Темірді тотысыздануы

Темір домна пешіне тотытар трінде енеді, агломератта Fе₂О мен аздаан Fе₂О₃ жне FeO болады, шекемтастарда - Fе₂О₃ жне Fе₂О, темір кені, егер оны олданса - Fе₂О₃ жне Fе₂О, мнымен оса бл тотытарды бір блігі здге де тотытармен байланысан трде кездеседі.

Домна рдісіні негізгі масаты - осы тотытардан оларды тотысыздандыра отырып ммкіндігінше кп млшерде темірді бліп алу. Тотысыздану тотытардан оттегіні бліп алып олардан элементті алуа негізделген (немесе оттегі млшері аз тотытар алуа). Оны тотысыздандыраш кмегімен жзеге асырады - ол тотысызданатын элементпен салыстыранда, оттегімен кп састыы бар болуына байланысты оттегі блініп байланыс тзе алатын заттар. Осылайша, тотысыздану рдісінде бір зат оттегіден ажырайды, ал екіншісі оны зіне алады (тотыады). Жалпы аланда тотысыздану рдісі келесі тедеумен жазылады:

 

МО + В = М + ВО,(3.1)

мнда, М- тотысыданатын металл; В - тотысыздандырыш; МО - тотысызданатын тоты; ВО - тотысыздандырыш тотыы.

 

Академик А.А. Байковты тжырымдамасына сай, темір тотытарыны тотысыздануы сатылай жоарыдан тмен орындалады:

 

Fе₂О₃ - Fе₂О - FeO - Fe. (3.2)

 

570С - тан тмен температурада FeO тотыы трасыз боландытан жне ыдырап кететіндіктен (Fе₂О мен Fe - ге), 570С - тан тмен температурада тотысыздану слбасы келесідей:

 

Fе₂О₃ - Fе₂О - Fe. (3.3)

 

Домна пешінде тотысыздандырыш ретінде кміртегі, СО мен сутегі олданылады. Кміртегімен тотысыздануды тікелей тотысыздану, ал газдармен тотысыздануды жанама тотысыздану деп атау абылданан. Кміртегі тотыымен тотысыздану реакциясы тмендегідей:

 

> 570С температурада:

 

3Fе₂О₃ + СО = 2Fе₂О + CO₂ + 53740,

Fе₂О + СО = 3FeO + CO₂ + 36680,

FeO + СО = Fe + CO₂ + 16060.

< 570^°С температурада:

 

3Fе₂О₃ + СО = 2Fе₂О + CO₂ + 53740,

1 / 4Fе₂О + СО = 3 / 4Fe + CO₂ + 2870.

 

Оларды сипатты ерекшеліктеріне реакция німі рашан CO₂ болуында жне ол ешбір жылу шыынынсыз жргізіледі. Кміртегімен тікелей тотысыздану СО - ны тзілуімен жзеге асады жне жылу шыынын ажет етеді, мысалы:

 

FeO + С = Fe + СО - 152670.

 

Айта кетерлік жай, келтірілген тікелей тотысыздану реакциясы оны жру механизмін крсетпейді. Оны мні, кміртегіні атты тотытармен тікелей рекеттесуі шектелген, себебі бірдей емес кесектермен беттерді серлесуі те аз. Сондытан натылай аланда тікелей тотысыздану газ фазасы арылы жреді жне екі сатыдан трады:

 

FeO + СО = Fe + CO₂, CO₂ + С = 2СО,

 

осынды алынаннан кейін тікелей тотысыздануды орытынды реакциясын береді:

 

FeO + С = Fe + СО.

 

Осылайша, жанама тотысызданудан тікелей тотысыздануды айырмашылыы кміртегіні шыындалуында, ал бл дегеніміз - тікелей тотысыздану рдісіні дамуымен фурмаа берілетін кміртегі млшері азаяды.

Домна пешіні атмосферасында 8 - 12% - а дейін жетуі ммкін сутегімен жанама тотысыздану келесі реакциялармен жреді:

 

3Fе₂О₃ + Н₂ = 2Fе₃О₄ + Н₂О - 4200,

Fе₃О₄ + Н₂ = 3FеО + H₂O - 62410,

FеО + Н₂ = Fе + H₂О - 27800.

 

Бл реакциялар мен кміртегі тотыымен тотысыздану реакцияларыны тепе - тедік сипаттарын салыстыру крсеткендей, 810C - тан жоары температурада сутегі кшті тотысыздандырыш болады, ал 810C - тан тмен температурада ол лсізге жатады, яни бл температурада сутегіні оттегіге химиялы састыы СО - мен салыстыранда тмен. Мнымен оса тжірибелерді крсетуінше, домна пешінде жоары температураларда да, тмен температураларда да сутегі СО - а араанда кштірек тотысыздандырыша жатады. Сутегіні осу мен оны концентрациясын газ фазасында лайту тотысыздану рдісіні жылдамдыыны артуы мен темірді жанама тотысыздану рдісіні дрежесіні артуына ммкіндік береді. Бл екі себеппен тсіндіріледі. Біріншіден, аз салмаы мен сутегі молекулаларыны жеіл болуына байланысты олар озалыса тез тседі, агломерат араларына тез диффузияланады жне баса молекулалар тіптен ене алмайтын уыстар мен саылаулара ене алады, осыны барлыы рекеттесу бетін айтарлытай лайтады. Екіншіден, тотысыздану рдістерінде сутегі молекулаларыны кп ретті олданылатыны белгілі. Сутегі тотысыздандырыш ретіндегі абілеттілігі домна рдісіні температурасында жне кміртегі мен СО - ны арты млшері боланда су буларыны пеште болуыны ммкін еместігімен тсіндіріледі. Жоары температуралар аумаында (850 - 1000С мен одан жоары) Н₂О булары оттегімен ыдырайды: Н₂О + С = Н₂ + СО, 810С - тан тмен температурада келесі реакциямен жреді: Н₂О + СО = Н₂ + СО₂. Сйкесінше, сутегімен тотысыздану кезінде тзілетін Н₂О сол мезетте кокс кміртегісімен немесе СО - мен жоарыда берілген реакциялар бойынша рекеттеседі де, айтадан сутегіге теді. Бл тзілген сутегі айтадан темір тотыымен рекеттесіп, осылай кріктен колошникке ктерілгенше бірнеше рет айталанып отырады. Басаша айтанда, тотысыздануда айтадан олданыла отырып, сутегіні регенерация рдісі жзеге асады. Сутекті зі де тотысыздану рдісі кезінде аралы реагент немесе темір тотытарынан СО - а оттегіні тасымалдаушы ретінде табылады жне аырында пешті газ фазасына беріледі. Осылайша газ фазасындаы сутегі млшері згермейді.

Жалпы домна пешінде темірді тотыу рдісін келесідей сипаттауа болады. Колошник стінен бастап 900 - 1000С температураа дейінгі аумаа дейін барлы жерде СО газымен жне аз ана сутегімен тотыу рдісі жреді. Жанама тотыуды бл аумаында темірді жоары тотытары еО - а дейін тотысызданып, ал алан еО блігі темірге дейін тотысызданады, мнымен оса тотысызданан темір блшектері де колошникте кездеседі. Сонымен атар, еО блігі тіке жолмен жоары температурада темірге дейін тотысызданады. Бл кезде 1100 - 1250С - тан жоары температураларда ож тзілген кезде темір сйы ожды тамшылары кокс кесектері арасымен жріп ткенде тікелей тотысызданады. Тотысыздану кезінде темір сйы кйде болады, материалдардан тотысызданан темір блшектері губка формасында болады.

Домна пешінде темір толыымен тотысызданады. Темірді тотысыздану дрежесі 0,99 - 0,998, ал бл дегеніміз 99 - 99,8% темір шойына теді де, тек 0,2 - 1,0% ана ожа теді.