МЕТАЛЛУРГИЯ ЖЕЛЕЗА – Часть 29

Энергия активации (E) зависит от размера поры. При кнудсеновском течении ? = 0. Для очень мелких пор

Dt = DAExp(-E/RT). (80)

В связи с этим такой вид диффузии называют

Активированным. Диффузионный поток в этом случае, соглас­но закону Фика,

I = Da(Lc/L), (81)

Где Da — коэффициент активированной диффузии; Ac – изме­нение концентрации газа внутри твердого тела по диффу­зионному пути /.

Концентрация газа в твердом теле зависит от его раст­воримости и в большинстве случаев остается неизвестной величиной. Поэтому вместо уравнения (81) пользуются соот­ношением

1 = fcW, (82)

Где Lp – разница парциального давления газа в начале и конце диффузионного пути; к – постоянная проницаемости, означающая количество газа, диффундирующего за 1 с через Icm2 площади тела толщиной 1мм при разности парциальных Давлений 1,33 кПа.

Величин* к резко возрастает с увеличением температуры,

Т. е.

К = fc0exp(-?/j? r), (83)

Где Ar0- коэффициент; E — энергия активации, зависящая от природы газа и твердого тела.

В случае активированной диффузии смеси газов, как и при кнудсеновском течении, каждый компонент диффундирует независимо от других, и скорость проникновения отдельных компонентов смеси зависит только от градиента концентра­ции каждого газа и его коэффициента диффузии. Однако в отличие от кнудсеновского течения соотношение скоростей активированной диффузии различных газов связано не с мас­сами молекул, а определяется отношением экспоненциальных членов. Поскольку различие величин энергии активации для отдельных газов велико, активированная диффузия в значи­тельно большей мере является избирательной, чем молеку­лярное течение. Основные закономерности диффузии газа в порах приведены в табл. 6.

К. К.Шкодин провел обстоятельное исследование пористос­ти агломератов различного состава и свойств. Средний ра­диус пор изменяется в пределах 20—250 нм, суммарная по­верхность пор составляет 1000—4000 см2/г, причем поверх­ность крупных микропор (6000-35000 нм) составляла < 0,7 %, хотя объем и намного превышал объем мелких пор.

Сопоставление данных по замерам поверхности и среднего размера пор и кривых изменения скорости восстановления позволило сделать вывод о наличии взаимосвязи между ними. К. К.Шкодин экспериментально подтвердил линейную зависи­мость средней за 40 мин скорости восстановления различных агломератов от поверхности пор радиусом > 30 нм. Для дру­гих типов агломератов подобная зависимость скорости вос­становления от поверхности пор найдена для пор размером > 15 нм. Наличие подобной зависимости свидетельствует о том, что даже поры размером много меньше средней длины свободного пробега газа-восстановителя доступны воздейст­вию восстановителя и скорость диффузии выше скорости процессов, происходящих на поверхности пор. В более мел­ких порах скорость диффузии газов меньше максимально воз­можной скорости реакции на поверхности, и газ в порах 64