МЕТАЛЛУРГИЯ ЖЕЛЕЗА – Часть 4

Также железа (в этом случае говорят об углероде – восстановителе). Однако оксиды железа можно восстанавли­вать и газом, а прямое восстановление железа (активно проявляющее себя при высоких температурах > 900-1000 0C) имеет место в основном лишь потому, что к зоне высоких температур железо не полностью восстановлено газом до металла, а частично остается в виде FeO. Для условий сов­ременной доменной плавки (сравнительно невысокий расход кокса и обусловленное этим небольшое количество газа – восстановителя – продукта неполного сгорания углерода кокса и других топлив — такое положение закономерно, сви­детельством чего является близость к равновесному состава газа по отношению к FeO в зоне температур 800—IOOO0C. В связи с этим в большинстве современных доменных печей 20-30 % железа восстанавливается углеродом кокса. Приме­нение частично металлизованных железорудных материалов позволяет снизить эту величину, а следовательно, расход углерода-восстановителя и общий расход кокса.

Для подтверждения этой мысли и количественной оценки снижения расхода кокса необходимо провести некоторые несложные расчеты. Исходные данные (выносом пыли из до­менной печи пренебрегаем): состав чугуна: [С] 4,5 %; [Mn] 0,4 %; [Si] 0,4 %; [Р] 0,05 %; базовый (исходный) расход кокса 500 кг/т чугуна; содержание углерода в коксе 85%; содержание золы в коксе 10 %; основность шлака (CaO • SiO2) 1,2; соотношение между углеродом, сжигаемым на фурмах, Сф и углеродом, расходуемым на прямое восста­новление оксидов, Cd 3:1. Тогда (расчет ведут на 1т чугуна), расход углерода на плавку составит 500 • 0,85 = 425 кг/т.

Количество углерода, расходуемого на тепловые и вос­становительные процессы (т. е. общий расход углерода за вычетом переходящего в чугун): 425 — 45 = 380 кг/т.

Количество углерода, расходуемого на восстановление: 380 • 0,25 = 95 кг/т.

Из этого количества на восстановление марганца, крем­ния и фосфора расходуется:

Следовательно, на прямое восстановление железа идет 95 – 4,8 = 90,2 кг/т. При степени металлизации доменной шихты т)мет = 40 %, предполагая (с небольшой погреш­ностью), что снижение расхода углерода, идущего на прямое восстановление оксидов железа, пропорционально степени металлизации шихты, получаем уменьшение расхода углерода: 90,2 • 0,4 = 36,1 кг/т и экономия углерода (или что то же – кокса) составит (36,1/425) • 100 = 8,5 %.

Наряду с этим имеет место экономия тепла за счет сок­ращения эндотермического эффекта реакции восстановления низшего оксида железа углеродом (принимаем условно вос­становление свободного оксида железа), т. е. FeO + С = Fe + СО – 152,67 МДж или 12,72 МДж/кг С. При снижении расхода углерода на 36,1 кг/т экономия тепла составит: 12,72 • 36,1 • 0,001 = 459 кДж/кг чугуна.

В обычных условиях доменной плавки расход тепла (рас­считанный с учетом подлинных затрат тепла на процесс) ко­леблется в пределах 5,5-6,7 МДж/кг. Принимая среднее зна­чение – 6,1 МДж/кг, получаем экономию тепла: (459/6100) • 100 = 7,5 %. Наконец, имеется еще одна зна­чительная причина снижения расхода кокса — уменьшение вы­хода шлака за счет снижения прихода золы с коксом. Итого­вая экономия кокса пока неизвестна. Задав ориентировочную величину экономии 15 %, получаем снижение прихода золы в печь: 500 • 0,15 • 0,1 = 7,5 кг/т. Кроме того, не тре­буется вводить флюс на ошлакование этого количества золы: 7,5 • 1,2 = 9 кг/т. Получаем общее снижение выхода шлака: 7,5 + 9 = 16,5 кг/т.

Обычно считают, что каждый дополнительный 1 кг шлака требует перерасхода кокса в размере 0,2 кг. Тогда эконо­мия кокса за счет уменьшения выхода шлака составит: 16,5 • 0,2 = 3,3 кг/т и относительная экономия

(3,3/500) • 100 = 0,7 %.

Итак, суммарная экономия кокса составит: 8,5 + 7,5 + 0,7 = 16,7%, или, как принято считать, 4,2% на каждые 10 % металлизации шихты. Приведенный расчет является, конечно, приближенным и позволяет получить лишь порядок искомой величины, однако он хорошо совпадает с данными промышленных плавок (4-7 % на каждые 10 % метал­лизации шихты при общей степени металлизации 10-50 %).