Esența procesului de turnare în furnal este reducerea oxizilor de fier. care sunt incluse în compoziția minereului, cu monoxid de carbon, hidrogen și carbon solid, eliberate în timpul arderii de combustibil într-un cuptor de furnal.
Procesul de cuptor se referă la tipul de contra-curent. Pentru a face față fluxului în creștere de gaze fierbinți, formate în timpul arderii de cocs din duzuri, se coboară o coloană de materiale de încărcare.
Volumul util al cuptorului este umplut în mod constant cu materiale de încărcare. Coborârea taxei se produce sub acțiunea greutății sale, și starea mișcării sale este de a elibera spațiul din partea de jos a furnalului prin arderea cocsului și topirea materialului minereului și a fluxului.
După încărcarea în cuptor, încărcarea începe să se încălzească și pe măsură ce coboară continuu, se dezvoltă succesiv următoarele procese:
- evaporarea umidității încărcăturii;
- reducerea oxizilor de fier și a altor elemente;
- disocierea carbonaților.
Evaporarea umezelii de încărcare
Încărcarea încărcată în furnal conține umiditate higroscopică și uneori hidratată. Umiditatea higroscopică se evaporă cu ușurință și este îndepărtată pe partea superioară, deoarece temperatura gazelor de furnal este mai mare decât temperatura de evaporare a umezelii.
Umiditatea hidratată este îndepărtată la temperaturi de peste 400 ° C, iar vaporii de apă evoluați interacționează cu monoxidul de carbon sau carbon, îmbogățind fluxul de gaz cu hidrogen.
H2Opar + CO = CO2 + H2,
H2Opar + C = CO + H2.
Reducerea oxizilor de fier și a altor elemente
Ca urmare a interacțiunii oxizilor de fier cu monoxidul de carbon și carbonul solid de cocs, precum și hidrogenul, fierul este redus. Recuperarea prin gaze se numește indirect, iar carbonul solid se numește direct. Reacțiile de recuperare indirectă sunt însoțite de eliberarea căldurii și apar în orizonturile superioare ale cuptorului. Reacțiile de reducere directă sunt însoțite de absorbția și debitul de căldură în partea inferioară a cuptorului, unde temperatura este mai mare.
Recuperarea fierului din minereu are loc în timp ce încărcătura se deplasează în mai multe etape, de la oxizi mai mari la mai mici:
Fe2O3 → Fe3O4 → FeO → Fe
Până la temperaturi de 700 - 900 ° C, reducerea este efectuată de un reductor de gaze (CO) în funcție de reacții:
3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2,
Fe3O4 + CO = 2FeO + C02,
FeO + CO = Fe + CO2.
Ca și înainte coborârea orizontului de încărcare cu temperaturi 900 - 1200 ° C, în timpul recuperării de capturare a dioxidului de carbon (CO2), începe să interacționeze cu carbonul de combustibil prin reacția:
Procesul de recuperare se modifică semnificativ și se efectuează în funcție de reacție:
Astfel, materialul încărcat în furnal începe să se recupereze indirect. Pe măsură ce sarcina este redusă, CO2 eliberat ca urmare a reducerii începe să interacționeze cu carbonul cu combustibil solid și procesul de recuperare indirectă sau indirectă devine reducere directă.
O parte din oxidul de fier al minereului este redusă de hidrogenul generat în furnal ca urmare a reacției de descompunere a vaporilor de apă:
Reducerea oxizilor de fier prin hidrogen are loc și ca monoxid de carbon (CO), în etape de la mai mare la mai mică
3Fe2O3 + H2 = 2Fe3O4 + H2O;
Fe3O4 + H2 = 3FeO + H20;
FeO + H2 = Fe + H20.
În plus față de fier, furnalul regeneră alte elemente care alcătuiesc sarcina.
Manganul este conținut în toate minereurile de fier în cantități mari sau mici. În conformitate cu principiul transformărilor succesive, oxizii de mangan se reduc succesiv de la mai mare la mai jos:
MnO2 → Mn2O3 → Mn3O4 → MnO → Mn.
Oxizii de mangan mai mari din furnal sunt complet reduși la MnO indirect, interacționând cu CO. Oxidul de MnO este recuperat numai într-un mod direct și apoi parțial prin reacție:
Siliciul intră în furnal cu o încărcătură sub formă de SiO2. Reducerea sa, ca și manganul, este efectuată parțial la temperaturi ridicate de carbonul solid:
Si02 + 2C = Si + 2CO.
Cealaltă parte a SiO2 trece în zgură, iar siliciul redus se dizolvă în fier.
Materialele cu conținut de fosfor sunt sub formă de compuși (FeO) 3 ∙ P2O5 și (CaO) 3 ∙ P2O5. La temperaturi peste 1000 ° C, fosfatul de fier este redus prin monoxid de carbon și carbon solid pentru a forma fosfura de fier Fe3P. La temperaturi de peste 1300 ° C, fosforul este redus de fosfat de calciu. Fosforul și fosfura de fier se dizolvă complet în fier. Condițiile de topire a cuptorului nu permit îndepărtarea fosforului din metal. Toate fosforul conținut în încărcătură este recuperat și complet transformat în fontă. Prin urmare, singura modalitate de a obține fiare de căuș cu conținut scăzut de fosfor este de a folosi materiale cu încărcătură fără fosfor.
Sulful, împreună cu fosforul și arsenul, se referă la impuritățile nocive ale fontei, care afectează calitatea metalului. Prin urmare, o atenție deosebită este acordată problemei reducerii sulfului din fontă și apoi din oțel. Sulful poate fi prezent în materialele încărcate sub formă de sulf organic și compușii FeS2, FeS, CaSO4. Indiferent de forma în care este prezent în sarcină, cea mai mare parte a sulfului se dizolvă în fontă ca FeS. Sarcina de a elimina sulful din fontă este transferul cantității maxime de sulf din metal în alte produse din topirea furnalului - gaz și zgură. Sulful este volatil și, prin urmare, o parte din acesta este îndepărtat cu gaz atunci când încărcătura este încălzită în cuptor. Cantitatea de sulf eliminată cu faza gazoasă este mică - de la 5 la 10% din conținutul total de sulf din încărcătură. Cea mai mare parte a sulfului este transferată în zgură ca urmare a interacțiunii chimice a sulfului în fontă cu oxid de calciu, care necesită un conținut crescut de CaO în zgură:
FeS + CaO = CaS + FeO.
Recent, s-au utilizat diferite metode de îndepărtare a sulfului din fontă (desulfurizarea fontei) în afara domeniului. Esența acestor metode constă în faptul că rezultă sulfura de fier furnal este supus, după eliberarea de reactivi chimici de furnal absorbant de sulf din fier și ia-l în zgură. Sunt folosiți următorii reactivi:
- praful calcinat praf (CaO);
- carbură de calciu (CaC2);
- soda (Na2C03).
Toți acești compuși, atunci când interacționează cu fontă cenușie, dau compuși de CaS, Na2S care trec în zgură.
Astfel, încărcarea, scufundând în cuptor, atinge o zonă de temperatură de 1000 - 1100 ° C. La aceste temperaturi, solidul redus de fier din minereu prin interacțiunea cu un oxid de carbon, cocs și carbon din carbon se dizolvă rapid, formând carbură de fier:
Drept rezultat, punctul de topire a fierului scade și, la nivelul decalajului și umerilor, se topește. Picăturile de aliaj de fier și carbon, curgând de-a lungul bucăților de cocs, sunt saturate cu carbon suplimentar.
Ca urmare a dizolvării fierului în carbon, mangan, siliciu, fosfor și sulf în cuptorul de furnal, se formează fontă. Și ca rezultat al fuziunii de oxizi de minereu de gangă, fluxuri și cenușă de combustibil se formează o zgură. Zgura se scurge în teava și se acumulează pe suprafața fierului topit, datorită densității sale mai scăzute.
Fonta este evacuată din cuptor la fiecare 60 până la 90 de minute.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: