title-icon
Яндекс.Метрика
» » Восстановление железа из кремнекислых соединений

Восстановление железа из кремнекислых соединений

Кремнекислые соединения железа вносятся в шихту доменной печи сварочным шлаком и некоторыми сортами руд (например, 20 класс криворожской руды и др.), а также агломератом. В основном эти кремнекислые соединения близки по своему химическому составу к так называемому однокремнеземику Fe2SiO4, или файялиту.
Лабораторные исследования показали, что кремнекислые соединения железа, входящие в состав сварочного шлака, способны восстанавливаться окисью углерода, однако восстановление начинается при высоких температурах, идет очень медленно и степень восстановления не превышает 50%.
По экспериментальным данным, равновесная газовая фаза для реакции Fe2SiO4 + 2СО = 2Fe + SiO2 + 2СО2 при 900° С составляет 86% CO и 14% CO2.
Опыты восстановления сварочного шлака водородом показали возможность полного его восстановления, но при высоких температурах и длительных выдержках (не менее 2 час. при 1500° С).
Восстановимость мартеновских основных шлаков, которые могут в некоторых случаях содержать небольшое количество файялита, была изучена А.И. Солдаткиным в лаборатории Ленинградского Политехнического института.
Были исследованы мартеновские шлаки Магнитогорского и Сталинского (Донбасс) заводов; шлаки имели различный химический состав (табл. 21).

Оба шлака в кусках 25—30 мм. Шлаки очень трудно восстанавливались за счет чистой окиси углерода; так, при 1250° С и выдержке 1 час степень восстановления не превышала 6—7%; степень восстановления мартеновского шлака в порошке при тех же условиях составляла около 50%.
Из сказанного следует, что в условиях доменной печи, куда мартеновский и сварочный шлаки поступают в довольно крупных и плотных, непроницаемых для газа кусках, восстановление кремнекислых соединений железа должно происходить за счет твердого углерода в области высоких температур после их расплавления. За счет окиси углерода может быть восстановлено лишь железо, находящееся на поверхности, что будет составлять лишь небольшую часть общего его количества. Иначе обстоит дело в отношении файялита, находящегося в агломерате. Ввиду большой пористости агломерата, можно допустить, что находящийся в агломерате файялит может в известной степени восстанавливаться за счет окиси углерода.
По данным М.Н. Лейбовича, восстановление файялита за счет твердого углерода может быть представлено следующим образом:

На рис. 58 представлены полученные М.М. Лейбовичем кривые, показывающие зависимость степени восстановления файялита за счет твердого углерода от температуры; восстановление велось в токе окиси углерода и в токе азота. Кривые показывают, что в присутствии окиси углерода восстановление ускоряется.
В условиях доменной печи в присутствии извести восстановление должно облегчаться, так как известь будет разлагать файялит и выделять при этом тепло. Ход реакции может быть изображен следующим образом:

Затрата тепла на 56 единиц железа составляет 25725 ккал против 36740 ккал при прямом восстановлении закиси железа.
He следует считать, что в условиях доменной печи восстановление сварочного и мартеновского шлаков происходит без всяких затруднений. М.А. Павлов отмечает, что сварочные шлаки, будучи тяжелыми, с одной стороны, и легкоплавкими и жидкоплавкими, с другой, расплавившись, быстро стекают в горн, не успевая должным образом прогреться; поэтому кремнекислые соединения железа в этом случае будут перехрдить в шлак, обогащая его закисью железа.
Восстановление железа из кремнекислых соединений

Если в горне шлак основной и температура горна достаточно высока, закись железа восстанавливается практически полностью. При кислых шлаках и недостаточно высокой температуре горна закись железа не может полностью восстановиться и будет реагировать с кремнием чугуна, производя так называемое «отбеливание чугуна».

По этим причинам в старину, при работе на кислых шлаках и холодном дутье, доменщики вводили в шихту лишь ограниченное количество передельных шлаков — кричных, пудлинговых и сварочных. В современных условиях, при работе на сравнительно основных шлаках и при применении нагретого дутья, введение в шихту доменных печей кремнекислых соединений железа в виде передельных шлаков не вызывает никаких затруднений.
Однако количество передельных шлаков, вводимых в шихту современных доменных печей, продолжает оставаться небольшим. Мартеновский шлак обедняет шихту железом и обогащает ее фосфором; сварочный шлак достаточно богат железом, но количество этих шлаков, поступающее в доменные цехи, очень невелико.

title-icon Подобные новости