Возможен и другой тип разупорядочения, когда оказываются занятыми такие вершины, которые в идеальном кристалле должны быть свободными, а соответствующее число вершин, которые в идеальном случае должны быть занятыми, остаются незаполненными.
Оба типа разупорядочения играют важную роль в диффузии ионов хселеза в магнетите. Более высокий порядок кислородной части решетки обусловливает в общем случае более низкую величину коэффициента диффузии кислорода по сравнению с коэффициентом диффузии железа. Обмен электронами между двух — и трехвалентными ионами железа, находящимися в вершинах октаэдров, происходит довольно легко, чем и объясняется высокая электропроводность оксида. Магнетит слабо растворяется в Ot-Fe2O3, причем предельная растворимость растет с увеличением температуры. Образующийся твердый раствор, видимо, относится к растворам внедрения.
При нагреве магнетит может принимать избыток оксида трехвалентного железа. Некоторые сведения об искажении решетки при отклонениях от стехиометрического состава магнетита может дать рассмотрение маггемита (^r-Fe2O3). 36
Та
6 л и u а 4. Характеристики оксидов железа
Вещество
Кислорода
Fe
^95O
O-Fe2O3 T-Fe2O3 Fe3O4
Плотность
Молярная (атомная) масса
Молярный объем, отнесенный к атому
Железа
|
55,85 |
7,86 |
1 |
— |
|
69,05 |
5,73 |
1,78 |
* 1,00 |
|
159,70 |
5,26-5,355 |
2,09-2,13 |
0,82- |
|
159,70 |
4,4 |
2,55 |
1,00 |
|
231,55 |
5,1 |
2,10 |
0,93 |
Это соединение имеет такую же структуру, как магнетит, однако в каждой элементарной ячейке с 32 ионами кислорода 2 — вершин октаэдра, занятых ионами железа, здесь
Fe
IOVT(K) 7
900 ‘
Остаются незаполненными. Экспериментально установлено, что подобная структура характерна и для магнетита, принявшего избыток кислорода. Коэффициент самодиффузии желе-, за пропорционален парциальному давлению кислорода, т. е.
О,
Магнетит ферромагнитен, температура Кюри 627 0C. При окислении магнетита можно получить различные оксидные фазы, отвечающие одинаковому химическому составу Fe2O3. Устойчивым является гематит Ot-Fe2O3, имеющий тригональную решетку и этим отличающийся от остальных оксидов железа (табл. 4). Параметр решетки а = 0,5427 нм. Гематит является антиферромагнетиком.
Рис. 3. Термодинамические области устав — чивости оксидов железа
Маггемит ^r-Fe2O3 (а = 0,8322+0,8340 нм) получают при определенных условиях (главное — невысокая температура). Как и магнетит, он ферромагнитен. Иногда отмечают наличие иа третьей модификации Fe2O3: (S-Fe2O3, свойства которой исследованы мало. Термодинамические области устойчивости оксидов железа приведены на рис.3. 37
Термодинамика восстановления оксидов железа
Процесс восстановления железа из оксидов по принципу Байкова о последовательности превращений протекает ступенчато путем последовательного перехода от высших оксидов к низшим по схеме Fe2O3 —»-Fe3O4 —»-FeO —*¦ Fe (выше 570 0C) или Fe2O3 —^Fe3O4 —*Fe (ниже 570 0C). При этом в соответствии с диаграммой Fe-O в системе возникают не только низшие оксиды и металл, но и твердые растворы.
Приведем реакции восстановления оксидов железа газо
Образными восстановителями:
3Fe203 + СО = 2Fe304 + CO2 + 37,25 МДж; (11)
Fe3O4 + СО = 3FeO + CO2 — 20,96 МДж; * . (12)
FeO + СО = Fe + CO2 + 13,65 МДж; — л (13)
3Fe203 + H2 = 2Fe304 + H2O — 4,2 МДж*; » (14)
Fe3O4 + H2 = 3FeO + H2O — 62,41 МДж; (15)
FeO + H2 = Fe + H2O — 27,80 МДж. , (16)
Каждая из этих реакций является трехкомпонентной и трехфазной, т. е. обладает двумя степенями свободы. Следовательно, из четырех величин, характеризующих состояние системы (общее давление, температура, парциальное давление восстановителя и продукта восстановления), лишь две могут произвольно меняться. Остальные же являются их функцией. Учитывая, что по принципу Ле-Шателье равновесие не зависит от общего давления, получаем
Следующая зависимость:
YDB = (1 — y)D*c. (9)
(IO)
Коэффициент диффузии вакансий в основном не зависит от концентрации вакансий у и, по данным Богданди и Энгеля,
Db = Dl ехр(-27800/ДГ),
Где Dl = 4,5 • IO»2 см2/с.
В соответствии с тем, что дефицит железа имеет следствием известную концентрацию вакансий, следует принять, что в гипотетическом стехиометрическом вюстите некоторое число ионов железа покидает свои узлы и переходит в положение ионов междоузлий.
Оксидный Магнетит+ расплад Оксидный расплав
400
А-железо Магнетит Fe5O4 Fe2O3 Feu I I
20
24
28
O2, %
С концентрацией вакансий постоянная решетка вюстита меняется почти линейно (табл. 2). 34
Таблица 2. Состав щ параметры вюстшта
Состав Количест — Постоян — Плотно желе — ная ре — ность, за, % шетки, г/см3 (ат.) нм
5,613 Fe0l93O 5,624 Fe0i945O
При 570 0C равновесные линии Fe-Fe1^O и Fe1^O-Fe3O4 пересекаются. Следовательно, ниже этой температуры вюстит должен распадаться на железо и магнетит.
Магнетит имеет решетку типа шпинели. Параметр решетки а колеблется от 0,8378 до 0,8397 нм. Если ионы железа изоморфно замещены другими элементами в соединении типа MexTe3^xOv то а может изменяться в пределах 0,80-0,89 нм. Для шпинелей характерно, что кислород в решетке образует самую плотную кубическую упаковку. Элементарная ячейка шпинели включает 32 иона кислорода. Они охватывают 64 тетраэдрических и 32 октаэдрических узла решетки, в которые могут быть встроены ионы металла. В ячейке 32 ионам кислорода соответствуют 24 иона металла. Если решетка идеальная, на них приходится 8 из 64 тетраэдрических (или Л-узла) и 16 из 32 октаэдрических пустот (или В-узла).
При заполнении октаэдрических и тетраэдрических вершин ионами металла возможна два граничных случая. Первый из них характеризуется нормальным катионным распределением, когда все двухвалентные ионы находятся в Л-узлах. К такому типу принадлежит, например, ZnFe2O4. Во втором случае вершины октаэдра заняты ионами различной валентности. Такую структуру, называемую обращенной шпинелью, имеет маг — кетит. Бывает и смешанное катионное распределение (табл. 3).
В твердых растворах из шпинелей, одна из которой представлена нормальной, а другая обращенной шпинелями, возможен переход из одного типа в другой. Некоторые чистые щпинели можно представить как твердый раствор одной нормальной и одной обратной шпинелей одинакового химического с°става, например, магнезиоферрит
Состав Количест — Постояи — Плот-
Во желе — ная ре — ность,
За, % шетки, г/см3
(ат.) им
5,658 5,728
48,23 48,65
0,4292 0,4301
47,68 47,85
0,4282 0,4285
Fe0l9IO Few2O
Fe? ixMg|+[FefJxMgJiJ04. Подобные твердые растворы, осо — а ‘ 35
Таблица 3. Катжожжое распределехже ж кислородны! параметр фсррвтов со струггуро! шпжжслж
|
Феррит |
А, нм |
И’1 |
X’2 |
Катионное распределение’ |
|
Fe3O4 |
0,8390 |
0,379 |
1,00 |
Fe3+[Fe2+Fe3+] |
|
MgFe2O4 |
0,8380 |
0,381 |
0,90 |
MrttiFeJtrfMgjt9Fefti] |
|
MnFe2O4 |
0,8507 |
0,385 |
0,20 |
MnfoFefotMnfoFeJ+g] |
|
FeAl2O4 |
0,8096 |
0,389 |
0,25 |
FefojAl^lFe^Alfoj] |
|
ZnFe2O4 |
0,8440 |
0,381 |
0 |
Zn2+[Fe|+] |
Кислородный параметр и — количественный показатель смешения ионов кислорода вдоль пространственной диагонали куба. Он определяется из соотношения аи, равного расстоянию между нонами кислорода и гранью куба; для идеальной решетки шпинели иад = 0,375.
‘^Степень обращенности решеткн X равна доле ионов повышенной валентности в А-узлах.
Символах катионного распределения в квадратных скобках отмечают положение ионов в В-узлах.
Бенно при небольших отклонениях от одной из граничных структур, можно описывать как разупорядоченные нормальные и обращенные шпинели.
I = — D(dc/8x),
Где J — диффузионный поток (количество вещества в единицу времени на единицу площади); с — концентрация вещества в единице объема; х — расстояние в направлении диффузии; D — коэффициент диффузии, см2/с.
Или, если коэффициент диффузии не зависит от концентрации,
Где т — время
Согласно выражению Нернста—Эйнштейна Д — = BiRT, где B1- подвижность атома (скорость, приобретаемая под действием единицы силы). Это выражение удобно применять при рассмотрении подвижности заряженных частиц и связи между коэффициентом диффузии и электропроводностью.
Атом при перемещении из одного положения в решетке в другое должен пройти через промежуточное положение с высокой энергией.
Величина необходимой для этого энергии называется энергией активации процесса, а температурная зависимость коэффициента диффузии может быть представлена выражением:
Где Е— кажущаяся энергия активации диффузии.
Величина коэффициента диффузии и его изменение с ростом температуры зависят прежде всего от концентрации дефектов кристаллической решетки (вакансий, ионов в междоузлиях), энергии активации их перемещения по решетке. Как правило, на кривой зависимости между температурой и коэффициентом диффузии различают два участка: низкотемпературный, во многом определяемый наличием примесей (так называемая примесная область диффузии), и высокотемпературный (собственно область диффузии).
Для нестехиометрических оксидов концентрация дефектов кристаллической решетки велика по сравнению с концентрацией дефектов по Френкелю и Шоттки в решетке стехиометри — ческих оксидов или по сравнению с концентрацией дефектов, обусловленных наличием примесей. Энергия активациии диффузии катионов при постоянном составе вюстита соответствует величине энергии активации перемещения вакансий по катионным узлам и составляет 125-150 кДж/моль.
В жидкостях диффузия протекает иначе, так как строение решеток у этих систем другое. В этом случае диффузия характеризуется высокими значениями коэффициентов диффузии и низкими значениями величины энергии активации, так как решетка жидкости обладает высокой степенью неупорядоченности.
Необходимо отметить, что диффузия вдоль границ зерен, где решетка менее упорядочена, должна идти быстрее, чем в объеме кристалла. Точно так же и подвижность атомов на поверхности кристалла должна быть больше, чем внутри кристалла. Таким образом, при низких температурах должна преобладать диффузия по поверхности и границам зерен, а при высоких- объемная диффузия.
Структура и свойства оксидов железа
(8)
Железо образует с кислородом три стабильных оксида: Fe1^o, Fe3O4 и Fe2O3 (рис. 2). Вюстит Fe1^O может содержать от 23,1 до 25,6 % O2. Отсюда видно, что стехио — Метрическое отношение Fe : О = 1, соответствующее 22,3 % O2, не достигается. Вюстит имеет гранецентрирован — г-ззг 33
Ную кубическую решетку типа NaCl. Если все узлы решетки, соответствующие ионам кислорода, заняты, то в уз — лах ионов железа имеются вакансии. Считают, что из — за этого в решетке должно находиться эквивалентное число ионов трехвалентного железа, иначе не выполнялось бы условие электронейтральности.
Рис. 2. Диаграмма состояния Fe-O
Избыток положительных зарядов ионов железа может передвигаться по решетке между ионами двух — и трехвалентного железа. Эти заряды называют дефектными электронами, они являются носителями электричества и причиной электропроводности вюстита. Благодаря наличию вакансий ионов железа возможно передвижение ионов железа по решетке, при этом вакансия иона железа блуждает в противоположном направлении. Между коэффициентом самодиффузии железа в вюстите (•Оре) и коэффициентом диффузии вакансий (Db) существует
In р/р0 = (MyfpRT)I(Ifr1) + (Ifr2)], (4)
Где р — давление пара над искривленной поверхностью; р0- давлекие пара над плоской поверхностью; M — молярная масса; у — поверхностная энергия; T — температура; р — плотность; R — универсальная газовая постоянная; г1 и г2 — главные радиусы кривизны поверхности.
Отметим, что влияние искривленной поверхности становится существенным при малом значении размеров спекаемых частиц.
Одним из простейших типов поверхностей раздела являются границы между зернами одного и того же материала. Если кристаллы наклонены друг относительно друга, то на границе раздела возникает некоторое несоответствие, эквивалентное вводу краевых дислокаций между кристаллами. Число последних и энергия границы возрастают с увеличением угла относительно наклона кристаллов. Если происходит поворот 30 кристаллов по отношению друг к другу, то образуется сетка винтовых дислокаций. Комбинирование наклона и поворота приводит к образованию сложной системы из винтовых и краевых дислокаций.
Поскольку фазы, присутствующие в железорудных материалах, имеют различные коэффициенты термического расширения, при охлаждении на границах раздела развиваются напряжения, приводящие иногда к растрескиванию и нарушению сплошности образцов. Это явление наблюдается и у однофазных систем, коэффициенты термического расширения которых в разных направлениях неодинаковы. В этом случае большое значение имеет размер зерен, причем чем больше размер зерна, тем выше величина возникающего напряжения.
Поскольку поверхность раздела между разными фазами отличается от внутренних частей повышенной энергией, то она стремится к такой конфигурации, чтобы энергия ее была минимальной. Поэтому растворенные вещества, снижающие поверхностную энергию, концентрируются на поверхности. При разрушении кристаллов оксидов поверхность становится химически более активной. В атмосфере воздуха на ней сразу же адсорбируются атомы кислорода, что приводит к снижению поверхностной энергии.
Перемещение атомов в твердых и жидких телах
Для протекания химических или структурных изменений в твердой фазе должно происходить перемещение атомов. Существуют различные механизмы этого явления. Один из них — переход атомов из нормальных узлов решетки в расположенную рядом вакансию. Как было отмечено выше, вакансии существуют в каждом кристалле при всех температурах, отличных от абсолютного нуля. Скорость диффузии атомов в этом случае зависит от легкости перемещения атомов из нормального узля в вакантный и от концентрации вакансий. Передвижение атомов в каком-либо направлении эквивалентно блужданию вакансий в противоположном направлении. В связи с этим в подобном случае можно говорить о диффузии вакансий.
Другим возможным механизмом может быть движение атомов по междоузлиям. Если атомы переходят из нормального узла решетки в междоузлия, как это происходит при образовании
31
Дефектов по Френкелю, то далее они легко перемешаются по кристаллу из одного междоузлия в другие. Одним из вариантов этого процесса является так называемый эстафетный механизм, при котором атом, находящийся в междоузлии, переходит в нормальный узел, выталкивая ранее находившийся там атом в новое междоузлие.
(5)
Действительный механизм процесса в данной системе определяется относительной величиной энергии, требующейся для протекания этого процесса. Диффузионные процессы, как правило, во многом определяют скорость химических реакций и спекания. Количественно диффузия характеризуется двумя законами Фика:
Если размеры двух ионов различаются меньше чем при- . мерно на 15 %, то это благоприятствует образованию твердых растворов замещения. Этот фактор для ионных кристаллов является наиболее важным. Если валентности введенного постороннего и основного иона различаются, то это ограничивает образование твердого раствора. Чем выше склонность к протеканию химических реакций, тем ограниченней возможность замещения основного иона посторонним. Одинаковый тип кристаллической решетки способствует образованию твердого раствора. 28
Как правило, образование твердого раствора замещения сопровождается появлением вакансий из-за необходимости соблюдения условия электронейтральности решетки. Так, введение ионов трехвалентного железа в вюстит приводит к образованию вакансий катионов. Если размер посторонних атомов мал, то они могут входить в междоузлия решетки (твердые растворы внедрения).
В кристаллах могут встречаться дефекты, образование которых не связано с внедрением посторонних атомов. Если такие дефекты состоят из равного числа вакансий и атомов в междоузлиях, то их называют дефектами по Френкелю. Кристаллическая система с этими дефектами термодинамически более предпочтительна при высоких температурах. По Френкелю, концентрация вакансий (nv) и атомов в междоузлиях (л,-)
Щ = «,, = п, ехр(-Е/кТ), •*• 50 %). Если газ направляется на восстановление, следует считаться с накоплением серы в шихте и возвращением ее в процесс уже в виде сульфида железа или предусмотреть операцию и устройство сероочистки с охлаждением газа-восстановителя и последующим его нагревом и другими сложностями. В отличие от доменной печи, шлак играет скромную роль при десульфурации металла, поэтому оптимизация состава шлака связана в этом случае не только с удалением серы, но и с его физическими свойствами.
6. Иная конфигурация зон металла и шлака, поверхности контакта руды и топлива, металла и шлака обусловливает изменения поведения соединений марганца, кремния, хрома, ванадия и других попутных элементов. В общем случаз условия их перевода в металл затрудняются, и степень восста-
23
Новления существенно снижается и зависит от температуры g плавильной печи. Можно утверждать, что в подобных агрегатах производство литейного чугуна и доменных ферросплавов неосуществимо. Таким образом, перспективы переработки комплексных железных руд в указанных агрегатах не ясны, Следует также считаться с несколько повышенным содержанием FeO в шлаке, т. е. с ростом потерь железа.
7. Важным преимуществом обсуждаемой технологии является гибкое маневрирование в ходе управления процессом плавки, возможности остановок, относительно малое время запуска плавильной печи, возможность создания установок самой различной производительности и комбинаций этих установок.
Таким образом, неоднозначность оценки способов и агрегатов, многообразие природных, производственных и экономических условий в различных регионах мира не дают возможности дать исчерпывающую сравнительную оценку традиционных и новых способов получения металла. Приводимые в литературе количественные оценки (общий расход тепла, расход условного топлива и др.) условны и субъективны. Кроме того, они не учитывают экологических характеристик, безвозвратных потерь полезных ископаемых. Для каждого случая лишь конкретный всесторонний анализ может дать ответ на вопрос, какая схема производства металла предпочтительна в реальных условиях для данного района.
Глава 2. ПРОЦЕССЫ МЕТАЛЛУРГИИ ЖЕЛЕЗА
7. В отличие от доменных печей диаметр шахтных печей ограничен из-за отсутствия очагов горения (зон практически равного давления, из которых достаточно равномерно продувается все сечение шахты). Кроме того, в шахтных печах подвод газа-восстановителя осуществляется в слои с периферии. Чем больше поперечный размер шахтной печи, тем труднее достичь равномерного распределения газа по сечению слоя и, следовательно, равномерной тепловой и восстановительной обработки слоя, поэтому шахтные печи имеют ограничения по размеру и производительности (максимальная, достигнутая ныне до 800тыс. т в год).
8. Процесс получения и проплавки губчатого железа обеспечивает получение стали повышенного качества, поэтому эта технология наиболее выгодна именно с этой целью. Таким образом, процесс получения стали из металлизованных материалов может быть осуществлен лишь при наличии определенных условий: наличие легкообогатимых и не имеющих примесей железных руд; наличие недорогих источников газа-
21
Восстановителя; наличие недорогой электроэнергии; целесообразность строительства мини-заводов.
Получение жидкого металла из руд. Из множества предложений и патентов, существующих в разных странах, в настоящее время сохраняют значение и имеют перспективы технологии, которые можно сгруппировать в три направления. Первым из них является использование неподготовленной руды любого размера кусков в плавильной печи с получением газа, который можно использовать в других устройствах как восстановитель или теплоноситель (в этом случае тепло может использоваться и в собственном агрегате).
Второе направление— плавка в печи предварительно восстановленного рудного материала, причем восстановителем является газ, отходящий из плавильной печи. В этом случае установка состоит из двух основных агрегатов — печь предварительного восстановления (чаще всего шахтная печь) и плавильная печь, а руда должна быть окускованной.
Третье направление — плавка руд в печах, оборудованных плазмотронами, или источниками тепла, которыми являются атомные реакторы.
При всей условности такой классификации она позволяет рассмотреть некоторые общие вопросы перспективности получения жидкого металла вне доменных печей.
Технология получения жидкого металла из руд имеет следующие особенности.
1. Восстановление ведется в области температур, превышающих температуры плавления чугуна и шлака (т. е. > 1400-1500 °С). Агрегат по своему устройству аналогичен нижней части доменной печи. Для достижения высоких температур требуется дутье, состоящее из 100% кислорода. Возможно использование некоторого количества азота и добавок (природный газ, водяной пар) для регулирования температуры и состава образующегося газа.
2. Возможно применение любого железорудного материала. При этом, если отходящий газ (практически не содержащий окислителей) используется для предварительного восстановления железорудной шихты, она должна быть окускованной, т. е. пройти стадию агломерации или производства окатышей (исключение — применение для предварительного восстановления агрегатов кипящего слоя— достаточно сложных и слабо освоенных в металлургии). Если газ используется для 22 иных целей, шихта не ограничивается по размеру кусков. В плавильной печи имеет место исключительно прямое восстановление оксидов. В связи с этим при использовании порошковой руды (предварительное восстановление отсутствует) расход топлива растет с ростом окисленности руды, поэтому плавка на бедных (особенно гематитовых) рудах приводит к очень высокому расходу топлива. При воплощении схемы с предварительным восстановлением целесообразно использовать легковосстановимые руды. В связи с этим все сложности, характерные для шахтных печей низкотемпературного восстановления, характерны и для данного способа.
Расчеты и промышленный опыт технологии производства губчатого железа показывают, что для плавки в сталеплавильных печах металлизованные материалы должны иметь степень металлизации не менее 80 %, т. е. степень восстановления должна быть достаточно высокой. Эффективность процесса восстановления в этом случае значительно зависит от метода восстановления и применяемого агрегата. Широкие промышленные исследования были проведены в агрегатах трех типов: шахтных установках непрерывного и периодического (реторты) действия; аппаратах кипящего слоя; трубчатых вращающихся печах и комбинированных установках типа конвейерная машина—трубчатая печь. Для первых двух методов в качестве восстановителя применяют газ — продукт конверсии природного газа или жидкого топлива или продукт газификации твердого топлива. Для последнего способа характерно •совместное использование твердого и газообразного восстановителей. К настоящему времени трубчатые печи не нашли широкого распространения. Основное количество губчатого железа производят в печах шахтного типа. Различные способы получения металлизованного материала в этих агрегатах (Мидрекс, Армко, Пурофер, ХиЛ-3 и другие) не имеют принципиальных отличий (пожалуй, кроме способов получения губчатого железа в периодически действующих ретортах — ХиЛ-1, ХиЛ-2 и др.).
К общим закономерностям процесса можно отнести следующее.
1. Восстановление ведется в твердофазной области. Жидкие продукты процесса отсутствуют. Следовательно, пустая порода от металла не отделяется, и весь полученный материал (вместе с пустой породой) направляют в сталеплавильный агрегат (целесообразней — в электросталеплавильную
\
Печь). Исходя из условий экономичности сталеплавильного процесса (минимальное количество шлака), предъявляют жесткие требования к содержанию пустой породы в исходном железорудном сырье. Ее количество в металлизованном материале не должно превышать 4,5-5 %, а следовательно, в исходном окисленном материале (руде, направляемой на металлизацию) должно быть не более 3-3,5%. Нетрудно подсчитать, что содержание железа в исходном железорудном концентрате, например, магнетитовом, должно составлять (100-3) • 0,724«70 %, где 0,724 — содержание железа в Fe3O4 (168:232).
Таким образом, первым условием реализуемости обсуждаемого процесса является наличие легкообогатимого железорудного материала, позволяющего получать концентрат, содержащий » 69-70 % Fe.
2. При восстановлении в твердофазной области удаления вредных примесей (фосфор, мышьяк, медь и др.) практически не происходит. Между тем для качественной стали в электросталеплавильных печах без значительного перерасхода энергии требуются очень низкие содержания этих примесей в губчатом железе. В связи с этим вторым условием реализуемости процесса получения и проплавки губчатого железа является низкое содержание вредных примесей в исходном железорудном концентрате (< 0,01—0,02 %).
3. Широта ассортимента выплавляемых сталей предъявляет повышенные требования к наличию и содержанию в исходной ,руде металлов, относящихся к группе полезных примесей (никель, кобальт, хром и др.), так как для ряда сталей эти элементы являются нежелательными. В общем случае наиболее благоприятным железорудным сырьем для получения губчатого железа является богатая по железу и чистая по любым примесным элементам руда.
4. Продуктом восстановления железорудных материалов в шахтных печах является губчатое железо, названное так из — за своеобразного внешнего вида. Восстановленное при низких температурах, обладающее огромной суммарной поверхностью, следовательно, большой избыточной поверхностной энергией, реализует эту энергию спеканием отдельных гранул восстанавливаемого материала с образованием гроздьев и конгломератов, что крайне отрицательно отражается на процессе в шахтных печах (главным образом, затрудняется движение шихты и газов в печи и нарушается равномерность его тепловой и восстановительной обработки). Поскольку интенсивность спекания металла растет с повышением температуры, максимальное ее значение не должно, как правило, превышать 700-900 °С. Однако со снижением температуры и, следовательно, скоростей всех процессов ухудшаются техни — ко-экономические показатели производства.
5. Губчатое железо должно содержать не менее 1—2 % С, иначе процесс его плавки в сталеплавильной печи затрудняется. Таким образом, наряду с восстановлением оксидов железа процесс металлизации должен выполнять требования науглероживания металла.
6. Свежевосстановленное губчатое железо реализует свою большую избыточную поверхностную энергию окислением металла. 8 связи с этим металлизованные материалы обладают повышенной склонностью к окисляемости и даже к самовозгоранию (пирофорность железа), причем чем ниже температура восстановления, тем в большей степени проявляются эти свойства. В результате при производстве губчатого железа, особенно с дальнейшей его транспортировкой, следует принимать специальные меры для подавления окисления и самовоспламенения его (пассивация металлизованных материалов),