double arrow

Поведение щелочных металлов в доменной печи

R2O = Na2O + K2O Температура: 800-900 градусов.

2ROH + CO2 = R2CO3 + H2O

R2CO3 = R2O + CO2

R2O + N2 + 3C = 2RCN + CO

2RCN + 6Fe2O3 = 4Fe3O4 + N2 + CO + R2O

8RCN + 3Fe3O4 = 9Fe + 4N2 + 8CO +4R2O

Заметное количество щелочей стало поступать в ДП с железорудными окатышами, так как окислы Na и K входят в состав связующего (бентонит и сильвенит). Наличие цианидов, обнаруженных в колошниковых газах, ~0,01-0,02 г на куб. м. Основная часть выходит в верхний горизонт печи. Щелочи в основном связаны в алюмосиликаты.

Температура плавления металлических Na и K — соответственно 98 °С и 64 °С, температура кипения — 883 °С и 760 °С. Большинство их соединений также имеют невысокие температуры плавления (силикат Na — 1134 °С, силикат K — 976 °С), и это способствует получению легкоплавких и подвижных шлаков, но при температурах порядка 1300 °С оксиды щелочей из жидкого шлака возгоняются, выносятся c газом в верхние горизонты; небольшая часть покидает ДП, основное же количество оседает на кусках шихты, вновь образуя алюмосиликаты и создавая контур циркуляции. Циркулирующие щелочи неизбежно вступают в контакт с кладкой печи, что приводит к ее разрушению.

Щелочи — катализаторы многих ОВР; с одной стороны, это способствует быстрому восстановлению железа и других Ме, с другой, приводит к увеличению реакционной способности кокса, то есть разъеданию коксовой насадки, снижению ее прочности и, в целом, к перерасходу кокса.

Таким образом, влияние щелочей на доменный процесс неоднозначно. Положительные моменты:

1) улучшение шлакового режима;

2) ускорение процессов восстановления.

Негативные моменты:

1) повышение износа футеровки;

2) снижение горячей прочности кокса.

Большинство доменщиков придерживается мнения, что щелочь — примесь нежелательная.

11. Поведение серы в доменном процессе: источники её поступления, основные реакции, распределение серы между продуктами плавки. Коэффициент распределения серы.

Из ЖРС подавляющее количество серы удаляется в процессах окускования. Поэтому они содержат обычно не более 0,1% S (и даже меньше, да). Ну, например:

— агломерат ВГОК: S = 0,02%;

— окатыши КГОК: S = 0,006%.

Остаточная сера в агломерате связана в сульфиды железа и кальция, а также в сульфаты кальция. В окатышах S, в основном, находится в виде сульфата кальция.

Некоторое количество серы может поступать с добавками, сталеплавильными шлаками, металлом и т. п. В известняке содержание S не превышает 0,04%. Сера может вноситься и с топливными добавками комбинированного дутья — мазутом, ПУТ.

Основной источник поступления серы — кокс (0,4-2% S). Доля серы кокса = 70-90% от ее общего прихода в печь.

Сера в коксе и в ПУТ находится в двух видах. Во-первых, входящая в горячую углеродную массу, т. н. органическая сера (70%). Во-вторых, остальная часть серы (30%, логично) где-то в золе и считается, что связана с железом — FeS.

Температура плавления свободной серы — 113 °С, кипения — 445 °С. Но органическая сера кокса связана в соединения и потому в основной массе доходит до фурм. По мере продвижения шихты от колошника к горну кокс теряет только 20-40% серы, которая взаимодействует с водородом и водяными парами с образованием сероводорода:

H2 + S = H2S

H2O + S + CO = H2S + CO2

Часть образующегося сероводорода покидает печь с газами, но большее его количество (как и выделяющаяся свободная сера) поглощается шихтой.

FeO + H2S = FeS + H2O

Fe3O4 + 3S + 4CO = 3FeS + 4CO2

Поэтому улетучивание серы с газами не превышает 10% (в среднем — 5%).

Основная часть серы газифицируется в горне при взаимодействии с кислородом дутья и окислов:

S + O2 = SO2

2FeS + 3O2 = 2SO2 + 2FeO

Образующийся сернистый газ также поглощается раскаленными материалами: Fe + SO2 + 2C = FeS + 2CO FeO + SO2 + 3C = FeS + 3CO CaO + SO2 + 3C = CaS + 3CO

Сера в восстановительной атмосфере образует с металлами (в том числе и с Fe) сульфиды, которые распределяются между чугуном и шлаком, а часть серы в виде H2S уносится с газом.

Сульфаты разлагаются и переходят в шлак. Поэтому сера, вносимая ими, называется безвредной. Но при 500-1200 °С возможна вот такая внезапная реакция:

CaSO4 + 4Fe = CaO + 3FeO + FeS

Таким образом, сера в доменной печи — surprise! — циркулирует подобно цинку и щелочам.

Сульфид железа хорошо растворяется в чугуне. Да и вообще, предел растворимости серы в чугуне составляет 0,9% в диапазоне 1000-1500 °С.

[S] = Son)-(1-X) / 1 + LsU

S(m) — масса серы, поступившей в печь; X — степень улетучивания серы; Ls — коэффициент распределения серы; U — выход шлака.

Ls = (S) / [S]

(S) — содержание серы в шлаке; [S] — содержание серы в чугуне.

Содержание серы в чугуне будет тем меньше: 1) чем меньше ее вносится в печь; 2) чем больше коэффициент распределения S между шлаком и чугуном; 3) чем больше выход шлака.

Условия для максимального удаления серы из чугуна:

1) сокращение расхода кокса;

2) повышение температуры в горне;

3) оптимальная (?) основность шлака;

4) высокая серопоглотительная способность Ls;

5) повышение выхода шлака.

В реальных условиях (IRL) в чугун переходит не более 5% серы от ее поступления, 90% — в шлак, и еще 5% — уходит с газом.


Сейчас читают про: