МЕТАЛЛУРГИЯ ЖЕЛЕЗА – Часть 44

Рис. 20. Изменение концентрации H2O для неизотермических условий и эндотер­мического процесса (обозначения — см. рис. 19)

Асимптоты параллельны равновесной линии, но расположе­ны выше последней. Кривые 1 и 2 пересекают равновесную линию в точках с координатами х~а/(аи + <р). В связи с этим восстановление вюстита водородом в отличие от оксида углерода возможно лишь в определенном объеме слоя, где фактическое содержания H2O ниже равновесного. Величина этого участка также зависит от типа процесса и с ростом и уменьшается. Таким образом, восстановление FeO оксидом углерода возможно по всей высоте шахтной печи, а водоро­дом— лишь в нижней ее части.

Формула (122) показывает, какие факторы влияют на ско­рость слоевого процесса. Чем дальше состав газа – восстановителя от равновесного, тем выше скорость процес­са, поэтому при проведении процесса восстановления шихты газом следует иметь в нем минимальное количество CO2 и H2O. Чем меньше критерий и (выше объемная скорость газа uX тем меньше доля окислителя, образующегося в ходе вос­становления. Однако чрезмерно высокое количество газа – восстановителя снижает экономическую эффективность про­цесса.

По кинетическим характеристикам водород превосходит °ксид углерода, и наблюдаемая константа скорости при Использовании водорода выше, что подтверждают многочис – Ленные лабораторные исследования. Однако при значениях ш, Ч-аа» 97 характерных для промышленных шахтных печей, по данным Н. Л.Гольдштейна с сотрудниками, из-за более быстрого приближения фактического содержания водяного газа к рав­новесному эти кинетические преимущества проявляются сла­бо. Существует мнение, что наилучшие результаты восста­новления в шахтных печах могут быть достигнуты при нали­чии в газе-восстановителе H2 и СО. При этом в области вы­соких температур восстановление ведется преимущественно водородом, а в средних и верхних зонах— оксидом углеро­да.

Показатели развития процессов восстановления

Степень восстановления и восстановимость материалов

Степенью восстановления железо­

Рудного материала называют отношение количества отнятого к данному моменту времени кислорода к начальному коли­честву всего кислорода оксидов железа. Необходимо отме­тить, что этот показатель является аналогом величины сте­пени превращения вещества, определяемой при твердофазной реакции. Это еще раз свидетельствует о близости этих про­цессов, а, как уже указано выше, после достижения опреде­ленной степени восстановления (40—50 %) процесс идет преимущественно по твердофазному механизму, т. е. скорость восстановления определяется скоростью перемещения вещест­ва в твердой фазе.

Восстановимость железорудного материала численно равна степени восстановления, достигаемой за определенный про­межуток времени процесса. Она характеризует способность железорудного материала с большей или меньшей скоростью отдавать кислород, связанный с железом, газообразному восстановителю. Чем выше восстановимость материала, тем меньше при прочих равных условиях время пребывания желе­зорудного материала в восстановительном агрегате. Таким образом, восстановимость — важное свойство железорудного материала.