3. Восстановление цинка, свинца, щелочей.

В последнее десятилетие «проблема цин­ка» стала одной из наиболее актуальных в доменном производстве. 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. Особенно важным является факт увеличения объемов производ­ства оцинкованного листа, что повлекло за собой рост выхода как об­разующегося, так и оборотного цинксодержащего скрапа.

Последующая утилизация этого вида скрапа в сталеплавильном производстве обусловливает обогащение по цинку пыли, выносимой с отходящими газами: в пыли электродуговых печей, потребляющих преимущественно оцинкованный скрап, содержание цинка может со­держать 35%.

Приход цинка в доменную шихту колеблется в пределах 0,1-5,0 кг/т чугуна, причем основным его источником является агломерат (60—99%). Температура плавления цинка 693 К, кипения — 1180 К.

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 по реакции

ZnO + С = Zn_газ + СО - 238,5 кДж. (1)

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.

Наличие зон циркуляции в доменной печи обусловливает накоп­ление цинка в агрегате, рост расходов углерода на его прямое восста­новление и рост теплопотребности процесса. Так, по экспериментальным данным, на каждый килограмм цинка при его восстановлении расходуется около 10 кг кокса, что почти в 5 раз вы­ше стехиометрически необходимого по реакции.

Восстановление свинца.

Свинец поступает в доменную печь в основном с железорудной частью шихты в виде оксида. Приход свинца в ряде регионов составляет до 500 г/т чугуна. Свинец в основном восстанавливается по реакциям:

TzO + СО = Pb + СО₂ + 65,5 МДж; (1)

РЬО + Н₂ = РЬ + Н₂О + 24,3 МДж; (2)

~;О + С = РЬ + СО - 90,5 МДж. (3)

РbО начинает заметно улетучиваться при 1070 К. Полное восстанов­ление свинца из шихты достигается при температурах выше 1200 К. Содержание свинца в чугуне и шлаке может составлять до 0,09% и 0,04% соответственно. Из-за высокой плотности жидкого свинца по сравнению с чугуном и слабой его растворимости в, последнем он рас­полагается в доменной печи под слоем чугуна на лещади.

По опыту Кремиковского металлургического завода (Болгария), где проплавлялись свинецсодержащие железные руды, восстановлен­ный свинец распределяется следующим образом: выпускается через специальную летку ниже (на 3,5 м) чугунной летки 50—55%, выносит­ся газом и улавливается в газоочистке 7—8%, выходит из печи со шла­ком 18-20%, выходит из печи с чугуном - 12-15%.

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; (1)

Na₂O + С = 2Na_газ + СО - 310,6 МДж. (2)

Газообразные щелочные металлы образуют циркуляционный кон­тур по аналогии с цинком, вызывая тем самым повышение расхода уг­лерода на восстановление.

Возможно образование цианидов.

К₂СО₃ + 4С + N₂ = 2KCN + ЗСО; (1)

Na₂CO₃+4С+N₂=2NaCN+ЗСО.(2)