Физико-химические процессы

1. Горение топлива.

Обеспечивает:

- расплавление шихты;

- образование основного восстановительного газа (СО);

- образование свободного объёма в результате газификации углерода кокса, что обеспечивает движение шихты сверху вниз.

В фурменной зоне происходит один из главных процессов доменной плавки – горение углерода кокса:

С + О₂ = СО₂ + Q

СО₂+ С = 2СО - Q

===============

2С + О₂ = 2СО+ Q

В результате горения выделяется большое количество теплоты, в печи выше уровня фурм развивается температура выше 2000 ⁰С.

2. Восстановление железа в доменной печи.

Обеспечивает:

- максимальное извлечение железа из руды в чугун путем восстановления железа из его оксидов.

Восстановление железа происходит от высшего оксида к низшему в несколько стадий (по мере продвижения шихты вниз и ее нагревания):

Fe2O3 → Fe3O4 → FeO → Fe.

Характер протекания химических реакций определяется температурой.

Прямое восстановление - восстановление твердым углеродом (коксом). Протекаетпри наиболее высоких температурах в нижней части печи (зона распара):

FeO + C = Fe + CO - Q

Косвенное восстановление – восстановление газами ( и ). Протекает при сравнительно низких температурах в верхней части печи:

ЗFе₂Оз + СО = 2Fе₃О₄ + СО₂ + Q;

Fе₃О₄ + СО = ЗFеО + СО₂ + Q;

FeО+СО = Fе + СО₂ + Q.

3. Науглероживание железа

Обеспечивает:

- образование твердого раствора железа в углероде (Fе₃С),нет сплава

- последующее расплавление Fе₃С с насыщением примесями (Мn, Si, Р, S)

По мере опускания шихта достигает зоны в печи, где температура составляет 1000 … 1100 °С. При этих температурах восстановленное из руды твердое железо, взаимодействуя с окисью углерода, коксом интенсивно науглероживается благодаря способности железа в твердом состоянии растворять углерод.

ЗFе + 2СО = Ге₃С + СО₂;

ЗFe + С = Fе₃С.

При насыщении углеродом температура плавления железа понижается и на уровне распара и заплечиков оно расплавляется (при температуре около 1300 ⁰С). Капли железоуглеродистого сплава, протекая по кускам кокса, дополнительно насыщаются углеродом (до 4,3 %), марганцем, кремнием, фосфором и серой.

4. Восстановление примесей

Обеспечивает:

- частичный переход примесей (Мn, Si, Р, S) из руды и кокса в чугун

Марганец, кремний, фосфор при температуре 1200 ⁰C восстанавливаются из руды, сера – из кокса:

МnО + С = Мn + СО

SiO₂ + 2С = Si + 2СО

(СаО)₃Р₂О₅ + 5С = ЗСаО + 2Р + 5СО.

SО₂ + 2С = S + 2СО.

5. Образование шлака

Обеспечивает:

- удаление пустой породы, золы топлива, вредных примесей

- получение чугуна требуемого химического состава

Шлак образуется в нижней части доменной печи в результате сплавления окислов пустой породы руды, флюсов и золы топлива. Шлаки содержат .

Шлак образуется постепенно, его состав меняется по мере стекания в горн, где он скапливается на поверхности жидкого чугуна, благодаря меньшей плотности. Состав шлака зависит от состава применяемых шихтовых материалов и выплавляемого чугуна.

Дата добавления: 2014-01-20