МЕТАЛЛУРГИЯ ЖЕЛЕЗА – Часть 35

Формула Шкодина—Какаванди выведена для схемы с распо­ложением пор во всех направлениях, а результаты расчетов, как видно из рис. 9, не очень отличаются. Если {о«1 (fiR < 0,2), мы имеем дело с кинетическим режимом восста­новления, т. е. режимом, где общая скорость процесса лими­тируется скоростью собственно химической реакции. При этом режиме скорость процесса прямо пропорциональна внут­ренней поверхности и не зависит от размера пор, коэффи­циентов диффузии и размеров кусков материала.

При fiR > 15 осуществляется внутреннедиффузионный ре­жим. В этом случае общая скорость процесса зависит от крупности гранул железорудного материала, радиуса пор и коэффициентов диффузии газов.

При 0,2 < ft/? < 15 наблюдается переходный режим. Основ­ным недостатком этого показателя является то, что поры в куске железорудного материала имеют самые различные раз­меры, а в формулу (98) входит значение среднего размера пор – В связи с этим степень использования пор в одном куске может быть различной, а в полипористом материале одновременно могут иметь место разные режимы восстановле­ния. По С. Т.Ростовцеву, критерием является показатель * = 5 (102)

Где к – константа скорости химической реакции; D — коэф­фициент диффузии газа через поры; а – удельная поверх­ность пор; f$- удельный объем пор.

-IO3, С-‘

0 2 4 6 8 10 !2 JuB 0 0,2 OA 0,6 0,8 W

R, доли ед.

Fee. 9. Результаты расчета степени использования внутренней поверхности по Формулам Тиле (2) и Шкодина-Какаванди (2)

Рис. 10. Зависимость скорости восстановления v от степени восстановления R

При малых значениях S (< 0,1) процесс проходит в кине­тическом режиме, т. е. скорость восстановления лимитирует­ся скоростью химической реакции. При больших значениях S (>40) считают, что процесс идет в диффузионном режиме. Промежуточным значениям S соответствует переходная об­ласть. Считают, что при низких температурах восстановле­ния проявляется кинетический режим, а при высоких диффу­зионный.

Однако значение критерия S является весьма приближен – .ным. К. К.Шкодин справедливо отметил, что общий объем пор не может характеризовать диффузионного сопротивления, так как в порах разного диаметра механизм диффузии неодина­ков. Кроме того, в формуле (102) аир связаны зависи­мостью:

А = 2p/r, у ‘ ‘ f 5 (103)

Где г – средний радиус поры, поэтому в параметре S, види­мо, необходимо учитывать не объем и поверхность пор отдельно, а средний радиус пор.

Естественно, что показатель S имеет те же недостатки, которые были отмечены выше при оценке критерия fiR. Кроме того, оба они не могут характеризовать режим, где лимити­рующей стадией являются процессы в твердой фазе. Таким образом, можно сделать вывод, что эти показатели могут характеризовать лишь начальный этап процесса восстановле­ния.

TOC \o "1-3" \h \z По упрощенным связям в кинетической области процесса восстановления скорость восстановления (v) связана со степенью восстановления (R), т. е. /

V ~ (1 – R)2/3. , – . (104)

В области, лимитируемой диффузией в порах, s

‘ \ Ч

V – (1 ~ *)1/3 . . №)

1 – (1-Я)1/з * < < ‘

– – • ‘ .•¦ ‘ Учитывая, что в реальном процессе с ростом степени восстановления один режим переходит в другой, общее изме­нение скорости соответствует комбинации этих формул, ко­торая может быть упрощенно представлена зависимостью пер­вого порядка: