P1010207

42___Mirosław Cholewą, Józef Gawroński, Marian

Redukcja polega na obniżeniu stopnia utlenienia. Jest to związane z powstawaniem nowej fazy. Utworzenie pierwszych zarodków nowej fezy termodynamicznie jest najtrudniejsze. Wraz ze wzrostem liczby zarodków krystalizacji nowej fezy szybkość redukcji rośnie. Wraz ze wzrostem nowej fezy następuje przebudowa' sieci krystalicznej. Pojawienie się charakterystycznej gąbki żelaznej (gąbczastego żelaza) przyspiesza proces redukcji na skutek autokatalitycznego jego działania. Produkty reakcji CO2 lub H2O, które powinny desorbować z powierzchni zachodzących reakcji, mają większą skłonność do adsorpcji na powierzchni tlenków niż CO i H2. Blokują one w ten sposób aktywne powierzchnie reakcji, obniżając jej szybkość. Ostatni etap redukcji polegający na desorpcji produktów do fazy gazowej także zależy od kawałkowatości i stopnia rozwinięcia powierzchni wsadu.

Redukcja tlenków innych pierwiastków

W procesie wielkopiecowym pierwiastki wchodzące w skład surówki, wprowadzane wraz ze wsadem najczęściej występują w postaci tlenków. Ulegają one redukcji równolegle z redukcją tlenków żelaza. Niektóre z tych tlenków są łatwo redukcyjne, inne natomiast trudno redukcyjne.

Przykładowym pierwiastkiem trudno redukcyjnym jest krzem związany jako krzemionka Si02. Do przeprowadzenia redukcji krzemu konieczna jest duża ilość ciepła i wysoka temperatura. Reakcja jest silnie endotenniczna:

S1O2+2C + Fe=FeSi + 2CO - 564 kJ    O-²²)

Krzem należy do pierwiastków łatwo rozpuszczających się w żelazie. Wysoka temperatura ułatwia rozpuszczanie. Wytworzenie wysokokrzemowej surówki wymaga zatem: podwyższonej temperatury dmuchu, wyżej topliwego żużla i wyższej temperatury gara. W konsekwencji konieczne jest zwiększone zużycie koksu.

Mangan znajdujący się w surówkach pochodzi z rudy żelaza lub z celowo wprowadzonej rudy manganowej. Naturalne złoża rud żelaza zawierają zawsze pewną ilość tlenków manganu.

Redukcja polega na kolejnym obniżaniu stopnia utlenienia, poczynając od tlenku MnC^ poprzez Mn₂0₃ i Mn₃0₄ do MnO. W całym tym zakresie redukcja przebiega łatwo zarówno przy użyciu tlenku węgla CO, jak i Hz. W ostatnim etapie redukcji zapotrzebowanie na ciepło

43

Podstawy procesów metalurgicznych

jest dwukrotnie większe niż w przypadku redukcji FeO. Ponadto, redukcja następuje pod wpływem węgla w stanie stałym. Podobnie jak w przypadku FeO reakcja ma miejsce na poziomie spadków wielkiego pieca. Znaczna część tlenków manganu, w tym także MnO przechodzi do żużla. W celu maksymalizacji uzysku manganu ogranicza się jego udział w żużlu, zwiększając zasadowość żużla. Mniejsza tym samym zawartość krzemionki utrudnia możliwość wiązania jej z manganem w roztwory.

Wanad, nikiel, chrom, miedź w surówkach są niepożądane. Pochodzą, podobnie jak inne pierwiastki, ze złóż rud żelaza. Redukcja ich tlenków przebiega łatwo ze skutecznością około 60%. Pierwiastki te stanowią w wielu technicznie użytecznych stopach cenne dodatki stopowe. W szczególności tyczy to wanadu i niklu. Odzyskiwanie ich z kąpieli metalowej w procesie wielkopiecowym jest opłacalne tylko w odniesieniu do wanadu.

Cynk i ołów to pierwiastki w sposób naturalny występujące wspólnie w złożach różnych rud, także żelaza. Niewielkie ich ilości znajdują się także w dolomicie. Oba pierwiastki stanowią zanieczyszczenia. Ich koncentracja w surówce jest pomijalnie mała. Cynk i ołów ze względu na niskie temperatury topienia oraz lotność cynku w podwyższonych temperaturach stanowią zagrożenie dla środowiska. Związki cynku oraz metaliczny cynk krążą w przestrzeni pieca, ulegając na przemian: redukcji i utlenianiu. Metaliczny, łatwo łomy cynk jest unoszony ku górze wraz gazami, tam osiada na kawałkach wsadu i obmurzu, utlenia się i opada ze wsadem w dół.

Cynk, który nie został uniesiony ze spalinami, powoduje korozję materiałów ogniotrwałych na skutek intensywnego obniżania temperatur topnienia materiałów zawierających tlenki magnezu. Ołów, znacznie mniej łomy i znacznie cięższy od surówki, skapuje na samo dno pieca, penetrując w materiały węglowe wyłożenia gara, szczeliny i spoiny oraz cegły trzonu.

Fosfor jest typowym składnikiem - domieszką zarówno rud żelaza, jak i koksu. Warunki redukcji związków fosforu w wielkim piecu są korzystne i wobec tego cała zawartość fosforu wprowadzona ze wsadem przechodzi do surówki.

Spalanie w wielkim piecu

Produktem spalania koksu w wielkim piecu jest gorący gaz redukcyjny zawierający teoretycznie 34,7% CO oraz 65,3% N2, Dodatkowe, współistniejące procesy: spalania metalu