Восстановление кремния и условия выплавки кремнистых чугунов и ферросплавов

Эффективность использования офлюсованных материалов.

Процессы удаления влаги, летучих и разложения плавильных материалов.

В шихте всегда содержится некоторое количество физически или химически связанной воды. Температура на колошнике значительно выше температуры кипения воды, поэтому удаление воды начинается на верхних горизонтах печи после нагрева куска шихты до температуры колошника.

Выделяющийся из гидратов водяной пар реагирует с окисью углерода при t = 500-700^оС, и с твердым углеродом при t = 1000^оС

Н₂О_пар + СО = Н₂+СО₂

Н₂О_пар + С = Н₂+СО

При t = 500-700^оС выделяются также летучие вещества кокса, обычное содержание которых в коксе 1 - 2,5% (СО₂, СО, Н₂, N₂, O₂, СН₄)

Разложение карбонатов протекает по реакциям

СаСО₃ = СаО+СО₂

MgСО₃ = MgО+СО₂

FeСО₃ = FeО+СО₂

Наибольшее значение имеет разложение карбоната кальция, которое идет с поглощением тепла. Выделяющаяся двуокись углерода при t = 1000^оС взаимодействует с углеродом со значительным эндотеримческим эффектом и тратой дорогостоящего кокса. Поэтому необходимо стремиться, что бы разложение известняка оканчивалось при возможно более низкой температуре.

Эндотермический эффект реакции разложения известняка, взаимодействие выделяющейся двуокиси углерода с углеродом кокса и снижение восстановительного потенциала газа в печи из-за разбавления его двуокисью углерода ухудшают показатели доменной плавки и сильно влияют на расход кокса.

При применении офлюсованных материалов происходит:

1. Исключение из доменной плавки эндотермической реакции разложения карбонатов, т.е. СаСО₃= СаО + СО₂ - Q или MgCO₃ = MgO + CO2 - Q, требующих тепла, а следовательно, расхода кокса. Этот процесс перенесен на аглоленту, где расходуется менее дефицитное и более дешевое топливо, чем кокс.

2. Улучшение восстановительной способности газов в самой доменной печи вследствие уменьшения разбавления их двуокисью углерода, получаемой от разложения карбонатов.

3. Улучшение восстановимости агломерата, так как известь вытесняет оксиды железа из трудновосстановимых силикатов железа.

4. Улучшение процесса шлакообразования, так как в офлюсованном агломерате оксиды плотно контактируют друг с другом.

5. Уменьшение числа материалов, загружаемых в доменную печь. В конечном итоге, применение офлюсованного агломерата приводит к сокращению расхода кокса на 6-15 %.

Кремний попадает в доменную печь с шихтой в виде SiO₂, который является трудновосстановимым оксидом с высокой теплотой диссоциации:

SiO₂ = Si + O₂ – 872.63 МДж

В связи с этим восстановление кремния протекает при высоких температурах и сопровождается значительным расходом тепла. Водород и монооксид углерода кремнезем не восстанавливают, т.е.

SiO₂ + 2CO = Si + 2CO₂

lgKp = (-16520/T) – 0.65lgT + 2.34

при Т=1500 К Kp = 10^-11

Таким образом, восстановить кремний можно только с затратами твердого углерода:

SiO₂ + 2C = Si + 2CO – 636.76 МДж

…

Эксперментально показано, что восстановление кремния в доменной печи начинается около 1400°С. полагают, что восстановление кремния происходит с образованием промежуточного соединения – монооксида кремния (SiO):

SiO2 + C = SiO + CO

SiO + C = Si + CO

-----------------------

SiO2 + 2C = Si + 2CO

…

Кремний может образовывать силициды железа, например Fe + Si = FeSi + 83.64 МДж или

SiO2 + 2C + Fe = FeSi + 2CO

На восстановление кремния определенное влияние оказывает давление в печи: чем оно выше, тем в меньшей степени и позднее восстанавливается кремний.

по данным В.М. Щедрина, температура начала восстановления кремния

T_Si = 17942/(9.91 - lgp_CO)

Содержание кремния в чугуне (в %) можно определять из соотношения

[Si] = k/pⁿ_д

где p_д – давление дутья, Па; k и n – константы.

Предельное содержание кремния в ферросплаве (ферросилиции) можно рассчитать по реакции Fe + Si = FeSi, где [Si]_пред = 28/84 ~33%

В реальных условиях в доменный ферросилиций переходит не выше 10-14% Si. Выплавка кремнистых чугунов (литейного чугуна, ферросилиция) требует высоких температур в печи, больших затрат тепла, что обуславливает, как и в случае выплавки ферромарганца, значительный перерасход кокса. Улучшению восстановления кремния способствует плавка на кислых шлаках.

Дата добавления: 2015-04-24