Наиболее важна реакция (7),
конечным продуктом которой является металлическое железо. Она
называется реакцией косвенного восстановления железа и протекает при
умеренных температурах (500— 900^ С) с выделением тепла.
В присутствии раскаленного кокса
и при более высоких температурах (выше 1000—"1100° С) в печи
происходит не только восстановление •железной руды до металлического
железа, но и очень быстрая регенерация окиси углерода по реакции
(2).
Одновременное течение реакций (7)
и (2) позволяет суммировать их н получить
FeO + C = Fe + GO (8)
Реакцию (8) называют реакцией
прямого восстановления железа. Она происходит при взаимодействии
окисла с твердым углеродом кокса или углеродом, отложившимся в порах
железной руды при низких температурах в виде сажи. Принято считать, что в
печи около 60—50 % железа образуется по реакции (7), а 40—50% — по реакции
(8). Прямое восстановление железа происходит в районе распара печи и тем
лучше, чем выше температура находящихся здесь материалов, так как реакция
(8) эндотермическая (идет с поглощением тепла).
Образующееся в печи металлическое
железо находится сначала в твердом виде (губчатое железо), поскольку оно
имеет высокую температуру плавления (1539° С). В присутствии окиси
углерода губчатое металлическое железо постепенно науглероживается по
реакции
3Fe + 2СО = Fe3C + СОг (9)
Температура плавления этого
железа понижается до 1150—1200° С. Науглероженное железо (1,8—2%) переходит в жидкое
состояние и стекает каплями между кусками раскаленного кокса на лещадь
печи. Во время перемещения капельки металла дополнительно насыщаются
углеродом примерно до 3,5—4%, т. е. до обычного содержания углерода в
жидком чугуне.
Одновременно с восстановлением и
науглероживанием железа происходит восстановление из шихты марганца,
кремния и фосфора, которые также переходят в чугун. Высшие и средние
окислы марганца восстанавливаются до низшего ступенчато окисью углерода по
схеме МпО,2 ->■ Мп203 -*-
Мп304 -*- МпО- Наиболее трудно восстановимый низший
окисел марганца (закись) восстанавливается твердым углеродом по
реакции
МпО + С=Мп -ьСО (10)
Реакция (10) сопровождается
поглощением тепла и протекает при температурах выше 1100—1200° С. Это
определяет режим работы печи при выплавке чугуна марганцовистых марок.
Печь должна работать при повышенном расходе кокса и возможно более высоком
нагреве Дутья (до 1200° С и выше; в перспективе даже до 1400°
С).
Кремнезем восстанавливается
только твердым углеродом по эндотермической реакции
БЮа + 2С = Si + 2СО (11)
