МЕТАЛЛУРГИЯ ЖЕЛЕЗА – Часть 34

Степень участия в процессе восстановления внутренней поверхности гранул железорудного материала (она состав­ляет преимущественную часть общей поверхности) зависит от соотношения скоростей диффузии газа в порах куска и реа­гирования их на поверхности пор. Если возможная скорость диффузии превышает скорость самого химического взаимодей­ствия восстановителя с твердым оксидом, то концентрация СО и H2 в порах не отличается от их концентрации иа по­верхности куска и в процессе участвует вся внутренняя по­верхность полностью. Такой режим называют кинетическим. При обратном соотношении скоростей диффузии газа в порах и химической реакции диффузия поставляет к внутренней по­верхности меньше восстановителя, чем может быть использо­вано на поверхности пор. В этом случае концентрация СО и Нг падает до равновесного значения и большая часть по­верхности не участвует в восстановлении. Такой режим на­зывают внутреннедиффузионным.

Я. Б.Зельдович и, независимо от него, Э. Тиле показали, что степень использования внутренней поверхности (<р) в процессе для реакции первого порядка по концентрации за­висит от параметра /i. Формулы были предложены для реакции на поверхности пористых катализаторов, т. е. когда тело при реакции не меняется. Затем они были распространены на процессы газификации угля. С. Т.Ростовцев использовал эти возможности (хакже независимо от рабох Зельдовича и Тиле) и для восстановления пористых железорудных материалов. В этом случае следует учитывать образование слоя продуктов восстановления на поверхности куска, следовательно, и возможность лимитирующего влияния процессов в твердой фа­зе. Однако и критерий Зельдовича-Тиле, и критерий Ростов­цева (о нем будет сказано ииже) не учитывают тормозящего влияния твердофазных процессов:

Ц = У IkT/Dr 21Ъ , -» ¦ ‘ ‘ (98)

Где к — истинная константа скорости процесса на поверх­ности пор; D – коэффициент диффузии газа в порах куска; г – радиус пор; Г – температура, К.

Для шара радиусом R степень использования внутренней поверхности

9= -^r [«л о*) – : ;v – JV; (99)

Для пластины толщиной 21 1 , . <

V = th(ji/)//i/. > – ; (100)

Степень использования внутренней поверхности (р) — это отношение фактической скорости реагирования газа в порах к максимально возможному значению. Оиа показывает, во сколько раз внутренняя поверхность частиц хуже исполь-

75

Зуется, чем наружная. Параметр <р рассчитан для условий, •когда все поры расположены только вдоль радиуса шара. По­скольку у однородных материалов отношение площади попе­речного сечения пор к внешней поверхности куска должно быть постоянной величиной, то в принятой схеме одновре­менно предполагается, что площадь сечения пор пропорцио­нальна квадрату радиуса шара. Это означает, что либо поры имеют форму конуса с вершиной в центре шара, либо их ко­личество пропорционально поверхности шара. Для указанных допущений в реальных материалах нет никаких оснований. В связи с этим неясно, каковы практические погрешности от применения формулы Зельдовича-Тиле. Проверку выполнили К. КЛИкодин и М. Р.Какаванди[3], которые предложили другую зависимость:

9 = "^F b[4]Th(fi* Л – x>)dx, Г ; (101)

О

Где х — координата середины поры на расстоянии от центра шара, доли радиуса.

Результаты расчетов приведены на рис. 9. С уменьшением fiR параметр <р стремится к 1. Если цК < 0,2, то р> 0,993. При росте nR значение интеграла в формуле (IOl) стремится к 1/3, а все выражение к 16/(3яцЯ).