Окисление углерода при производстве стали

Внедоменные способы получения железа.

В настоящее время дом.печь как агрегат высокой производительности и весьма экономичный не имеет потенциальных конкурентов и основная масса железорудного сырья переплавляется в дом. печах.

Однако дом. производство имеет существенные недостатки:

1.Необходимость использования каменноугольного кокса

2.Использование железорудного сырья только в виде агломератов

3. Необходимость функционирования дополнительных производств по добыче коксующихся углей, получению кокса, обогащению железных руд, производство агломерата и решение ряда серьезных экологических проблем.

Поэтому ведется поиск рентабельного процесса прямого получения железа, минуя дом. печь, такая схема позволяет более полно реализовать достоинства глубокого обогащения железных руд, их очистки от серы и фосфора, что позволяет получать стали с высокой степенью чистоты по примесям цветных металлов.

Под процессами прямого получения понимают также химические или химико-термические процессы, которые позволяют получать металлическое железо в виде губки, крицы или жидкого Ме непосредственно из руды, минуя дом. печь. Такие процессы могут быть реализованы следующим образом: 1.Восстановление железа из твердых железорудных материалов за счет взаимодействия с твердыми или газообразными восстановителями по реакции Fe₂O₃+(C,CO,H₂,CH₄)→Fe+(CO,CO₂,H₂O)

2.Восстановление Fe в кипящем железистом шлаке по реакции(жидкофазное восстановление): FeО+(С,CO)→Fe+(CO,СО₂)

3. Получение карбида железа из чистых железных руд по реакциям: Fe₂O₃+H₂+CH₄→Fe₃С+H₂O

По первому способу в мире работает несколько десятков установок с общей мощностью около 30 млн.тонн железа в год(Мидрекс, ХиЛ, способ Круппа).

По второму работают 2 промышленные и несколько полупромышленных установок (РОМЕЛТ и COREX).

Третий представлен одной промышленной установкой, протекает при t-ре 600 ͦС и давлении 4 атм. Получают зерна Ме размерами 0.1-1 мм с содержанием более 90% Fe₃C.

Процесс повышения содержание железа в железорудных материалах, получил название процесса металлизации. Под степенью металлизации понимают процент железа в продукте.

По назначению металлизированные продукты делят на 3 группы: 1.Для доменной плавки (степень металлизации до 85%);

2.Для выплавки стали (степень металлизации 85-90%); 3. Для производства железного порошка (степень металлизации более 98%.

Окисление углерода при производстве стали.

Сталь получают обычно из чугуна и лома в результате окисления и удаления из расплава сод-ихся в них примесей. Поэтому особое значение в процессах производства сталей имеют р-ии окисления. Кислород для протекания данных р-ий поступает либо из атмосферы печи, сод-ей CO_2,H₂O,O₂ , или при продувке ванны кислородом, или за счет ввода окислителей – железной и марганцевой руды, окалины, агломерата. При контакте с металлами и шлаками окислительной атмосферы образуются высшие оксиды железа, обогащающие шлак кислородом, который в дальнейшем через шлак передается к металлу.

ГАЗОВАЯ ФАЗА

CO₂, O₂, H₂O

FeO+CO₂→Fe₂O₃+CO

ШЛАК

Fe₂O₃+Fe→FeO

МЕТАЛЛ

FeO→[O]+[Fe]

Окисление углерода может протекать по 2 реакциям:

1. [C]+[O]→{CO}

2. [C]+[O]→{CO₂}.

При обычных t-рах сталеварения 1550-1650 ͦ C протекает преимущественно реакция 1. А реакция 2 возможна только при низких концентрациях углерода.

Углерод, растворенный в металле, может окисляться:

1) кислородом газовой фазы:

[C]+{O₂}→{CO}+Q₁ выделение тепла

2) кислородом закиси железа:

[C]+(FeO)→{CO}+Fe-Q₂ поглощение тепла

3) кислородом, растворенным в металле:

[C]+[O]→{CO}+Q₃ – основная реакция сталеплавильного пр-ва.

Благодаря протеканию этой реакции происходит кипение сталеплавильной ванны, вызывающее перемешивание металла со шлаком, выравнивание t-ры и хим. состава, обеспечивающее удаление водорода и азота и вывод твердых неметаллов, включенных в шлак.

[C]+[O]={CO}