Основные сведения о сплавах металлов (основы общей технологии металлов)
Описание технологических процессов литья
Литье в одноразовые формы
Литье в полупостоянные формы
Литье в металлические формы
Полунепрерывное литье
Специальное литье
Литье неметаллических материалов
Дефекты отливок
Термообработка металлов и сплавав
Правила безопасности в литейном производстве
Общие правила безопасности для металлургических предприятий
Современные технологии металлургии
Организация производства в промышленности.
Представление об устройствах и принципах действия автоматических систем.
Общие сведения из технической механики
Чтение чертежей
Общие сведения из электротехники
Фото галерея литейщика
Общие правила устройства электроустановок
Канализация электроэнергии
Безопасность несущих конструкций
Электробезопасность производства
Трубопроводы
ПОТ при эксплуатации электроустановок
Межотраслевые правила по охране труда в литейном производстве
Правила по охране труда при выполнении кузнечно-прессовых работ
Правила по охране труда при холодной обработке металлов
Карта сайта
Популярная металлургия
 
 

 

Химический процесс горения топлива в печи

  1. Химический процесс горения топлива в печи.

Вблизи фурм углерод кокса, взаимодействую с кислородом воздуха, сгорает:

С+О2=СО2+393,51кДж (окислительная реакция).

При высоких t и в присутствии твёрдого углерода кокса  двуокись углерода неустойчива и частично переходит в окись углерода:

СО2+С=2СО-171,88кДж (реакция разложения).

Одновременно, на некотором расстоянии от фурм, идёт реакция полного горения углерода кокса:

С+1/2СО2=СО+110,5кДж.

В результате горения кокса выделяется теплота и образуется газовый поток, содержащий СО, СО2.

t становится более 2000ºС.

В зоне печи, где t 700-450ºС, часть окиси углерода разлагается с образованием сажистого углерода, оседающего на шихтовых материалах:

2СО=СО2+С↓ (разложением с выделением).

Остальная часть газа СО, СО2, N2, H2, CH отводится из печи по трубам и после очистки используется как топливо для воздухонагревателей.

2.При нагреве шихты до t 570ºС начинается основной процесс – восстановление окислов железа, содержащихся в агломерате

Этот процесс протекает в результате взаимодействия окислов железа с окисью углерода и твёрдым углеродом кокса, а также водородом. Восстановление твёрдым углеродом называется прямым, а газами – косвенным.

При t до 570ºС восстановление окиси железа протекает по реакциям:

3Fe2O3+CO= 2Fe3O4+ CO2

Fe3O4+4CO=3Fe+4CO2

При более высоких t 750-900ºС окислы железа восстанавливаются наиболее интенсивно:

3Fe2O3+CO= 2Fe3O4+ CO2

Fe3O4+CO=3FeО+CO2

FeO+CO=Fe+CO2

При этих t из руды, находящейся в нижней зоне шахты доменной печи, образуется твёрдое губчатое Fe. Некоторая часть закиси железа опускается до уровня распада, где восстанавливается твёрдым углеродом кокса в результате двух одновременно протекающих реакций: СО2+С=2СО

FeO+CO=Fe+CO2

FeO+C= Fe+CO

При t 1000-1100ºС восстановленное из руды твёрдое железо, взаимодействуя с окисью углерода, коксом и сажистым углеродом, интенсивно науглероживается благодаря способности железа в твёрдом состоянии растворять углерод:

3Fe+2CO=Fe3C+CO2

3Fe+C= Fe3C.

При насыщении углеродом t плавления Fe понижается и расплавляется. Капли железоуглеродистого сплава, протекая по кускам кокса, дополнительно насыщаются углеродом (до 4% и более), марганцем, кремнием, фосфором, которые восстанавливаются  из руды, а также серой, содержащейся в коксе.

3. Эти процессы протекают следующим образом.

Марганец содержится в руде в виде MnO2, Mn2O3, Mn3O4. Эти соединения легко восстанавливаются до MnO. При t более 1000ºС часть Mn восстанавливается твёрдым углеродом по реакциям:

MnO+CO=Mn+CO2

CO2+C=2CO

MnO+C=Mn+CO

Одновременно марганец взаимодействует с твёрдым углеродом и образует карбид Mn3, повышая содержание углерода в сплаве. Другая часть MnО входит в состав шлака.

Кремний, содержащийся в пустой породе руды в виде SiO2, при t 1100ºС частично восстанавливается твёрдым углеродом:

SiO2+С= SiO+СО

SiO+С= Si+СО    (реакция восстановления)

SiO2+2С= Si+2СО

Образовавшийся кремний растворяется в железе. Другая часть SiO2 входит в состав шлака.

Фосфор содержится в руде в виде соединений (FeO)3P3O5 и (CaO)3P2O5. частично фосфат железа восстанавливается окисью углерода:

2Fe(PO4)2+16C=2Fe3P+2P+16CO2.

При t более 1000ºC восстановление идёт за счёт твёрдого углерода:

2Fe3(PO4)2+16C=3Fe3P+2P+16CO.

При t выше 1300ºС фосфор восстанавливается из фосфата кальция:

(CaO)3P2O5+5C=3CaO+2P+5CO.

Образовавшийся фосфид Fe3P и фосфор полностью растворяется в железе и входит в состав чугуна.

Сера присутствует в коксе и руде в виде органической серы и соединений FeS2, FeS, CaSO4.

Сера летуча, поэтому часть удаляется с газом при нагреве. Сера из кокса окисляется кислородом дутья до SO2 и поднимаясь с газами, восстанавливается твёрдым углеродом:

SO2+2C=S+2SO.

При этом часть серы в виде S и FeS растворяется в чугуне. Сера является вредной примесью. Для удаления серы добавляют известь CaO. При этом часть серы CaS удаляется в шлак по реакциям:

FeS+CaO=CaS+FeO

FeO+C=Fe+CO.

Таким образом, в результате процессов восстановление окислов железа, части окислов марганца и кремния, фосфатов и сернистых соединений, растворения в железе C, Mn, Si, P, S в печи образуется чугун. В шлаке содержится часть не восстановившихся окислов SiO2, MnO, FeO и CaS.

4. Окислительный период.

В кислородном конвертере составляющие чугуна окисляются газообразным кислородом закиси железа FeO, растворяющимся в металле и шлаке при продувке. В зоне контакта окисляется железо Fe+1/2O2=FeO (окисление).

Закись железа растворяется в шлаке и металле, обогащая металл кислородом:

FeO=Fe+O (разложение).

Окисление примесей чугуна кислородом, растворенным металле, происходит по реакциям:

Si+2O=SiO2

Mn+O=MnO

C+O=CO

Часть примесей окисляется на границе металл – шлак окислами железа, содержащимися в шлаке:

Si+2FeO=SiO2+Fe

Mn+ FeO=MnO+Fe

C+FeO=CO+Fe

2P+5FeO+4CaO=(CaO)4P2O5+5Fe.

При перемешивании металла и шлака легко удаляется фосфор.

FeS+CaO=CaS+FeO

Плавка проходит за два периода: окислительный и восстановительный.

Во время плавления шихты начинается окислительный период плавки: за счёт кислорода воздуха, окислов шихты и окалины окисляется кремний Mn, С, Fe. После нагрева до 1500-1540ºС в печь загружают руду и известь. Кислород, содержащий в руде интенсивно окисляет углерод и вызывает кипение. За счёт образования окиси углерода при кипении уменьшается содержание углерода.

Восстановительный период плавки включает раскисление металла, удаление серы и доведения хим. состава до заданного.

В шлаке восстанавливается  закись железа:

FeO+С= FeO

2FeO+Si= Fe+SiO2

FeS+CaO=CaS+FeO.

Раскисление стали – FeMn, FeSi, Al (Al2O3)/

Нитриды Fe4N.

Ме являются восстановителями.

 
 
 
 

 
   
 
 
Реклама