МЕТАЛЛУРГИЯ ЖЕЛЕЗА – Часть 40

Состав газа-восстановителя влияет и без изменения рас­хода или скорости. Эта зависимость описана во многих ра­ботах. Ниже приведены данные М. М.Лейбовича по сравнитель­ному влиянию СО и H2 в смеси с добавками инертного газа (800 0C) (числитель – газ-восстановитель СО; знаменатель — H2; т— время, необходимое для достижения степени вос­становления 90%):

Доля азота, % …. 80 60 40 20

Т, мин…………………………………………… 90/65 65/22 45/15 37/5

Увеличение содержания в смеси нейтрального газа замет­но снижает скорость восстановления как за счет снижения концентрации газа-восстановителя, так и за счет диффу­зионных затруднений при подводе восстановителя к поверх­ности восстанавливаемого материала.

Большое число исследований посвяшено сравнению резуль­татов восстановления водородом и оксидом углерода. Водо­род по отношению к оксидам железа является более энергич­ным восстановителем, чем СО, как при низких, так и нрм высоких температурах. Это очень важно, так как в печи вдуваются газообразные и жидкие углероды, что приводит к значительному росту доли водорода в газе доменной печи.

Изменение состава газа-восстановителя, как и других условий, неодинаково влияет на скорость восстановления материалов с различной структурой. Увеличение интенсив­ности диффузионного обмена в объеме пор при повышении содержания водорода в восстановительной смеси должно в большей мере ускорять восстановление тех материалов, в которых большее число пор, недоступных воздействию оксида Углерода (в условиях опытов К. К.Шкодина это поры радиусом 15—25 нм). Для проверки специально исследовали агломе­раты А, в которых нет пор радиусом <25 нм, и Б, в кото-

87

Таблица 7. Влаянне водорода на свойства различных агломератов

Скорость вое – Концентрация водорода в смеси с оксидом углерода, %

Становления, ———————————————————————————–

Мг 02/мин О 0,2 0,7 2,7 6,0 9,0 29,2 49,5

D^ 0,3 0.8 3.5 8.8 14.0 45.8 82,8

Водородом – tT a ItT TsT I^cT "79^

Оксидом угле – [6]‘° 31Л. 90,5 1Q1,0 1Q4.Q MA.

Оксидом угле 134 0 133 0 Q 13Q Q ns Q ^0 g2 Q Рода

Ofillla, Ь1Л – 67,2 94_ JMJ_______ 134,2 JLLSJ

Щ 134,0 133,4 133,3 134,8 135,5 135,7 141,0 145,2

Примечание. Числитель — агломерат Б; знаменатель — А.

Uflnbtue градиента CO2, а градиент водорода в

Jm /м – Ъ раза меньше градиента H2O. При этом уста – HjO H2

Новится равенство обоих потоков (восстановительного газа и продуктов восстановления), а скорость диффузии в порах будет определяться наиболее медленным звеном- диффузией газообразных продуктов восстановления. В связи с этим при восстановлении смесями различных составов водорода и оксида углерода молекулы H2 и H2O двигаются в порах быст­рее, чем молекулы СО и CO2 в ^Mqq /Mh q = 1,56 раза.

В результате ускорения диффузии в порах при увеличении содержания водорода в смеси с СО концентрация восстанови­теля на поверхности пор увеличивается. Концентрация же восстановителя на межфазной поверхности определяется условиями равновесия, поэтому практически не зависит от состава восстановительного газа.

Таким образом, для агломерата А, у которого поверх­ность всех пор доступна воздействию оксида углерода, при повышении концентрации водорода в исходной смеси процесс восстановления будет проходить на той же поверхности, но с большей скоростью, из-за роста градиента концентрации в слое продуктов восстановления. Для агломерата Б рост кон­центрации водорода приводит не только к ускорению диффу­зии через слой твердых продуктов восстановления, но и к увеличению поверхности пор, жоступных воздействию газа – восстановителя. Чем больше доля этих мелких пор, тем больше возрастает скорость восстановления от добавки водорода. Образующийся при восстановлении водяной пар реагирует в крупных порах с СО по реакции H2O + СО = = H2 + CO2 и вновь переходит в водород. Многократное участие молекул водорода в процессе восстановления приво­дит к увеличению степени восстановления.

Влияние структуры и свойств оксидов железа и типа железосодержащих соединений на скорость восстановления

Ранее уже отмечалось, что нестехиометричность вюстита существенно влияет на его восстановимость. Из рис. 8 вид-