МЕТАЛЛУРГИЯ ЖЕЛЕЗА – Часть 38

Ранее полагали, что увеличение скорости газа- восстановителя интенсифицирует восстановление только в том случае, когда скорость восстановления контролируется внешней диффузией. Однако показано, что последнее не соответствует действительности. К. К.Шкодин объясняет это явление следующим образом.

При малых расходах газа концентрация восстановителя быстро падает, а концентрация продуктов восстановления также быстро растет, что определяет высокую степень использования химической энергии газа-восстановителя. С ростом расхода восстановительной смеси увеличивается от­ношение газа-восстановителя к количеству окисленного же­леза, концентрация восстановителя падает, а концентрация продукта восстановления растет в меньшей степени, чем при малых расходах газа. Наконец, при очень больших расходах газа концентрация продукта восстановления остается прак­тически неизменной и малой, а разность между текущим и равновесным содержанием восстановителя — максимальной, после чего дальнейшее увеличение расхода газа на скорость процесса восстановления не влияет. В связи с этим увели­чение количества газовой смеси действует на скорость вос­становления тем эффективнее, чем выше в смеси содержание окислителей. В связи с этим целесообразно в этом случае говорить о совместном влиянии расхода газа и концентрации восстановителей.

В общем случае скорость процесса восстановления зави­сит от величины эффективной реакционной поверхности твер-

83

О To ZO JO О 2,9 5,8 8,7 г, м/с СОг,%

Ряс. 13. Влияние скорости газа-восстановителя на степень восстановления магнетита водородом при 700 0C (цифры у кривой – время, мин)

Ряс. 14. Зависимость скорости восстановления агломерата от концентрации CO2 в смеси с СО (цифры у кривых — расход газа, л/ч)

•дого материала и концентрации реагирующего газа, избыточ­ной под равновесным значением, т. е.

V = gSsJcCCO – COp) = gS^KCOp2 – CO2), У J’ (112)

Где V — скорость восстановления, см3 СО/с; g — масса твердого вещества, г; к— константа скорости процесса, см/с; S30 (или S) — сумма наружной и доступной внутренней поверхностей, принимающих участие в процессе, см2/г; СО, CO2 и COp, СOf – текущие и равновесные содер­жания компонентов в газовой смеси, доли ед.

По мере восстановления изменяются поверхность материа­ла и ее свойства (так как меняется вид оксида), т. е. ме­няется произведение S • к, по той же причине непостоянна и равновесная концентрация газов. Уравнение (112) может быть использовано для оценки влияния состава газа на ско­рость процесса при любой, но постоянной, степени восста­новления. Рост концентрации CO1 в связи с СО при любых расходах газовой смеси с соответствии с уравнением приво­дит к линейному уменьшению скорости восстановления.

На рис. 14 приведены результаты восстановления пробы из кусков агломерата крупностью 3—5 мм с массой 50 г при 850 0C и степенью восстановления 20 % смесью СО + CO2. Характер кривых подтверждает, что между скоростью восста – 84 новления и содержанием в смеси газов существует линейная зависимость. Кривые сходятся в одной точке, соответствую­щей содержанию CO2 в смеси, равному 33%, что соответст­вует равновесному значению для FeO при 850 0C. Общность выявленной закономерности подтверждена опытами по газифи­кации углерода кокса смесью СО и CO2.