ЛЕКЦИЯ №4
Технология получения чугуна
1 — загрузочное устройство, 2 — шихта, 3 – фурменная зона, 4 – холодильники, 5 – воздухонагреватели, 6 – турбокомпрессор, 7 – приводной двигатель, 8 – ГУБТ, 9 – электрогенератор, 10 – смешивающий подогреватель, 11 – редукционное устройство, 12 – газоочистка
Схема доменного производства
1
1.Зона загрузки шихты
2.Зона восстановления оксида железа (III)
3.Зона восстановления оксида железа (II, III)
4.Зона восстановления оксида железа (II)
5.Зона образования оксида углерода (II)
6.Зона образования
оксида углерода (IV)
O2 шлак
7.Зона шлакообразования
иего удаления
Шихта
300 C°
600 C°
800-1000 C°
1500 C°
1900 C°
отходящие газы
3Fe2O3 + CО = 2Fe3О4 + CO2 Fe3O4 + CО = 3FeO + CO2
FeO + CO = Fe + CO2
FeO + C = Fe + CO
CO2 + С = 2CO
С + O2 = CO2 O2
8. Зона выхода расплавленного чугуна расплавленный чугун
Самая крупная доменная печь
Самая крупная в России и мире доменная печь в Череповце объемом 5580 М3,диаметром горна 13,1 м. «Северянка» может выдавать по 11 000 тонн чугуна в сутки (более 4 млн тонн в год). За один цикл – около 6000 тонн металла – по массе это железнодорожный состав из 100 вагонов.
3
Воздухонагреватель доменной печи
Воздухонагреватель для доменной печи
полезным объемом 1719 м3.
С целью интенсификации доменного процесса и снижения удельного расхода дорогого и дефицитного кокса воздух, вдуваемый в печь, подогревают в специальных доменных воздухонагревателях (ДВ) регенеративного типа с керамической насадкой, которые обогреваются доменным газом, обычно несколько обогащенным природным или коксовым (для получения нужной температуры горения). На печь устанавливают обычно четыре ДВ, которые работают попеременно то в режиме разогрева, то в режиме дутья.
4
Восстановление железа
Железо поступает в доменную печь в виде оксидов: Fe2О3, Fe3О4, и FeO
Основная задача доменного процесса – обеспечение как можно более полного извлечения железа из этих оксидов путем их восстановления
Восстановление оксидов железа протекает ступенчато от высших к низшим:
Fe2О3 → Fe3О4 → FeO → Fe
Схема восстановления при температурах ниже 570 °С следующая:
Fe2О3→ Fe3О4→ Fe
Восстановителями оксидов железа в доменной печи служат: углерод, оксид СО и водород.
Восстановление углеродом принято называть прямым восстановлением, а газами — косвенным.
5
Реакции косвенного восстановления оксидом углерода
При температуре > 570 °С: |
1) 3Fe2О3 + CO = 2Fe3О4 + CО2 + 53 740; |
2)Fe3О4 + CO = 3FeO + CО2 +36 680;
3)FeO + CO = Fe + CО2 + 16 060;
При температуре < 570 °C: |
1) 3Fe2О3 + CO = 2Fe3О4 + CО2 + 53 740; |
|
4) 1/4Fe3О4 + CO = 3/4Fe + CО2 + 2870.
Характерной особенностью косвенного восстановления является то, что продуктом реакций всегда является СО2, и то, что они идут без затрат тепла.
Реакции прямого восстановления углеродом протекают с образованием СО и требуют значительных затрат тепла, например:
FeO + C = Fe + CO – 152 670.
6
Необходимо отметить, что приведенная запись реакции прямого восстановления не отражает механизма ее протекания. Дело в том, что непосредственное взаимодействие углерода с твердыми оксидами ограничено, так как поверхность контакта между неровными кусками очень мала. Поэтому фактически прямое восстановление протекает через газовую фазу и состоит из двух стадий:
FeO + СО = Fe + СО2 СО2 + С = 2СО
После суммирования дает итоговую реакцию прямого восстановления :
FeO + С = Fe + СО
На приведенном рисунке кривые 1-4, соответствуя номерам приведенных выше реакций косвенного восстановления, характеризуют равновесный состав газа этих реакций и ограничивают поля, внутри которых будет устойчивым железо или один из его оксидов в атмосфере из СО и СО2.
7
Кривая равновесного состава газа реакции (1) сильно приближена к оси абсцисс, т.е. даже небольших концентраций СО достаточно для восстановления оксида Fe2О3 до Fe3О4. Железо может быть получено
лишь при содержаниях СО больших, чем отмечено кривыми 4 и 3.
Фактический состав газа в доменной печи показан заштрихованной областью 5.
Доменную печь условно делят:
на зону косвенного восстановления (зона с температурами < 900 -1000°С); 
зону прямого восстановления (зона с температурами выше 900 -1000 °С).
Косвенное восстановление водородом протекает по следующим реакциям:
3Fe2О3 + Н2 = 2Fe3О4 + Н2О - 4200;
Fe3О4 + Н2 = 3FeO + Н2О - 62410;
FeO + Н2 = Fe + Н2О - 27800.
8
В доменной печи железо восстанавливается почти полностью
Степень восстановления железа составляет 0,99—0,998, а это означает, что 99—99,8 % железа переходит в чугун и лишь 0,2—1,0% переходит в шлак.
Особенности прямого и косвенного восстановления
Отрицательной стороной прямого восстановления является то, что:
•оно протекает с затратой тепла;
•увеличение степени прямого восстановления приводит к снижению количества кокса, достигающего фурм и, следовательно, к уменьшению прихода тепла в горне.
9
Косвенное восстановление
Реакции косвенного восстановления не требуют затрат тепла.
Однако косвенное восстановление требует значительно большего расхода углерода, чем прямое.
Причина в том, что для протекания реакций косвенного восстановления необходимо определенное соотношение между СО и СО2 в газовой фазе.
Внастоящее время степень прямого восстановления на печах, работающих без применения природного газа или мазута, составляет 40—60 %
Степень прямого восстановления на печах, в которых применяют углеводородные добавки, – 20-40%.
.
Наивыгоднейшая степень прямого восстановления, при которой достигается минимальный расход кокса, меньше приведенных величин
10