ме – восстановленный металл.
По теории советского ученого металлурга и металловеда А.А. Байкова восстановление оксидов железа протекает ступенчато – от высших к низшим:
до 570 ºС: Fe2O3® Fe3O4® FeO® Fe;
выше 570 ºС: Fe2O3® Fe3O4 ® Fe.
В реальных металлургических процессах, кроме оксидов, образуются еще и твердые растворы внедрения, типа Fe3O4 в FeO (вюстит) и Fe2O3 в Fe3O4.
Восстановление твердым углеродом кокса называют прямым (непосредственный, физический контакт твердых веществ), а восстановление газами – косвенным (газ проходит через поры в материале, омывает куски шихты).
Две стадии прямого восстановления:
- сначала косвенное восстановление газом: МеО + СО = Ме + СО2
- затем, реакция взаимодействия [СО2] с углеродом кокса: СО2 + С = 2СО
Итоговая (суммарная) одностадийная реакция: МеО + С = Ме + СО, то есть прямое восстановление углеродом кокса.
|
|
|
С развитием реакций прямого восстановления, количество углерода, достигающего зоны фурм постепенно уменьшается и температура в рабочем пространстве доменной печи снижается, так как эти реакции являются эндотермическими. Для компенсации потерь тепла и за счет прямого расхода кокса прибегают к повышению температуры дутья.
Но основным технологическим способом, экономящим кокс в процессе прямого восстановления окислов железа, является принятие мер по развитию процесса косвенного восстановления (вдувание в печь интенсификаторов и заменителей кокса, улучшение подготовки шихты и условий равномерности распределения газовых потоков).
К моменту завершения процесса восстановления оксидов железа, железосодержащие компоненты шихты еще находятся в твердом состоянии, но в материале образуются трещины и поры, характерные для агрегатного состоянии “губчатого железа”. В “губке” зерна нерасплавленного железа тесно перемешаны с частицами пустой породы шихты, содержащей [C; Mn; Si; S; P] и еще не претерпевшей химических и физических превращений. Так как температура плавления чистого железа составляет 1539 ºС, то оно в твердом виде опускается со всей шихтой в зону более высоких температур и продолжает восстанавливаться. Степень восстановления железа в доменном процессе достигает h=(0,99…0,998), то есть лишь (0,2…1)% железа переходит в шлак.
|
|
|
Восстановление кремния. Выплавка кремнистых чугунов
Кремний в виде кремнезема [SiO2] или силикатов (соединений кремнезема с другими окислами) содержится в составе железорудных компонентов шихты, золе кокса, флюсах. Кремний восстанавливается прямым путем по эндотермической химической реакции:
SiO2 + 2C = Si + 2CO – 635кДж.
В чистом виде такая реакция протекает при температурах близких к 1500 ºС. Однако, на практике вначале образуется силицид железа [FeSi], который участвует в реакции восстановления кремния, но при (1050…1150) ºС, то есть в твердофазном состоянии.
В передельных чугунах, используемых для производства стали, содержание кремния находится в предела (0,3…0,8)%, то есть в ходе доменного процесса кремний должен быть только частично восстановлен, растворен в жидком чугуне, а избыток кремния в виде окислов должен быть растворен в шлаке.
При выплавке кремнистых чугунов необходимо значительно увеличить степень восстановления кремния (до 18% в ферросилиции – специальной марке чугуна), что возможно осуществить при повышении расхода кокса из расчета (5…15)% на каждый процент кремния в чугуне. Поэтому в доменных печах нецелесообразно выплавлять ферросилиций, содержащий более 18% Si, а также выплавлять литейные чугуны, содержащие (1,75…3,75)%.
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 803; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!