Реферат: Материаловедение 5

Горение углерода топлива происходит глав­ным образом возле фурм, где основная масса кокса, нагреваясь, встречается с нагретым до температуры 900—• 1200 °С кислородом воздуха, поступающим через фурмы. Образовавшаяся при этом углекислота вместе с азотом воздуха, поднимаясь, встречается с раскаленным коксом и взаимодействует с ним по реакции С0₂ -f С 2СО.

Эта реакция обратима, причем ее равновесие сдви­гается вправо при повышении температуры и влево — при понижении.

Иногда в фурмы вводят еще природный газ или пар, который, реагируя с раскаленным коксом, окисляет его при высоких температурах:

н₂ 0_пар + с_тп = со + н₂ .

Разложение компонентов шихты про­текает различно — в зависимости от ее состава. При работе на шихте, содержащей флюсы и часть сырой руды, важнейшими процессами в верхней части печи являются разрушение гидратов оксида железа, оксида алюминия и разложение известняка флюса по реакции:

СаС0₃ = СаО + С0₂ .

Если в печь подается уже отфлюсованный агломерат, эти процессы протекают при агломерации и в доменной печи почти не идут.

Б0

Восстановление оксидов может проис­ходить окисью углерода, углеродом и водородом. Главная цель доменного процесса — восстановление железа из его оксидов. Согласно теории акад. А. А. Байкова вос­становление оксидов железа идет ступенчато по следу­ющей схеме:

Fe₂ 0₃ -> Fe₃ 0₄ -> FeOFe.

Главную роль в восстановлении оксидов играет угар­ный газ:

3Fe₂ 0₃ + СО = 2Fe₃ 0₄ + С0₂ +Q.

Эта реакция практически необратима, протекает легко при очень низкой концентрации СО в газовой фазе. Для развития процесса восстановления необходимы темпера­тура не ниже 570 °С и значительный избыток СО в газах:

Fe₃ G₄ + СО =га= 3FeO + С0₂ + Q.

Затем происходит образование твердой железной губк i по реакции:

3FeO_TB + СО Fe_TB + С0₂ + Q.

Развитие реакции вправо требует еще более высокой температуры и высокой концентрации СО в газовой фазе. Но, как показывают исследования, в печи для этого есть необходимые условия, так как выше температуры 950 °С в газовой фазе присутствует только СО (С0₂ не образуется).

Наряду с СО в процессе восстановления железа из оксидов значительную роль играет и твердый углерод. Это взаимодействие происходит за счет непосредственных контактов оксидов руды с восстановителем во время пере­мещения руды в печи, а также в горячей зоне печи за счет соприкосновения кусков кокса с жидкими шлаками, содержащими закись железа. Начало и скорость этих реакций в доменной печи зависят от физического состояния руды, состава газов, их давления и ряда других факторов.

Аналогично протекает и восстановление оксидов же­леза водородом. Водород заметно ускоряет восстановление оксидов, хотя роль его в доменном процессе не является первостепенной.

Восстановление оксидов марганца происходит также ступенчато, главным образом за счет СО:

Мп0₂ Mn₂ O_s Mn₃ 0₄ -> МпО;

восстановление закиси марганца происходит почти ис­ключительно за счет твердого углерода, видимо, при его соприкосновении с расплавленным шлаком по схеме

MnO + С_тв = Mn + СО — Q,

Рис. 3.6. Высокотемпературный воз­духонагреватель: 1 — поднасадочная решетка из жаро­прочного чугуна; 2 — насадка; 3 — под- купольное устройство; 4 — патрубок горячего дутья; 5 — штуцер горелки; 6 — газовые клапаны; 7 — патрубок колодного дутья; 8 — огнеупорный вы­сокоглиноземистый кирпич; 9 — сталь­ной кожух

так как количество марганца в шлаке доменной печи бы­вает значительно больше, чем в металле. Эта реакция тре­бует и в 2 раза больше теплоты, чем восстановление же­леза, а поэтому повышенного расхода топлива.

Восстановление кремния в доменной печи происходит преимущественно твердым углеродом с образованием си­лицида железа условно по следующей схеме:

Si0₂ + 2С + Fe = FeSi + 2СО +Q,