Восстановление железорудных расплавов газами
Восстановление оксидов железа из расплава газами (СО, H2 или их смесями) осуществляется путем их продувки через слой расплава или наоборот, путем ввода оксидов железа в высокотемпературную струю газа-восстановителя. Во всех случаях на границе раздела фаз газ-оксидный расплав при >1539 0C (температура плавления чистого железа) протекают реакции:
(FeO)p + СО = [Fe]cnjl + CO2, (246)
(FeO)p + H2 = [FeJciwi + H2O, (247)
Где (FeO)p – концентрация FeO в расплаве; [FeJcra – концентрация Fe в сплаве.
Поскольку реакции (246) и (247) подобны, ограничимся рассмотрением условий восстановления железа из расплава монооксидом углерода. Константа равновесия (Kp) для реакции (246) имеет вид:
Kp = P ‘P IP mP
Н rO. г ГП ‘ г Е. П * Г
ГДе ^Ve jPpeQ’ Pqq’ Pco ~ соответственно давления паров
(Fe и FeO) и газов (СО и CO2) при равновесии реакции
TOC \o «1-3» \h \z Значения d и р зависят от концентраций Fe FeO
(активностей) Fe и FeO в растворах:
PFe = ^FeV ^FeO = ^FeO » flFeO’
•Где и в® – давления паров железа и его. монооксида в Fe FeO г
Свободном состоянии (постоянные величины); а и а —
Подставив значения р^ и в уравнение для констан-
Fe FeO
Активность Fe и FeO соответственно в сплаве и расплаве Подставив значения ,
IbI равновесия, получили
P0 А р p0
Fe Fe CO2 pFeO Kp = —————– ИЛИ
P0 а р о0
FeO FeO СО ^Fe
Kp =
О P Fe CO2
О P FeO СО
Обозначив (Pfd0/PpJkр ~ после преобразований получили уравнение:
PC0J Pco = ^flFeO7flFex
Таким образом, равновесный состав газа при восстановлении оксидов железа из расплава зависит от температуры и соотношения активностей (концентраций) FeO и Fe в нем. С повышением температуры (величина К возрастает) увеличивается равновесное значение Pco Арсо> т-е – восстановление
Оксидов железа облегчается.
При неизменной температуре снижение концентрации FeO в расплаве, в результате его восстановления, и соответствующее повышение активности железа уменьшают равновесную величину Prr./Prr. i равновесный состав газовой фазы
UL>2 LU
Сдвигается в сторону увеличения концентрации СО и снижения CO2. Иначе говоря, чем ниже содержание FeO в расплаве, тем труднее его довосстанавливать и тем богаче восстановителем должна быть газовая смесь. Так, по данным И. Ю.Кожевникова, даже при восстановлении чистого расплавленного FeO (epe0 = 1) выход CO2 при 1600 0C не превышает
16 % и снижается по мере восстановления (при аре0 = 0,5
Концентрация CO2 в газе составляет 6 %).
Присутствие в расплаве других компонентов, входящих в состав пустой породы железных руд, еще в большей степени снижают выход CO2. Например, при 2 % SiO2 в системе FeO-SiO2 выход CO2 в ходе восстановления расплава изменяется от 14 до 6 %, а при 12 % SiO2 — соответственно от 8 до 6 %. В зависимости от содержания SiO2 степень восстановления железа из расплава может достигать 86—97 %• 264
При использовании в качестве восстановителя водорода, обладающего термодинамическими преимуществами перед СО при высоких температурах, выход H2O при восстановлении чистого монооксида железа достигает 51 %, однако также резко снижается по ходу восстановительного процесса (при в = 0,5 содержание H2O в газе составляет 26 %).
Таким образом, для обеспечения полного восстановления FeO из расплава необходим большой расход восстановительного газа, величина которого должна повышаться по мере снижения концентрации FeO. Так, для восстановления 1 т железа из железистосиликатного расплава при 1600 0C необходимо продуть через него 3000-6000 м3 СО. Удельный расход водорода также велик: при 1600 0C и в = 0,9 он