Теория и технология производства чугуна.

ТЕОРИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ЧУГУНА . Термодинамические основы процессов восстановления Самопроизвольный процесс образования оксидов можно представить в виде химической реакции взаимодействия металла (Ме) и кислорода (О2) (1) 1 Ме + 2 О 2 = МеО Получение металла можно выразить обратной реакцией, иначе реакцией диссоциации оксида металла: 1 (2) МеО = Ме + О 2 2 Принципиальная возможность осуществления реакции (2) может быть оценена методом термодинамического анализа с использованием уравнения изотермы химической реакции. < • Уравнение изотермы для реакции (2) : ∆G ( 2) = RT (ln POфакт − ln POравн ), 2 2 где G –изменение энергии Гиббса при реакции разложения (2); равн РО – равновесное парциальное давление кислорода при данной 2 температуре Т; эта величина определяет прочность данного оксида. Другими словами, служит мерой сродства металла к кислороду; Р факт – фактическое парциальное давление кислорода при данной О температуре Т в зоне реакции. Реакция (2) будет происходить самопроизвольно при условии ∆G ( 2 ) 〈0 равн Р т.е. если Р факт < О О 2 . Фактическое давление кислорода в условиях земной атмосферы равно 0,21 атм. (21 кПа). Равновесное содержание кислорода (уравнение реакции (2)) для абсолютного большинства металлов много меньше 0,21 атм., поэтому условие для получения металлов диссоциацией практически невыполнимо!!! 2 2 С повышением температуры равновесное парциальное давление кислорода увеличивается, а прочность оксида соответственно уменьшается. Но даже при высоких температурах для многих оксидов величина Р равн остается очень О малой величиной. • Даже для неполной диссоциации оксидов требуется довольно высокие температуры, чтобы обеспечить необходимые условия. Например, для реакции 6 Fe2O3 = 4 Fe3O4 + O2 температура начала разложения на воздухе равна 1424 0С. Только при этой температуре равновесное парциальное давление кислорода достигает 21 кПа. Для реакции 6 Mn2O3 = 4 Mn3O4 + O2 температура начала диссоциации равна 940 оС. • 2 Реакция Т, К Средние значения указанного интервала температур o , КДж/моль О2 PO , Па, 1500 К ∆G1500 166 0,17 2 2NiOT =2NiT + O2 1500–1725 2FeOT = 2Feγ + О2 1500–1650 311 1,5·10–6 2MnOT = 2Mnж + О2 1500–2000 495 5,9·10–13 SiO2т = Siж + О2 1685–1985 592 2,5·10–6 Таким образом, для получения металла из оксидов применение метода термической диссоциации невозможно даже с использованием вакуума и необходимо применять восстановление оксидов твердыми или газообразными восстановителями. • Применительно к доменному процессу восстановлением принято считать процесс отщепления кислорода от оксида с превращением последнего в элемент или оксид, содержащий меньше кислорода, чем восстанавливаемый оксид. MeO + B → Me + BO где Me – металл, образующий оксид МеО; В – восстановитель. Восстановителем может быть элемент или соединение, обладающее большим химическим сродством к кислороду, чем восстанавливаемый металл. Сродство к кислороду – прочность связи металла с кислородом. Количественно химическое сродство веществ характеризуется изменением термодинамического потенциала (изобарноизотермического потенциала). ∆G = ∆Н – Т∆S, где ∆Н – изменение теплосодержания (энтальпия), Дж/моль; ∆S – изменение энтропии, Дж/К⋅моль; Т – температура, К. Чем выше сродство элемента к кислороду, т. е. чем прочнее его оксид, тем большее значение будет иметь величина ΔG . Изменение свободной энергии реакций (∆G), кДж 924 2C a+O 840 2 =2 CaO Из диаграммы следует, что с повышением нагрева химическая прочность оксидов уменьшается. Благодаря этому создаются хорошие условия для восстановления многих оксидов, что используют в доменном производстве. При температуре 900- 1000 С оксиды расположены по мере возрастания химической прочности: Zr+O = 756 ZrO2 2 4/3Al+ O2=2/ 672 4/3B+ 3Al2O 3 2M g+O O2 =2/ 3B2 O 2 =2 Mg 3 Ti+O 2 =TiO 2 588 =2CO 2C+O2 Si+O 2Mn+ O2=2M 504 4/3Cr+ O nO 2 =SiO 2 O2=2/ 420 3Cr2O 3 4/5Hb+O 2=2/5Hb 2O5 4/5V+O 2 =2/5V 2 O5 336 2Fe+O2=2F eO 2/3W+ O2=2/3 252 WO3 2/3Mo +O2=2 /3MoO 3 168 1700 1800 1900 2000 2100 T, K Углерод практически полностью (на 99 %) восстанавливает железо и в значительно меньшей мере оксиды хрома, ванадия, кремния и титана. Не переходят из шлака в чугун (т.е не восстанавливаются) алюминий, кальций, барий, химическая прочность оксидов которых чрезмерно велика для доменной плавки. В тоже время из-за малых значений ΔG легко и полно восстанавливается медь и фосфор, ухудшающие качество чугуна, а также свинец и цинк, снижающие стойкость футеровки. Общие закономерности восстановления оксидов железа в доменной печи • Железо образует с кислородом три оксида: гематит Fe2О3 , магнетит Fe3О4 вюстит FeO. При температурах ниже 570ОС прочность FeO становится ниже прочности Fe3O4 и FeO распадается на Fe3O4 и Fe. Зависимость парциального давления кислорода от температуры Общие закономерности восстановления оксидов железа в доменной печи • Процесс восстановления оксидов железа протекает по принципу Байкова от высшего оксида к низшим через все устойчивые окисиды, характерные для данных условий: • При 570°С вюстит (FeO ) неустойчив и разлагается с образованием магнетита и металлического железа: 4FeO → Fe3О4+ Fe, поэтому восстановление железа идет по сокращенной схеме последовательных превращений: Fe2О3 → Fe3О4→ Fe. • При более высоком нагреве вюстит становится устойчивым, и в действие вступает полная схема с образованием двух промежуточных оксидов. • В условиях доменной печи восстановление происходит главным образом по первой схеме, так как восстановление магнитита начинается при температурах выше 570ОС. Восстановление оксидов железа оксидом углерода (II) Реакции восстановления оксидов железа: Реакция 1. Оксид железа (III) соединение непрочное. Реакция идет слева направо при любом содержании в газовой фазе СО и СО2 до полного израсходования одного из реагентов (возможна даже термическая диссоциация). Реакции 2 и 3. Окcид Fe3O4 более прочный. Для его восстановления необходим избыток окиси углерода в газовой фазе. В противном случае углекислота окисляет FeO до Fe3O4. Для протекания реакций отношение СО2:СО не должно быть больше определенных значений. Реакция 4. FeO является самым прочным оксидом железа. Для протекания прямой реакции необходим еще больший избыток СО и меньшее отношение СО2:СО в газовой фазе. На диаграмме приведены равновесные составы газовой фазы с оксидами железа и железом при разных температурах Диаграмма (Fe-O-C) Выводы по диаграмме: • Для восстановления гематита достаточно невысокое содержание газа восстановителя; • Восстановление FeO возможно лишь при высокой концентрации CO в газовой фазе. Причем с повышением температуры величина необходимого избытка восстановителя увеличивается; • Газ, который не может быть использован для восстановления FeO, используется для восстановления Fe3O4 до FeO. Однако восстановительные процессы в доменной печи не достигают рассмотренных равновесных состояний. Это обусловлено: -непродолжительным временем пребывания газа в печи; -протеканием реакции взаимодействия углерода кокса и диоксида углерода кокса. • Реакция распада монооксида углерода газификации углерода кокса, получившая название «реакция Белла – Будуара» в честь ее исследователей, описывается уравнением: СО,% 100 2СО→СО 2 +С 80 60 СО 2 +С→2СО 40 400 600 800 1000 Равновесный состав газовой фазы c углеродом, диаграмма (С-СО-СО2) • Совмещение диаграмм, описывающих термодинамические условия равновесия в системах Fе– О–С и С–СО–СО2 позволяет сделать следующие выводы: 1. Состав газа левой области препятствует течению восстановительного процесса, состав правой области способствует. 2. Из-за низких скоростей протекания реакции в левой области диаграммы, она не оказывает значительного влияния на восстановительный процесс. Все количество двуокиси углерода, которое образуется в результате рассмотренных реакций, при умеренных температурах (до 700…1000 ОС) ни с чем не взаимодействует и уносится газами из печи. 3. Реакция оказывает существенное влияние на восстановительный процесс в правой области диаграммы. При температурах 900-1200 ОС весь углекислый газ , образующийся в результате восстановления железа, полностью расходуется по этой реакции. Восстановление оксидов железа углеродом Восстановление оксидов железа углеродом описывается уравнениями: • 3Fе2O3 + С → 2Fе3O4 + СО – 110,113 МД • Fе3O4 + С → 3FеO + СО – 194,393 МДж; • FеO + С → Fе + СО – 152,190 МДж; В нормально работающей печи прямым путем восстанавливается лишь часть FеО. Восстановление Fе2O3, Fе3O4 и части FеО успевает завершиться непрямым путем за время опускания шихты от колошника до зон с температурами 950 – 1000 °С, где развивается прямое восстановление. Лишь при неровном ходе печи, особенно при обрывах шихты, когда в нижнюю часть печи поступают недостаточно подготовленные железорудные материалы, содержащие Fе2O3 и Fе3O4, происходит восстановление прямым путем высших оксидов железа. Понятие прямого и косвенного восстановления Так как реакции косвенного и прямого восстановления имеют разные температурные интервалы, доменную печь можно разделить на две зоны: Низкотемпературная зона, зона косвенного восстановления 900…1000 С Высокотемпературная зона, зона прямого восстановления - верхнюю (низкотемпературную), где протекают процессы косвенного восстановления (все реакции идут с незначительным “+” или “-“ тепловым эффектом, то есть с незначительными затратами или выделением тепла, поэтому восстановление по этим реакциям начинается при температурах 250…400 oC) - нижнюю (высокотемпературную). Здесь преимущественно протекают процессы прямого восстановления. • Реакции косвенного восстановления идут с выделением тепла, но требуют избыточного количества восстановителя. Тепло, выделившееся при сжигании требуемого количества углерода, не может быть полностью использовано в печи и приводит к созданию области высоких температур в нижней зоне печи. • Реакция прямого восстановления идет с существенными затратами тепла. Кроме того, в процессе прямого восстановления непосредственно расходуется углерод кокса. При прямом восстановлении образуется окись углерода, которая может быть использована для процессов косвенного восстановления. По указанным причинам выплавка чугуна при большем развитии прямого восстановления сопряжена с большим удельным расходом кокса!!!!! Соотношение между прямым и косвенным восстановлением должно быть таким, чтобы выделившегося при сгорании углерода тепла было достаточно, но без избытка, для покрытия всех тепловых потребностей процесса. Образовавшегося при этом монооксида углерода должно быть достаточно, но без избытка, для протекания косвенного восстановления. При этом мы будем иметь минимальный расход кокса. Показатели прямого и косвенного восстановления железа Степень прямого восстановления rd - отношение количества железа восстановленного прямым путем ко всему восстановленному железу: чем больше индекс косвенного восстановления, тем меньше степень прямого восстановления, и тем лучше показатели работы печи. Степень прямого восстановления в современных доменных печах составляет от 0,35-0,5 долей единиц. Степень развития реакции косвенного восстановления определяется двумя факторами: • Реакционной способностью кокса - способностью углерода кокса взаимодействовать с углекислым газом. Чем меньше реакционная способность кокса, тем при более высоких температурах начинается реакция прямого восстановления, а это приводит к увеличению области косвенного восстановления железа. • Восстановимостью железорудных материалов - способностью оксидов железа отдавать кислород восстановителю. Чем выше восстановимость рудных материалов, тем быстрее и, следовательно, полнее протекают процессы косвенного восстановления. Рудные материалы в процессе опускания проходят в начале зону косвенного восстановления, а затем прямого. Поэтому, чем выше восстановимость руд, тем большая часть кислорода будет отнята от окислов железа в зоне косвенного восстановления и меньшая в зоне прямого. Восстановление оксидов железа водородом Реакции восстановления оксидов железа водородом подобны реакциям восстановления оксидом углерода: • При температуре 810 С оксид углерода и водород обладают одинаковым сродством к кислороду, т.е. одинакова их восстановительная способность. • При температурах ниже 810 С водород, как восстановитель, слабее монооксида углерода (для протекания восстановительного процесса при одних и тех же температурах доля водорода в газовой фазе должна быть выше, чем доля монооксида углерода). • При температурах выше 810 С водород становится более сильным восстановителем. Водород восстанавливает окислы железа быстрее, чем монооксид углерода. • Пары воды, образующиеся при восстановлении, реагируют с монооксидом углерода с образованием водорода, который может вновь принять участие в восстановлении: • Водород существенно ускоряет процесс косвенного восстановления !!!!!!!! Восстановление других элементов • Марганец . MnО2  Mn2О3  Mn3О4  MnО. Высшие оксиды марганца непрочны и восстанавливаются при невысоких температурах в верхней части печи монооксидом углерода. • (MnO) является очень прочным оксидом и может восстанавливаться только при высоких температурах твердым углеродом по реакции MnО + C=Mn+CO - Q. • Реакция восстановления экзотермическая, восстановлению марганца способствуют более высокие температуры, т.е. повышенный расход топлива. • Степень восстановления марганца (или иначе, переход его в чугун) при выплавке передельных чугунов составляет 40-60%. При выплавке литейных чугунов, когда температура в печи выше, эта величина поднимается до 70%. • Кремний находится в пустой породе руды и в золе кокса в виде свободного кремнезема SiO2. Восстановление кремния происходит по реакции SiO2 + 2C = Si + 2CO – Q. • Диоксид кремния может восстанавливаться только при высоких температурах (выше 1350 С) в нижней части печи. Так как реакция восстановления кремния эндотермическая, то чем выше температура, тем выше скорость реакции, т.е. количество восстановленного кремния в единицу времени. Следовательно, при высоких температурах в печи содержание кремния в чугуне будет выше (содержание кремния в чугуне используется доменщиками как важнейший показатель нагрева печи). • Степень восстановления кремния в доменных печах при выплавке передельных чугунов составляет всего 3…8%. При выплавке литейных чугунов температуры в печи создаются более высокими и степень восстановления кремния поднимается до 15…25%. • Фосфор - в доменные печи попадает, главным образом, с рудными материалами в виде ортофосфата кальция Ca3(PO4)2 и подобных ему соединений. • Восстановление фосфора возможно только при высоких температурах в области прямого восстановления. В доменной печи фосфор полностью восстанавливается и переходит в чугун. Ca3(PO4)2 +3SiO2+5C=2P+3CaSiO3+5CO • Таким образом, учитывая, что фосфор полностью переходит в чугун, единственным средством борьбы с фосфором при производстве чугуна является использование чистых по фосфору шихтовых материалов. • Сера - особенно вредна . Наибольшее количество серы вносит кокс , органическая сера (65 % и более, а в ряде случаев - 90 %.) • Остальная сера - это сера, входящая в состав золы кокса, является сульфидной серой, связанной с железом в FeS. • Органическая сера кокса доходит до фурм и вместе с углеродом сгорает по реакции S+O2=SO2. • Поднимаясь с газами в заплечиках и распаре печи сернистый газ взаимодействует с и углеродом с образованием сульфидов железа и кальция по реакциям: • Сера будет находиться либо в виде FeS , хорошо растворимом в чугуне, либо в виде CaS , растворимом в шлаке и не растворимом в чугуне. Для получения чистого по сере металла необходимо перевести в шлак: [FeS]+(CaO)=(CaS)+FeO-Q1. FeO+C=[Fe]+CO-Q2, [FeS]+(CaO)+С=(CaS)шл+FeO-Q3. Процесс десульфурации протекает на границе раздела «металл-шлак». Наиболее благоприятные условия для его развития в горне печи, когда капли чугуна проходят через слой шлака. Для снижения содержания серы в чугуне [S] надо увеличивать концентрацию (CaO) в шлаке и уменьшать величины (CaS) и (FeO). • Никель, медь, кобальт полностью переходят в чугун, и их содержание в чугуне зависит от количества этих металлов в шихте. • Хром, ванадий титан в доменных печах восстанавливаются и переходят в чугун частично (Cr на 80-90%, V - 70-90%, Ti - 3-5%), а не восстановленная часть их окислов переходит в шлак. • Цинк, полностью восстанавливается, испаряется и, попадая с газами в верхнюю часть печи и в газоотводы, конденсируется на восстановленном железе. Это явление затрудняет косвенное восстановление оксидов железа, что ведет к перерасходу кокса. Опускаясь вместе с рудными материалами, цинк снова испаряется. В доменной печи цинк накапливается и образует зону циркуляции. Часть цинка в виде мелких частиц цинкита газами проникает в поры и трещины огнеупорной кладки и там конденсируется, а также уносится из печи газами и осаждается в системе газоочистки. • Восстановленный свинец быстро стекает в горн и, поскольку он более плотный и не растворяется в чугуне, то скапливается на лещади печи самостоятельным слоем. Будучи сильно перегретым, он, имея малую вязкость и высокую плотность, легко проникает в поры и швы огнеупорной кладки и разрушает ее. Образование чугуна • Восстановление железа начинается при 400-500 С и заканчивается при 1300-1400 С (в распаре печи). При этих температурах железо (Тпл = 1539 С) находится в твердом состоянии в виде пористой губчатой массы. По мере опускания материалов в доменной печи, их восстановления и дальнейшего нагрева, губчатое железо растворяет в себе углерод в возрастающем количестве.. При этом температура его плавления (согласно диаграмме состояния системы железо-углерод) снижается, металл плавится и в виде капель стекает в горн. • При температурах около 1000 - 1150 оС происходит интенсивное науглероживание железа по реакции: 3Fe + 2CO = Fe3C + CO2+ Q. При содержании углерода в железе 4,3 % и температуре 1130 оС образуется эвтектика* и первые капли жидкого чугуна стекают по губчатому железу и коксу. В процессе стекания в чугун переходят восстанавливающиеся фосфор, марганец, кремний, сера и другие элементы. При этом количество чугуна возрастает. ктика (от греч. eutektos — легкоплавящийся) — состав смеси двух и более компонентов, плавящийся при минимальной температуре. В фурменной зоне в верхней части горна, где происходит горение топлива и присутствует кислород дутья, чугун окисляется. Окисляются примеси (кремний, марганец, фосфор) и частично железо: Si + O 2 = SiO 2 + Q1 , Mn + 0,5O = MnO + Q ,  2 2  2P + 2,5O 2 = P2 O 5 + Q 3 , Fe + 0,5O 2 = FeO + Q 4 . Окислившиеся элементы переходят в шлак. При этом и чугун, и шлак разогреваются за счет высоких температур в зоне горения и за счет тепловых эффектов реакций окисления. • Пройдя окислительную часть фурменной зоны капли чугуна и шлака вновь попадают в восстановительную атмосферу и при стекании их по раскаленным кускам кокса окислившиеся элементы быстро восстанавливаются по реакциям прямого восстановления. • Когда капли чугуна проходят чрез слой шлака в горне печи ниже воздушных фурм, из него удаляется сера. Шлакообразование • Шлак – это оксидная система, которая является продуктом плавления пустой породы рудного материала, флюса и золы кокса. Процесс шлакообразования начинается с твердофазного минералообразования. • При нагревании многофазных систем еще в твердой фазе могут образоваться химические соединения, температура плавления которых ниже, чем температура плавления составляющих их оксидов. Образование химических соединений сопровождается выделением тепла, называемым тепловым эффектом шлакообразования. В основе этих химических соединений находятся FeO-SiO2-CaO-Al2O3-MnO. При нагревании до 800…1200ОС, эти химические соединения могут образовывать жидкую фазу, в то время как весь материал еще находится в твердом виде. В результате этого происходит спекание, то есть физическое слипание частиц оксидов. Это приводит к уменьшению пористости рудных материалов (за счет зарастания пор), пропитка пор расплавом, образование манжет из расплава и обволакивание рудных кусков расплавом. • Повышение температуры приводит к размягчению рудных материалов. Размягчившееся вещество переходит в текучее, подвижное состояние, т.е. образуется жидкий шлак, который внедряется между кусками кокса и препятствует движению газов, что приводит к замедлению восстановительных процессов. • В зависимости от интенсивности протекания размягчение может быть быстрым или проходить на большом участке по высоте печи и в большом температурном интервале. 10 9 Температура начала (tнр), конца размягчения (tкр) и интервал размягчения (Δt). 1 – печь Таммана; 2 – графитовый нагреватель; 3 – подставка; 4 – алундовый тигель; 5 – образец; 6 – термопара; 7 – потенциометр; 8 – стержень силитовый; 9 – индикатор, фиксирующий; 10 – груз; 11 – рычаг. 11 8 4 7 6 5 1 3 2 • Чем шире температурный интервал размягчения, тем большую часть печи по высоте занимает вязкая непроницаемая для газов масса, заполняющая пустоты между кусками кокса. Это затрудняет движение газа вверх и распределение их по сечению печи. • Поэтому интервал размягчения должен быть как можно более узким!!!! 1600 Температура, К 1500 1400 1300 1200 1100 1000 1 2 3 Участки руд 4 5 Температурные интервалы размягчения руд Температурный интервал шлакообразования определяется температурой начала размягчения руды и температурой полного расплавления шлака. В печи образуются первичные, промежуточные и конечные шлаки. Первичный шлак - это первый подвижный расплав, образующийся в печи на поверхности или внутри кусков размягченного рудного материала, при расплавлении наиболее легкоплавких химических соединений или смесей эвтектического состава. Основной особенностью первичного шлака является наличие в нем высокого содержания FeO, высокая основность, малое количество. Температура ликвидуса первичного шлака -1200 С. На графике видно, влияние содержания FeO на снижение температуры ликвидуса первичной шлака. • При нагреве и восстановлении FeO из первичного шлака образуется промежуточный шлак. Содержание FeO уменьшается до 0,5 %. В горне печи образуется конечный шлак. В промежуточный шлак переходит основная масса золы кокса, сгорающего у фурм, при этом основность шлака снижается. Здесь же (в горне печи) при взаимодействии со шлаком капелек проходящего через него чугуна окончательно переходит в шлак сера. Снижается содержание оксидов марганца и кремния за счет их восстановления и перехода элементов в чугун Конечная температура плавления шлака будет где-то около 1300 С Свойства доменного шлака • Шлак в основном состоит из окислов SiO2, Al2O3, CaO. Поэтому о свойствах доменных шлаков судят по содержанию этих оксидов и многокомпонентный шлак принимают состоящим из этих 3-х оксидов. Для 3-х компонентных систем созданы тройные диаграммы, характеризующие зависимость некоторых свойств системы от ее состава. Основными физико-химическими свойствами доменного шлака являются: 1. Температура расплавления шлака 2. Вязкость 3. Сульфидная емкость. Температура расплавления шлака - температура, при которой шлак начинает вытекать из слоя кокса. Температура расплавления шлака определяет температурный интервал плавления шихтовых материалов, величину зоны вязкопластичного состояния. • Верхняя граница зоны вязко-пластичного состояния определяется температурой начала размягчения железорудных материалов и зависит от их химического состава. • Нижней границей зоны можно управлять, влияя на температуру расплавления шлака, меня его химический состав посредством добавления флюсующих добавок. • Вязкость шлака. Вязкость характеризуют подвижность шлака при данной температуре. • Вязкость шлака определяет газодинамику доменной печи (т.е. характер движения газов). Вязкие шлаки ухудшают газодинамику в печи. • Вязкость (динамическая) обусловлена внутренним трением, возникающим между отдельными слоями жидкости, перемещающимися с разными скоростями. Реальные доменные шлаки имеют вязкость 5-7 пуаз (0,5 н⋅сек/м2). • Вязкость шлака зависит от его состава и определяется температурой. Данные зависимости характеризуются политермами вязкости. Кривая 1 соответствует более кислому шлаку. Шлаки первого типа, изменяющие вязкость в широком интервале температур, называют длинными шлакам, а второго типа, резко изменяющие вязкость при незначительном изменении температур – короткими. Длинные шлаки – являются устойчивыми по вязкости, а короткие – неустойчивыми Горение топлива Функции твердого топлива в доменной печи: -- химическая (восстановитель), тепловая, физическая (от горения топлива на горизонте фурм зависит скорость опускания материалов). Горение протекает при большом избытке топлива (углерода) и недостатке кислорода. 1.C + O 2 = CO 2 + 33,5 МДж / кг 2.CO 2 + C = 2CO − 165,797 МДж / кг Таким образом, горение в доменной печи можно представить как суммарный процесс протекания реакций: C + O2 = CO2 + 400,928 МДж /мол СО2 + С = 2СО − 165,797 МДж /мо 2С + О2 = 2СО + 253,131 МДж /мол Характер горения топлива в доменной печи определяет следующие его особенности: 1.Конечным продуктом горения в доменных печах всегда является оксид углерода . Состав горнового газа: (35)% СО и остальное (65)% − N2. 2. Горение протекает в ограниченном пространстве, называемом зоной горения, окислительной зоной, очагом горения, фурменным очагом. Зона горения состоит из двух частей: окислительной (1) и восстановительной (2). В окислительной части в газе при вдувании в печь сухого воздуха содержатся: O 2 , N 2 , CO 2 В восстановительной: CO 2 , N 2 , CO За пределами зоны горения в газе содержатся только CO и N 2 3. Количество выгоревшего кокса пропорционально количеству подаваемого в печь дутья: 2С + O 2 + 3,762 N 2 = 2СO + 3,762 N 2 . Таким образом, чем больше дутья вдувается в доменную печь в единицу времени, тем больше в ней можно сжечь топлива и получить больше чугуна. Изменение расхода дутья является средством целенаправленного изменения производительности печи!!!!!! Дальнейшее изменение состава горнового газа (за пределами фурменного очага) связано с протекающими процессами прямого восстановления. Продуктом прямого восстановления является моноокид углерода. FeO+C=Fe+CO. Поэтому по направлению к оси содержание СО в газе возрастает. 4. Вдуваемый в печь воздух всегда содержит какое-то количество паров воды. Пары воды взаимодействует с углеродом кокса: H 2O + C = H 2 + CO − 6950 кДж / кг H 2O. 5. При вдувании в доменную печь природного газа, основной составляющей которого является метан, природный газ сгорает. Горение происходит на участке, где образуется СО2: CH 4 + 2O2 = CO2 + 2 H 2 O + 36100 кДж/м 3 .