Глава 6 Доменный процесс

В современной доменной печи продолжительность пребывание материалов составляет 4 -6 часов, а газов от 1 до 3 сек. Высокие показатели плавки достигаются при хорошем распределении газов в печи. Шихту загружают порциями – колошами. Рудную часть загружают отдельно или вместе с коксом. Целесообразно, чтобы слой агломерата у стен был толще чем в центре, а слой кокса наоборот. Дутье поступает в печь у стен, поэтому слой агломерата у стен должен быть толще, чем в центре печи, а слой кокса – наоборот. Шихта содержит гигроскопическую влагу, а иногда гидратную и карбонаты. Гигроскопическая влага испаряется на колошнике, а гидратная выделяется в виде водяного пара при разложении руды, взаимодействуя с окисью углерода или с углеродом:

H₂O+CO=CO₂+H₂+Q

H₂O+C=CO+H₂-Q

2H2O+C=CO₂+2H₂-Q

Карбонаты Са, Mg, Fe и Mn разлагаются по эндотермической реакции:

MeCO₃=MeO+CO₂

Основными закономерностями доменного процесса, выявленные Байковым, заключаются в том, что высший окисел железа Fe₂O₃ превращается в железо последовательно через промежуточные окислы. Реакции в печи протекают в печи по схеме:

При температуре ниже 570°С FeO→ Fe₃O₄ и превращается в жидкость.

При температуре выше 570°С Fe₂O₃ →Fe₃O₄ →FeO→Fe

Восстановителями окислов Fe служат углерод, окись углерода и водород. Выделяют прямое восстановление – восстановление углеродом, и косвенное – газами. Прямое восстановление не только с углеродом, коксом окислами, но и с газовой фазой и состоит из двух стадий: косвенного восстановления и реакции взаимодействия CO₂ c углеродом.

MeO+CO=Me+CO₂ CO₂+C=CO

Таким образом, главное отличие прямого восстановления от косвенного это расходование углерода, а значит с развитием прямого восстановления сокращается количество углерода, достигающего фурмы. Восстановление окислов железа окисью углерода:

при температуре ниже 570°C 3Fe₂O₃+CO=2Fe₃O₄+CO₂+Q

Fe₃O₄+CO= Fe+CO₂+Q

при температуре выше 570°С 3Fe₂O₃+CO→ 2Fe₃O+CO₃+Q

Fe3O₄+CO→ 3FeO+CO₂-Q

FeO+CO →Fe+CO₂+Q

Реакции восстановления окислов железа водородом аналогичны этим химическим реакциям. При этом только реакция 3Fe₂O₃+H₂=2Fe₃O₄+H₂O является экзотермической, а остальные являются эндотермическими. Считается, что высшие окислы железа восстанавливаются до закиси железа (FeO) косвенным путем, а FeO может восстанавливаться как прямым, так и косвенным путем. В настоящее время степень прямого восстановления в печах работающая без применения природного газа или мазута составляет 40-60%, а на тех где применяются 20-40%. Степень прямого восстановления железа получается ниже у печей, работающих с пониженной температурой дутья и на более бедной шихте. Эти факторы приводят к повышению расхода кокса. В доменных печах железо восстанавливается почти полостью. Степень окисления составляет 0,99-0,998, это значит, что в шлак переходит лишь от 0,2-1% железа.