МЕТАЛЛУРГИЯ ЖЕЛЕЗА – Часть 122

Составляет 835м3/т, а при снижении величины a^tQ до

0,34- уже 1525 м3/т.

Следует учесть, что при 1600 0C фактический объем газа увеличивается в 6—7 раз, что значительно усложняет техни­ческое решение задачи по организации высокоэффективного процесса извлечения железа из расплава при применении традиционных методов ввода в него тепла и газообразных восстановителей.

Экспериментальные исследования механизма и кинетики восстановления FeO из расплава газами свидетельствуют о том, что скорость процесса лимитируется диффузией FeO к поверхности раздела фаз газ-расплав. Причем скорость диф­фузии FeO определяется вязкостью расплава, которая, в свою очередь, зависит от содержания в нем FeO и темпера­туры. В случае, если на поверхности расплава образуется "ленка металлического железа, процесс восстановления мо­жет лимитироваться диффузией восстановителей и газообраз­ных продуктов реакции через металлическую пленку, толщина Которой будет определять скорость процесса.

Увеличение скорости восстановительного процесса воз­можно при существенном повышении реакционной поверхности газ—расплав. Об этом свидетельствуют эксперименты И. В.Чикуновой с соавторами. Они изучали зависимость ско­рости восстановления капель расплава FeO от температуры (рис. 50). До начала плавления FeO повышение температуры Приводило к увеличению скорости восстановления твердой

Рис. 50. Изменение степени восстановления FeO во времени при температурах, °С:

1- 900; 2- 1200; 3 – 1350; 4 – 1370; 5- 1420; б – 1450; 7 – 1380; 8- 1480; P – 1540; 10 – 1560; 11 – 1600

Частицы. При переходе через точку плавления оксида в интервале 1420—1480 0C скорость восстановления сначала снижалась, а затем резко возрастала. При 1S40 0C и выше степень восстановления 97—98 % достигалась за 0,1-0,4 мин.

Таким образом, лабораторные исследования показали, что при определенных условиях можно обеспечить высокую ско­рость восстановления FeO из расплава газообразными вос­становителями. Для этого необходимы низкая вязкость расп­лава, развитая реакционная поверхность газ—расплав, высо­кая температура и удаление с реакционной поверхности вос­становительного железа.

Восстановление железорудных расплавов i

Твердым углеродом

Восстановление железа из расплава твердым углеродом описывается реакцией

(FeO)p + Cni = [FeJcnjl + СО, 266

Или при взаимодействии FeO расплава с металлом, содержа­щим растворенный углерод:

(FeO)p + [С] = [Fejcnjl + СО. (249)

Образующийся монооксид углерода может восстанавливать FeO из расплава по реакции (246). В результате в газовую фазу переходит не только СО, но и CO2, которое при высо­ких температурах может взаимодействовать с углеродом по реакции:

CO2 + Ctb = 2С0. (250)

Таким образом, восстановление FeO из расплава твердым (или растворенным в металле) углеродом протекает через газовую фазу: реакции (248) и (249) сводятся к сумме реакций (246) и (250):

(FeO)p + СО = [Fejcnjl + CO2; (246)

CO2 + Ctb = 2С0; ‘ Lj (250)

(FeO)p + Ctb = [FeJcnn + СО. (248)

Следовательно, равновесие реакции (248) будет наблю­даться при тех же условиях, при которых одновременно на­ходятся в равновесии также реакции (246) и (250). Для реакции (250) равновесный состав газовой смеси при темпе­ратурах выше 1000 0C состоит почти из одного монооксида углерода, поэтому при избытке углерода в системе FeO-O-C и непрерывном удалении газообразных продуктов, реакции (248) и (249) необратимы, и процесс восстановления проте­кает только с образованием СО. Можно определить общее равновесное давление газовой фазы, достигаемой при вос­становлении углеродом FeO из расплава.