ΜΑΘΗΜΑ 12°
DESCRIPTION
ΜΑΘΗΜΑ 12°. ΧΗΜΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΜΕΣΑ ΣΤΗΝ ΥΨΙΚΑΜΙΝΟ. Ι. Χημικές αντιδράσεις μέσα στο πηγάδι Τ < 1000-1100 ο C Αναγωγή οξειδίων του σιδήρου Διάσπαση Ανθρακικών Ενώσεων CaCO 3 = CaO + CO 2 = + 42.86 kcal MgCO 3 = MgO + CO 2 = + 27.95 kcal Διάσπαση CaCO 3 όταν T 820 ο C - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
ΜΑΘΗΜΑ 12°
ΧΗΜΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΜΕΣΑ ΣΤΗΝ ΥΨΙΚΑΜΙΝΟ
Ι. Χημικές αντιδράσεις μέσα στο πηγάδι
Τ < 1000-1100 οC
Αναγωγή οξειδίων του σιδήρου
Διάσπαση Ανθρακικών Ενώσεων
CaCO3 = CaO + CO2 = + 42.86 kcal
MgCO3 = MgO + CO2 = + 27.95 kcal
Διάσπαση CaCO3 όταν T 820 οC
Αντιδράσεις Θείου
Αναγωγικές συνθήκες
Συνεπώς, δεν σχηματίζονται SO2, SO3 αλλά H2, COS
FeO + COS = FeS + CO2 = - 19.2 kcal
CaO + COS = CaS + CO2 = - 18.2 kcal
Άλλες Αντιδράσεις
MnO2, Mn3O4 Κατώτερα οξείδια
MnO2 + CO = MnO + CO2 = - 35.4 kcal
Mn3O4 + CO = 3MnO + CO2 = - 12.5 kcal
Οξείδια Cu, Ni, Sn, Zn
MeO + CO = Me + CO2
(όπου Me = Cu, Ni, Sn, Zn)
02980298
0298
02980298
0298
ΙΙ. Χημικές αντιδράσεις μέσα στη βάση
T > 1000 – 1100 oC
- Αναγωγή άλλων οξειδίων (Mn, Si, Cr, Ti…)
- Σχηματισμός σκουριάς και
- Σίδηρος Χυτοσίδηρο
Αναγωγή άλλων οξειδίων
MnO, Cr2O3, SiO2, TiO2, P2O5, As2O5
Π.χ. MnO
MnO + C = Mn + CO = + 65.6 kcal
ή
> 0
Αν αυξάνει η θερμοκρασία Τ, τότε το Κ αυξάνει ( > 0)
Θερμοκρασία αναγωγής MnO
C + ½ O2 = CO = -26700 – 20.95 T
MnO = Mn + ½ O2 = 91950 – 17.4 T
MnO + C = Mn + CO = 65250 – 38.35 T
0298KRTSTHG o
ToT
oT ln
R
S
RT
HK
oT
oT
ln
0298
oTG
oTG
oTG
ΔGT = + R T lnPCO
Για
PCO = 0.40 atm
ΔGT = 65250 – 38.35 T + 4.575 T log0.4 = 65250 – 40.17 T
Οπότε T = 1624 K (1350 οC)
Αν η βασικότητα αυξάνει, τότε η αναγωγή MnO δεξιά
Αναγωγή SiO2
SiO2 + 2C = Si + 2CO = + 164.8 kcal
Αφού > 0
Αν η θερμοκρασία Τ αυξάνει τότε και το Κ αυξάνει.
Αναγωγή P2O5
P2O5 + 5 C = 2P + 5CO = + 224.5 kcal
Αν το Τ αυξάνει τότε και το Κ αυξάνει ( > 0)
Όξινη σκουριά [P]Fe%
Αναγωγή As2O5 ως P2O5.
Αναγωγή TiO2
Αν TiO2 < 2%
[Ti]Fe σ.τ. του Fe
Αν (TiO2)σκουριά > 1.5% παχύρευστη σκουριά
oTG
0298
0298
0298
0298
Αντιδράσεις Σχηματισμού Σκουριάς
Al2O3, CaO, MgO, BaO κ.α. Δεν ανάγονται
SiO2, MnO, Cr2O3 κ.α. Ανάγονται μερικώς
2CaO.SiO2 Ορθοπυριτικό ασβέστιο
CaO.SiO2 Μεταπυριτικό ασβέστιο
3CaO.2SiO2 Πύρο-πυριτικό ασβέστιο
2CaO.MgO.2SiO2 Ακερμανίτης
CaO.MgO.SiO2 Μοντισελίτης
CaO.Al2O3.2SiO2 Ανορθίτης
2CaO.Al2O3.SiO2 Γκελενίτης
MnO.SiO2
FeO.SiO2
(Mn,Fe)O.SiO2
Αντιδράσεις Ρύπανσης του Σιδήρου
Εικόνα πίσω
Σίδηρος Χυτοσίδηρος
Αποθείωση
(FeS) + (CaO) = (FeO) + (CaS) = - 4.4 kcal
CSiύ ,
0298
Εικόνα 17: Μεταβολή της περιεκτικότητας του μετάλλου σε Si, S και C.
ΙΙΙ. Χημικές αντιδράσεις μέσα στο χωνευτήριο
-Ζώνη καύσης και
-Αντιδράσεις μεταξύ μετάλλου - σκουριάς
Αντιδράσεις στη Ζώνη Καύσης
(Μόνη στερεά φάση ο C)
Ταέρα ~ 1250 οC
Pαέρα = 2-3 atm ή 4-5 atm (για υψηλή πίεση κορυφής)
C + O2 = CΟ2 = - 94.05 kcal
Tζώνης 1800 οC
CO2 + C = 2CO = + 41.21 kcal
Αντιδράσεις Μετάλλου – Σκουριάς (Μη αναμίξιμα υγρά)
[FeS] + (CaO) = (CaS) + (FeO) = - 4.38 kcal
(SiO2) + 2C = [Si] + 2CO = + 164.8 kcal
Αποθείωση
3Fe + SO2 = FeS + 2FeO = - 78.8 kcal
10FeO + SO2 = FeS + 3Fe3O4 = - 120.8 kcal
[FeS] + (CaO) = (CaS) + (FeO) = - 4.38 kcal
(FeO) + [C] = CO + Fe = + 37.28 kcal
2(FeO) + [Si] = (SiO2) + 2[Fe] = - 77.6 kcal
[FeS] + (CaO) + [C] = (CaS) + CO + Fe = + 32.9 kcal
2[FeS] + 2(CaO) + [Si] = 2(CaS) + (SiO2) + 2Fe = - 86.36 kcal
0298
0298
0298029802980298
0298
0298
0298
0298
0298
ΣΥΝΟΨΗ ΤΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ ΤΩΝ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΩΝ (ΜΕΣΑ ΣΤΗΝ ΥΨΙΚΑΜΙΝΟ)
-Κύριες ζώνες αντιδράσεων: Εικόνα 18 -Συνολική αντίδραση: Μετάλλευμα + Κώκ + Ασβεστόλιθος + Αέρας = Χυτοσίδηρος + Σκουριά + Απαέρια-Αναγωγή Εικόνα 13. Επίδραση της θερμοκρασίας στο ποσοστό [S%] και [Si%]
ΚΩΚ-Παροχή θερμότητας-Αναγωγικό μέσο ΣΗΜΑΝΤΙΚΟΤΕΡΕΣ ΧΗΜΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ (στην Υψικάμινο)1. Καύση του κώκ. 2. Αναγωγή των οξειδίων. 3. Τήξη των στείρων και της τέφρας.-Καύση κωκ
2C+O2 = 2CO = - 52.84 kcalΑνάπτυξη θερμοκρασίας T 1800 oCTo CO ανέρχεται, θερμαίνει και ανάγει
Το Ν2 δρα ως μέσο μεταφοράς θερμότητας
-Αναγωγή των οξειδίων του Fe
Απομάκρυνση του SFeS(στο Fe) + CaO = CaS(σκουριά) + FeO < 0Απαιτεί επίσης χαμηλή Τ και υψηλή βασικότητα.-Ικανοποιητική ροή σκουριάς για Τ 1400-1500 οC
0298
0298
Εικόνα 18. Κύριες ζώνες χημικών αντιδράσεων στην υψικάμινο
Εικόνα 19. Επίδραση της θερμοκρασίας στο ποσοστό [S%] και [Si%] στο χυτοσίδηρο
ΣΥΣΤΑΣΗ ΧΥΤΟΣΙΔΗΡΟΥ
Εξαρτάται από
-Τη σύσταση τροφοδοσίας
-Τη σύσταση σκουριάς
-Τη θερμοκρασία του χωνευτηρίου
Οι σχετικές αναλογίες βαρών πρώτων υλών και προϊόντων προς παραγωγή ενός τόνου χυτοσιδήρου
δίνονται στον πίνακα 11.
Εισερχόμενα Προϊόντα
Ά Ύλες Βάρος Εξάγονται Βάρος
t % t %
1. Μετάλλευμα (Fe 61.3%)
1,61 32,8 1.Χυτοσίδηρος 1,00 20,3
2. Κωκ 0,52 10,5 2. Σκουριά 0,21 4,3
3. Ασβεστόλιθος 0,18 3,6 3. Απαέρια και σκόνη
3,71 75,4
4. Αέρας 2,61*
(2,01 103 m3)
53,1
Σύνολο 4,92 100,0 4,92 100,0
Πίνακας 11. Ενδεικτικό ισοζύγιο μαζών της υψικαμίνου.
Συστατικό Χυτοσίδηρος
(%)
Μαλακτός
Σίδηρος*
(%)
Σπογγώδης
Σίδηρος
(%)
Μαλακός
Χάλυβας
(%)
Χάλυβας
(%)
C 3,5 – 4,5 0,02 1 0,12 < 1
Si 0,5 – 1,5 0,09 0 0,15 0,5
Mn 0,5 – 2,5 0,40 0 0,67 0,5-1,5
S 0,7 0,02 0,02 0,05 < 0,03
P 0,06 - 3,0 0,10 0,13 0,046 < 0,03
Fe 94 85-90 97
Φυσικές
Ιδιότητες
Σκληρός
Εύθραυστος
Μαλακός
Ελατός
Όλκιμος
Κοκκώδες
Υλικό
Μαλακός
Ελατός
Όλκιμος
Μαλακός
Ελατός
Όλκιμος
Ακαθαρσίες
(SiO2, CaO,
MgO, Al2O3,
κλπ)
Δεν έχει * 10 Δεν έχει Δεν έχει
FeO 15
*Ο μαλακτός σίδηρος φαίνεται στο μικροσκόπιο ως μηχανικό μίγμα φερρίτη (Feα) και σκουριάς. Είναι η καθαρότερη πρώτη ύλη για παραγωγή ειδικών χαλύβων
Πίνακας 12. Τυπική χημική ανάλυση χυτοσιδήρου, μαλακτού σιδήρου, σπογγώδους σιδήρου, μαλακού χάλυβα και χάλυβα