Восстановление кремния и условия выплавки кремнистых чугунов и ферросплавов.

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. Таким образом, восстановить кремний можно только с затратами твердого углерода: SiO₂ + 2C = Si + 2CO – 636.76 МДж. Экспериментально показано, что восстановление кремния в доменной печи начинается около 1400°С. полагают, что восстановление кремния происходит с образованием промежуточного соединения – монооксида кремния (SiO). 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. 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.

29. Восстановление марганца и условия выплавки марганцевых чугунов и ФС.

Высшие оксиды марганца легко восстанавливаются монооксидом углерода при низких и умеренных температурах: 2МnО₂ + СО = Мn₂О₃ + СО₂ + 227,56 МДж, 3Мn₂О₃ + СО = 2МnО₄ + СО₂ + 170,77 МДж. Высшие оксидк марганца восстанавливаются практически до конца уже при 400—500 °С. Восстановление Мn₃О₄ протекает в интервале 600—1000 °С: Мn₃О₄ + СО = 3МnО + СО₂ + 52,08 МДж. Марганец из МnО восстанавливается только пря­мым путем: MnO + С = Mn + CO - 288,29 МДж. Высшие оксиды марганца также легко восстанавливаются твердым углеродом. При температуре выше 1100 °С образуется карбид марганца Мn₃С, углерод которого может восстанавливать марганец из MnO. Этому способствует экзотермиче­ский характер реакции образования карбида. При восстановлении силиката марганца твердым углеродом может образовываться металлический марганец: MnSiO₃ + С = Mn + SiO₂ + CO. Восстановление силиката марганца твердым углеродом может за­канчиваться образованием карбида марганца: MnSiO₃ + ⁴/₃С = ¹/₃Мn₃С + SiO₂ + CO. До настоящего времени в доменных печах получают сплавы желе­за с марганцем. Таким образом, железо является нежелательной примесью в мар­ганцевой руде при выплавке ферромарганца. В ферросплаве с низким содержанием марганца (20—22%), назы­ваемом зеркальным чугуном, [С] ~ 5—5,5%. Перевод значительного количества марганца в чугун сопровождается большими затратами те­пла, а следовательно, и повышенным расходом кокса, в 2—4 раза большим, чем при выплавке передельного чугуна. Для интенсифика­ции процесса получения ферромарганца необходимы высокая темпе­ратура в горне печи, повышенный расход тепла и шлаки повышенной основности.

30. Поведение цинка, щелочей и свинца в ДП.

Восстановление цинка. Отлагаясь в швах футеровки шахты, цинк приводит к ее обрушению. Ныне проблема приобрела новую остроту в связи с вовлечением в производство широкого круга цинксодержащих техногенных матери­алов.Приход цинка в доменную шихту колеблется в пределах 0,1-5,0 кг/т чугуна, причем основным его источником является агломерат (60—99%). Цинк сравнительно с оксидами железа является более трудновос­становимым элементом и требует для своего восстановления более низкого по сравнению с FeO содержания СО₂. Поэтому для упроще­ния расчетов принимают, что цинк из своего оксида ZnO восстанав­ливается преимущественно прямым путем: ZnO + С = Zn_газ + СО - 238,5 кДж. Цинк, поступающий в доменные печи, начинает восстанавливать­ся при температурах выше 900—1000 °С до газообразного состояния, поднимается с газовым потоком в верхние горизонты шахты. Часть его окисляется (посредством СО₂ или оксидов железа), сублимирует­ся и может снова опускаться с шихтовыми материалами до горизонта восстановления, создавая таким образом контур циркуляции. Остав­шаяся часть цинка вместе с частицами пыли выносится газовым по­током из печи. Восстановление свинца.Свинец поступает в доменную печь в основном с железорудной частью шихты в виде оксида. Свинец в основном восстанавливается по реакциям: PbO+ СО = Pb + СО₂ + 65,5 МДж, РbО + Н₂ = Рb + Н₂О + 24,3 МДж, PbО + С = Рb + СО - 90,5 МДж. РbО начинает заметно улетучиваться при 1070 К. Полное восстанов­ление свинца из шихты достигается при температурах выше 1200 К.

Поведение щелочей. Значительное количество щелочей накапливается в печи, интенсивно разру­шая футеровку. Проблема поведения щелочей вновь привлекла внимание после начала применения железорудных окатышей в доменной шихте, по­скольку связующие вещества при их производстве содержали повы­шенное количество щелочей. Оксиды калия и натрия полностью восстанавливаются в основном прямым путем: К₂О + С = 2К_газ + СО - 250,8 МДж, Na₂O + С = 2Na_газ + СО - 310,6 МДж.. Газообразные щелочные металлы образуют циркуляционный кон­тур по аналогии с цинком, вызывая тем самым повышение расхода уг­лерода на восстановление.