МЕТАЛЛУРГИЯ ЖЕЛЕЗА – Часть 47

Эту зависимость авторы объясняют, главным образом, снижением температуры начала восстановления с ростом реакционной способности восстановителя и, следовательно, увеличением времени действительного протекания процесса. Однако нельзя исключать влияние интенсификации газифика­ции восстановителя и увеличение прямого контакта между реагентами.

Следует отметить, что рост поверхности частиц не всег­да является единственной и главной причиной увеличения реакционной способности восстановителя. В исследованиях Н. В.Панишева[8] установлено, что содержание щелочных и щелочноземельных металлов в золе топлива иногда воздейст­вует более сильно, чем величина поверхности частиц вос­становителя.

Влияние содержания летучих веществ (H2; CH4; СО) в восстановителе неоднозначно. Если летучие выделяются при повышенной температуре, они могут увеличивать скорость и достигаемую степень металлизации. Выделение летучих ве­ществ при низких температурах мало влияет на процесс вос­становления. Следует заметить, что рост содержания лету­чих веществ вызывает снижение доли нелетучего углерода в твердом восстановителе. Поэтому эффективность использова­ния твердых восстановителей должна определяться экономи­ческими расчетами с учетом стоимости и дефицитности используемого восстановителя.

(142)

Влияние температуры процесса

Зависимость времени восстановления для достижения заданной степени восстановления от температуры, по данным И. Ю.Кожевникова, представлена следующим уравнением:

А

Х = ———— + х’ = (A‘/Tn)(DD‘) + х’, (143)

In(s/y)

Где х — продолжительность восстановления до степени вос­становления 90 %, мин; t — температура, 0C; S и V — по­верхность и объем окатыша диаметром D\ х’— продолжитель­ность восстановления окатышей критического размера D’, мин; А, А’, п — коэффициенты

Первый член уравнения (143) учитывает влияние темпера­туры и размера окатышей на продолжительность восстановле­ния в условиях, когда внутри окатышей возникает темпера­турный градиент, и тепловой поток определяет истинную температуру реакционного слоя. При критическом размере окатыша D’ реакция прямого восстановления оксидов железа протекает в изотермических условиях по всему объему ока­тыша. В этих условиях продолжительность процесса не зави­сит от размера окатышей и определяется законами химичес­кой кинетики. При D = D’

Х = х’= 1/60 к, (144)

Где к — константа скорости реакции FeO + С = Fe + + СО, с"1.

Экспериментальные данные показали, что зависимость можно представить в виде:

Т = (10ls/ts)(D – 5) + (1/60к). (145)

По данным авторов другой работы, п = 6, а не 5, а коэффициент А не имеет постоянного значения. В той же ра­боте подтвержден общий вид уравнения (143), а зависимость времени восстановления от размера частицы имеет вид:

X = AD, (146)

Где А— коэффициент.

Критический размер окатышей, по данным той же работы, при 900 0C составляет 6,5-8 мм. С ростом температуры эта величина понижается.

Влияние давления

Исключительное влияние на процесс металлизации рудо – топливных окатышей оказывает давление газовой фазы. Повы­шение давления газовой фазы до 50—200 кПа при 1150—1200 0C приводит к росту степени металлизации до 80—95 %, которая в обычных условиях не достигает этого значения даже при температурах обжига 1250 0C (расход коксовой мелочи 10—15 %). При этом характерным является. то, что наиболее заметно на процесс металлизации влияет повышение давления до 50-100 кПа. Дальнейший рост давле­ния (до 400 кПа) сказывается на металлизации окатышей не­значительно. Зависимость степени металлизации от давления представлена как,

Чмет = кр"> (147)

Где 7}мет— степень металлизации, %; р— давление газовой фазы (избыточное), кПа; к и п — коэффициенты.

Существенно, что наблюдается большой рост абсолютного значения степени металлизации, которое иногда превышает величину, стехиометрически возможную для реакции Fe3O4+ 4C = 3Fe + 4CO.