Главная | Обратная связь

Получения железного порошка восстановлением его оксидов твердым углеродом. Теоретические аспекты.

Т>572°С Fe₂O₃+СО→ Fe₃О₄+ СО₂+Q

Fe₃О₄+СО→ Fe_xО+ СО₂-Q

Fe_xО + СО → Fe+ СО₂+Q

Т<572°С Fe₂O₃+ СО → Fe₃О₄+ СО₂+Q

Fe₃О₄+ СО → Fe+ СО₂+Q

Практически восстановление оксидов железа обеспечивает СО, образующийся при окислении углерода 2С + О₂ = 2СО. С увеличением температуры процесса восстановления содержание СО₂ в равновесной смеси СО + СО₂ снижается и при температурах выше 900 ⁰С становится исчезающе малым.

Равновесная кривая реакции 2С + О₂ = 2СО пересекает равновесную кривую реакции образования Fe при 690 ⁰С, а реакции образования Fe_xО при 650 ⁰С. Эти точки пересечения являются единственными равновесными точками для указанных реакций. Поэтому процесс восстановления Fe₃O₄ при температуре выше 650 ⁰С и Fe_XO при температуре выше 690 ⁰С идет до конца, т.е. до исчезновения углерода или соответствующего оксида железа. Практически производство железного порошка возможно только при температуре выше 690 ⁰С и концентрации СО не менее 60%.

Твёрдый углерод в процессе восстановления образует с железом твердые растворы переменной концентрации, а также карбиды, в частности Fe₃C по реакции Fe₃C + СО₂ → 3 Fe + 2СО. Присутствие Fe₃C может изменять равновесный состав газовой фазы системы Fe-O-C. Углерод при растворении в железе снижает свою активность, а активность углерода, входящего в состав Fe₃C, выше, чем активность графита; поэтому равновесное содержание СО, образующегося по реакции, выше равновесной концентрации СО для реакции Будуара. Образование Fe₃C и твердых растворов углерода в железе загрязняет железные порошки углеродом, что осложняет проведение последующих операций прессования и спекания заготовок из них или смесей на их основе.

31. Практика получения железного порошка восстановлением оксидов твердым углеродом (на примере технологии Höganas и СМЗ).

Этот способ был запатентован в 1911 г и применен в промышленной практике шведской фирмой "Хоганес" (Högönas). Сырьём служит гематит, восстановитель – кокс с добавлением известняка для связывания серы из кокса.

Шихта: оксидного сырья 60-69%, кокса 25-33%, известняка 6-7%. Загрузка послойная (кокс + известняк).

Аналогичное производство было налажено в нашей стране в 1951-52 гг. на Сулинском металлургическом заводе (СМЗ). Но в качестве сырья используется прокатная окалина, восстановитель – термоштыб + известняк. Но восстановительную смесь в тигли (капсели) засыпают не послойно, а вертикальными кольцевыми слоями.

После загрузки тигли ставят на вагонетку и направляют в туннельную печь, обдуваемую природным газом (что сказывается на стоимости порошка – дорожает). Расход газа 430-480 м³/т.порошка.

Длина печи 141 м. 50 см. Рабочая зона – 132 м. делится на:

- зона нагрева 30м.

- зона выдержки 66м., из них 55 м. – максимальная Т=1170-1200°С

- зона охлаждения 36м.

Общая продолжительность процесса 88 ч, из них:

- нагрев 20ч.

- Выдержка 40 ч.

- охлаждение 28ч.

Производительность 2т/час.

После процесса в губке:

- захваченный тв. углерод

- углерод и кислород в порошке.

Избавление: вагонетки с капселями без крышек загоняются в туннельную печь с Т=750-800°С для самообезуглероживающего отжига в течение 22 ч. Углерод горит за счёт кислорода в печи и в порошке. Затем железную губку выгружают в виде трубы и разрезают на части размером до 30 мм. дискозубчатой дробилкой, затем направляют на двустадийный размол в стержневых мельницах и разделяют порошок магнитной сепарацией.

В результате получается порошок низкого качества (4 состав). Для улучшения качества используют восстановительный отжиг в конвейерных печах в водороде при 800-900°С с последующим дроблением, измельчением, рассевом и усреднением, но при этом увеличивается стоимость порошка.

Обозначение железного порошка включает указание на способ его получения ("В" – восстановленный), марку по химсоставу (например, 2 или 4), предельную крупность частиц в микрометрах (например, 160) и среднюю насыпную плотность (например, 2,4 г/см³); пример обозначения ПЖВ2.160.24.

Железные порошки могут быть очищены от наиболее нежелательных примесей SiO₂ и MnO (ухудшают прессуемость порошков и стойкость прессформ) гидрометаллургической обработкой смесью соляной и плавиковой кислот HCl:HF=10:1.

SiO₂ + 4HF = SiF₄↑ + H₂О

MnO + 2HCl = MnCl₂ + H₂O

Чтобы смесь не разъела порошок вводят ингибитор коррозии типа "УНИКОЛ" (подавляет коррозию железа и снижает расход кислот).

Затем порошок сушат и снова отжигают в водороде (1000°С)

Длина технологической цепочки очень большая.