double arrow

Поведение P, Ni, Cu, As в доменной плавке

Общая характеристика поведения сопутствующих элементов в доменной плавке.

Сравнение прямого и косвенного восстановления. Индексы их характеризующие

Характеристика восстановителей в доменной плавке. Диаграмма равновесия газовых смесей.

Реакции восстановления окислов железа в доменной печи.

Поведение сопутствующих элементов в доменной плавке характеризуется сродством к кислороду или местом, которое занимает элемент в ряду напряжений относительно железа.

Задача восстановительных процессов заключается в наиболее полном превращении оксидов до получения металла, поэтому завершающая реакция восстановления осуществляется на ступени от низшего оксида к металлу с нулевой степенью окисленности. Достижение конечной цели соответствует преодолению упругости диссоциации МеО. Прочность химической связи различных металлов с кислородом на этой ступени имеет совершенно различные значения; по величине силы связи или ее обратного значения (упругости диссоциации) можно разделить металлы на легко-, средне- и трудновосстановимые.

Легковосстановимые элементы — в условиях доменного процесса сродство к кислороду меньше, а упругость диссоциации низшего оксида больше, чем у FeO (серебро, медь, кобальт, никель, вольфрам).

Средневосстановимые элементы — свинец, железо, цинк.

Трудновосстановимые элементы — в условиях доменного процесса сродство к кислороду больше, а упругость диссоциации низшего оксида меньше, чем у FeO (марганец, ванадий, титан).

Возрастание прочности связи Ме-О: Ag2O, CuO, NiO, PbO, FeO, ZnO, MnO, CrO, VO, SiO, TiO.

P, Ni, Cu, As полностью восстанавливаются и входят в состав чугуна с образованием раствора, карбида или соединения с железом.

Восстановление фосфора. Известны 3 оксида P в конденсированном состоянии: P2O3, P2O5, PO2; и также 11 газообразных оксидов различной степени окисленности. Фосфор в шихтовых материалах представлен в виде P2O5, и он соединяется с окислами железа или с известью: (Fe3O4)2, (Ca3O4)2. Поэтому восстановление фосфора в доменной печи происходит из соединений солей и — реже — из свободного P2O5.

6FePO4 + 3CO(H2) = 2Fe3(PO4)2 + P2O5 + 3CO2(H2O)

Восстановление идет при температуре около 1000 градусов.

2Fe3(PO4)2 + 16CO = 16CO2 + 3[Fe2P] + [P]

При восстановлении фосфора разрушается кристаллическая решетка фосфатов, поэтому восстанавливается и железо, и фосфор.

Фосфит железа и фосфор растворяются в металле.

Восстановление фосфата кальция начинается при температуре 1300 градусов: Cas(PO4)2 + 5C = 3CaO + 5CO + 2[P] — 1594

Фосфат кальция находится рядом с железом, поглощаемым фосфор; реакция снижается в присутствии железа и кремнезема (SiO2).

Практически полное восстановление P из P2O5 и переход его в чугун объясняется не столько небольшим сродством к кислороду, сколько тем, что он хорошо растворяется в железе с образованием фосфида.

Фосфор имеет температуру кипения менее 300 градусов; некоторая часть восстановленного фосфора может некоторое время находиться в виде паров, но эти пары, поднимаясь вверх с газами, поглощаются железом.

Ранее было принято считать, что весь фосфор полностью переходит в чугун, но новейшие исследования определили, что все-такие некоторая часть фосфора покидает доменную печь со шлаком и газом; в реальных условиях в чугун переходит 90-93% от всего фосфора.

Восстановление никеля. Никель — это милая и полезная примесь. Никель не ухудшает качество чугуна, не затрудняет ведение плавки, полностью переходит в чугун и из чугуна в сталь, повышает физико-механические свойства стали, ее свариваемость и коррозионную стойкость.

Окислы никеля непрочные и в доменной печи восстанавливаются легко. Восстановление начинается при 200-300 градусах по реакциям:

NiO + CO = Ni + CO2

NiO + H2 = Ni + H2O

До 10% никеля может теряться с колошниковым газом.

Такие элементы, как медь (способствует графитизации чугуна, постоянная примесь) и мышьяк (вредная примесь, влияет на качество стали), подобно железу, почти целиком восстанавливаются в печи и переходят в чугун (см. тетрадь).


Сейчас читают про: