МЕТАЛЛУРГИЯ ЖЕЛЕЗА – Часть 49

Где а — количество выделившегося сажистого углерода, %; х — время, мин; тик — константы выделяют начальный линейный период т ~ 1 и второй период, где т —*¦ 0,5. Эти данные показывают, что в начале реакции, когда на поверх­ности гранул много активных центров, скорость реакции лимитируется скоростью химического звена процесса. С раз­витием реакции все больше центров блокируется, и газ дол­жен диффундировать через поверхностный слой сажистого углерода на металле. Таким образом, лимитирующей стадией на заключительном этапе процесса является диффузионное звено, что и подтверждает величины показателя степени т.

Выше 850-900 0C выделение сажистого углерода из газа, содержащего СО или смесь СО + H2, практически прекращает­ся, а максимум скорости выделения углерода соответствует 500-600 0C.

Таким образом, конечное содержание углерода в губчатом железе зависит, главным образом, от количества сажистого углерода, выделившегося при низких температурах. Отметим, что в ряде случаев для увеличения количества углерода в губчатом железе используют низкотемпературное разложение метана:

CH4 = С + IH2. (152)

Однако это требует дополнительного расхода природного газа на процесс металлизации.

На процесс выделения сажистого углерода и науглерожи­вания металлического железа влияет ряд факторов. Крэме температуры, это прежде всего состав газа – восстановителя. Очевидно, что увеличенная доля окисли­телей снижает скорость и конечную величину науглерожива­ния. Однако в связи с тем, что доля окислителей в газе – восстановителе невелика, основное значение приобретает соотношение в газе-восстановителе СО и H2. Опытные данные показывают, что при 700 0C и выше лучшему науглероживанию соответствует восстановительная смесь, состоящая из 50%СО и 50% H2 (см. рис.23), а при <7000C – смесь, состоящая из 75% СО и 25% H2.

На процесс разложения СО и выделение сажистого угле­рода существенно влияет состав руды, подвергающейся Металлизации, и прежде всего количество CaO в шихте.

109

Исследования, проведенные в МИСиС, показали, что добавки CaO или CaCO3 оказывают значительное ускоряющее воздейст­вие на процесс низкотемпературного науглероживания. Ана­логичного явления для других соединений щелочно-земелъных металлов (BaO; BaCO3; MgO; MgCO3) не обнаружено. Необхо­димо отметить, что содержание SiO2 в шихте на процесс науглероживания не влияет, поэтому эффект от ввода флюса связан с абсолютным количеством введенного CaO, а с ос­новностью шихты. Влияние добавок CaO на содержание угле­рода в губчатом железе приведено на рис. 24.

Рнс. 24. Влияние добавок флюса на процесс науглероживания губчатого железа: I – 6,9 % CaO; 600 0C; 2- 4,6%СаО; 600 0C; 3- 0%Са(); 600 0C; 4- 6,9 % CaO; 900 0C; J – 4,6 % CaO; 900 °С; б – 0 % CaO; 900 0C

Fmc. 25. Влияние пористости металлизованных окатышей на науглероживание

Предполагают каталитическое воздействие оксида кальция на реакцию выделения сажистого углерода. На содержание углерода в губчатом железе влияет также размер куска руд­ного материала и его пористость. Влияние пористости отра­жено на рис. 25. При низкой пористости содержание углеро­да в металлизованном материале связано с содержанием ме­таллического железа, при высокой— связано с максимальны­ми скоростями выделения сажистого углерода. Размер рудно­го куска влияет в обратную сторону в сравнении с величи­ной пористости кусков.