title-icon
Яндекс.Метрика
» » Разложение углекислых солей

Разложение углекислых солей

Из углекислых солей чаще всего в шихту доменных печей входит известняк, в некоторых случаях доломит (CaCO*MgCO3) и, наконец, иногда углекислые соединения железа и марганца (FeCO3; MnCO3).
При нагревании все эти углекислые соли способны распадаться на окисел металла и углекислоту по реакции, которая в общем виде может быть изображена следующим образом:
M CO3 —> MO + CO2 — Q,

где M — может означать Ca, Mg, Fe, Mn.
Эта реакция является обратимой, ход ее зависит от парциального давления углекислоты в том пространстве, где находится углекислая соль, и от температуры. Если парциальное давление углекислоты в этом пространстве ниже упругости диссоциации данной углекислой соли, то будет происходить распад ее с выделением углекислоты; если же парциальное давление углекислоты выше упругости диссоциации, распада углекислой соли не произойдет, наоборот, при наличии соответствующих окислов (СаО, MgO, FeO, MnO) углекислота будет взаимодействовать с окислом, образуя углекислую соль. При низких температурах упругость диссоциации углекислых солей ничтожно мала, вследствие чего распад углекислых солей происходить не может. С повышением температуры упругость диссоциации растет и при достижении известного предела (различного для каждой из вышеперечисленных углекислых солей) достигает заметной величины, равной парциальному давлению углекислоты в доменной печи. Эта температура и является температурой начала разложения углекислой соли в условиях доменной печи.
На рис. 41 представлена кривая изменения упругости диссоциации CaCO3 в зависимости от температуры, а на рис. 42 — кривые, характеризующие условия разложения CaCO3 в доменной печи.

Кривая I (рис. 42) отражает изменение парциального давления углекислоты по высоте доменной печи (т. е. в зависимости от температуры). Парциальное давление углекислоты в доменной печи падает по мере перехода от верхних горизонтов к более низким, т. е. по мере повышения температуры. Кривая II отражает изменение упругости диссоциации известняка в зависимости от температуры; с повышением температуры упругость диссоциации повышается сначала медленно, а затем быстро. В точке А упругость диссоциации известняка становится равной парциальному давлению углекислоты в доменной печи. При этих условиях становится возможным разложение известняка.
Процесс разложения заметно ускоряется при температуре, соответствующей точке Б, в которой пересекаются кривая II с кривой III, примерно характеризующей изменение общего давления газов по высоте доменной печи.
Значительное ускорение разложения известняка выше этой температуры объясняется тем, что до ее достижения удаление углекислого газа из массы разлагаемого известняка совершается только за счет диффузии, вызываемой разностью концентраций углекислоты внутри кусков известняка на его поверхности и в объеме печи. При температуре выше точки пересечения Б углекислота будет механически выталкиваться из массы разлагаемого известняка, так как внутри куска давление выше, чем на его поверхности. В этом и заключается суть химического кипения.
По данным А.А. Байкова и А.С. Тумарева, упругость диссоциации, равная 1 ата. достигается при следующих температурах: CaCO3 — 910—915° С; CaCO3*MgCO3 — 735—905° С; MgCO3 — 640—660° С; MnCO3 — 560° С; FeCO3*MgCO3 — 520—550° С; FeCO3 — 380—400° С.
На графике рис. 42 температура химического кипения равна ~ 1000°С, т. е. выше, чем полученная А.А. Байковым и А.С. Tyмаревым; это объясняется тем, что давление газов в доменной печи значительно выше атмосферного.
Кроме температуры, скорость разложения известняка в значительной степени зависит от величины кусков известняка, подвергающегося разложению.

Рис. 43 характеризует зависимость скорости разложения известняка от температуры и размера кусков. Кривые показывают, что увеличение размеров кусков известняка существенно замедляет скорость его разложения. Окончание разложения известняка в доменных печах должно происходить при температурах, существенно превышающих 1000°С, когда реакция СО2+С=2СО—Q идет с большой скоростью. Этому способствует высокая температура химического кипения известняка в доменной печи, а также и то обстоятельство, что известняк обычно поступает в Доменную печь в крупных кусках (100 мм, а иногда и более).
Однако следует иметь в виду еще один фактор, способствующий ускорению разложения известняка. В доменной печи разложение известняка, как и все остальные процессы, протекает в потоке газов, имеющем сравнительно большую скорость. Разложение в потоке газов протекает быстрее, чем при отсутствии его, причем скорость разложения возрастает с увеличением скорости газов.

На рис. 44 приводятся экспериментальные данные А.П. Любана и В.Г. Манчинского относительно влияния скорости потока газов (N2) на скорость разложения зерен известняка размером 1,5—2 мм при 800° С. Опыт № 5 (кривая 5) был произведен так, что в первые 30 мин. разложение известняка происходило без пропускания азота, при этом разложение известняка Протекало весьма медленно. После этого через слой известняка в течение 10 мин. пропускался азот; скорость разложения значительно возросла (наклонный участок кривой 5), затем пропускание азота было прекращено и снова разложение почти прекратилось.
Из данных рис. 44 следует, что возрастание скорости разложения известняка с увеличением скорости газов (кривые 1 и 2) совершается до определенной скорости газов, после достижения которой скорость разложения остается неизменной (при скорости азота 7,7 см/сек и 9,7 см/сек скорости разложения известняка практически одинаковы — кривые 3 и 4). He останавливаясь на объяснении причин увеличения скорости разложения известняка в потоке, отметим, что это явление должно способствовать снижению той конечной температуры, при которой в доменной печи заканчивается разложение известняка.
Опытные данные о количестве углекислоты флюса, подвергающейся разложению углеродом в доменной печи, отсутствуют. Учитывая данные о влиянии крупности известняка на скорость его разложения и размеры его кусков, когда он на практике загружается в доменные печи, следует считать, что значительная часть СО2 флюса разлагается по реакции CO2 + С = 2СО.
Разложение углекислых солей железа и марганца отличается от разложения CaCO3 и MgCO3 не только более высокой упругостью диссоциации, но и тем, что образующаяся в этом случае закись железа или закись марганца частично окисляется за счет углекислоты до Fe3O4 или Mn3O4.

title-icon Подобные новости