МЕТАЛЛУРГИЯ ЖЕЛЕЗА – Часть 46

Прямое и непрямое восстановление *

При проведении восстановительной обработки в трубчатых печах, на конвейерных машинах, а также в ходе некоторых других высокотемпературных процессов в качестве восста­новителя используют различные виды твердого углерода. Образующийся при восстановлении оксидов железа твердым углеродом оксид углерода также участвует в восстановле­нии. В связи с этим по аналогии с доменным процессом имеет смысл говорить о прямом и непрямом вос­становлении оксидов. Однако в отличие от доменных печей определить развитие этих двух процессов по анализу отхо­дящего газа затруднительно из-за переменного количества газа в агрегате и изменений в его составе, не связанных с процессом восстановления. Поэтому степень развития прямо – Го и непрямого восстановления при переработке рудоуголь – h1jIx окатышей или восстановлении железорудных материалов в смеси с твердым топливом целесообразно определять в лабо­раторных условиях при восстановлении рудоугольной смеси в ‘оке нейтрального газа. Тогда степень непрямого восста­новления

Ri = 0,5С02/(С02 + 0,5СО).

Исследования показывают, что максимальное значение степени непрямого восстановления достигает 20—25%.

Особенности восстановления оксидов железа твердым углеродом в промышленных агрегатах

Скорость прямого восстановления зависит от природы оксида, природы и свойств восстановителя и других факто­ров. Следует отметить, что обе стадии реакции прямого восстановления (косвенное восстановление и реакция гази­фикации углерода) взаимосвязаны и взаимозависимы, так как развитие или замедление одной из стадий будет ускорять или замедлять другую реакцию, следовательно, саму себя.

Особенностью развития реакции является то, что при взаимодействии СО и CO2 с твердыми фазами на каждую моле­кулу CO2, образующуюся по реакции непрямого восстановле­ния, образуются две молекулы СО по реакции газификации. Такое развитие реакции должно было бы привести к очень быстрому изчезновению твердых тел (оксидов железа и твер­дого углерода), если бы каждая из образующихся молекул СО и CO2 вступала в реакцию. В действительности же этого нет. При создании хорошего контакта оксидов с углеродом (например, совместное перемешивание частиц вюстита разме­ром 1 мкм с сажей) наблюдается лавинообразное нарастание скорости восстановления.

Таким образом, при использовании твердого углерода эффективность процесса, как и при любой твердофазной реакции, зависит прежде всего от создания максимального контакта между восстановителем и восстанавливаемым окси­дом. Однако и при этом условии на процесс восстановления влияют другие факторы.

Влитие свойств твердого восстановителя * ‘**’

(140)

На процесс металлизации прежде всего влияют реакцион­ная способность восстановителя и содержание в нем лету­чих. Реакционная способность характеризует активность восстановителя по отношению к углекислому газу и чаше всего оценивается показателем 102

R = 0.5СО/(CO2 + 0,5СО),

Являющимся следствием реакции газификации углерода. Сле­дует учитывать, что R значительно зависит от температуры. Иногда реакционную способность оценивают количеством газифицированного углерода в единицу времени.

(141)

Реакционная способность восстановителя также значи­тельно зависит от величины поверхности частиц восстанови­теля. Поэтому измельчение восстановителя, положительно влияющее на скорость восстановления оксидов в результате резкого возрастания площади контакта восстановителя с твердым оксидом, оказывает дополнительное позитивное воз­действие на процесс, так как одновременно увеличивается реакционная способность восстановителя.

1,0

О 4 8 12 R, Нл/гс

‘и. 21. Влияние реакционной способности вос­становителей на относительное время восстанов­ления окатышей прн степени восстановления, %: ‘ – 50; 2 – 75; 3 – 90

Кокс, в качестве железорудного материала — коршуновский Концентрат.

Если принять за эталон время металлизации окатышей рУроугольным полукоксом, прокаленным при 600 0C W = Ю мл/(г • с)], то для исследованных восстановителей относительное время восстановления

Высказываемое ранее мнение о том, что при тонком измельчении восстановителей и при высокой температуре восстановления (выше 1000 0C) различие в реакционной спо­собности восстановителей не влияет на скорость металли­зации, видимо, следует считать необязательным. Известны результаты обстоятельных исследований, показывающих нали­чие связи между реакционной способностью восстановителя и скоростью восстановления (рис. 21). В качестве восстано­вителя использовали буроугольный полукокс и кузнецкий

ГIT0

Т = тэ(1,66 – 0,066R),

Где х — время восстановления до заданной степени металли­зации; тэ— то же, для эталонного восстановителя.