Прямое и непрямое восстановление *
При проведении восстановительной обработки в трубчатых печах, на конвейерных машинах, а также в ходе некоторых других высокотемпературных процессов в качестве восстановителя используют различные виды твердого углерода. Образующийся при восстановлении оксидов железа твердым углеродом оксид углерода также участвует в восстановлении. В связи с этим по аналогии с доменным процессом имеет смысл говорить о прямом и непрямом восстановлении оксидов. Однако в отличие от доменных печей определить развитие этих двух процессов по анализу отходящего газа затруднительно из-за переменного количества газа в агрегате и изменений в его составе, не связанных с процессом восстановления. Поэтому степень развития прямо – Го и непрямого восстановления при переработке рудоуголь – h1jIx окатышей или восстановлении железорудных материалов в смеси с твердым топливом целесообразно определять в лабораторных условиях при восстановлении рудоугольной смеси в ‘оке нейтрального газа. Тогда степень непрямого восстановления
Ri = 0,5С02/(С02 + 0,5СО).
Исследования показывают, что максимальное значение степени непрямого восстановления достигает 20—25%.
Особенности восстановления оксидов железа твердым углеродом в промышленных агрегатах
Скорость прямого восстановления зависит от природы оксида, природы и свойств восстановителя и других факторов. Следует отметить, что обе стадии реакции прямого восстановления (косвенное восстановление и реакция газификации углерода) взаимосвязаны и взаимозависимы, так как развитие или замедление одной из стадий будет ускорять или замедлять другую реакцию, следовательно, саму себя.
Особенностью развития реакции является то, что при взаимодействии СО и CO2 с твердыми фазами на каждую молекулу CO2, образующуюся по реакции непрямого восстановления, образуются две молекулы СО по реакции газификации. Такое развитие реакции должно было бы привести к очень быстрому изчезновению твердых тел (оксидов железа и твердого углерода), если бы каждая из образующихся молекул СО и CO2 вступала в реакцию. В действительности же этого нет. При создании хорошего контакта оксидов с углеродом (например, совместное перемешивание частиц вюстита размером 1 мкм с сажей) наблюдается лавинообразное нарастание скорости восстановления.
Таким образом, при использовании твердого углерода эффективность процесса, как и при любой твердофазной реакции, зависит прежде всего от создания максимального контакта между восстановителем и восстанавливаемым оксидом. Однако и при этом условии на процесс восстановления влияют другие факторы.
Влитие свойств твердого восстановителя * ‘**’
(140)
На процесс металлизации прежде всего влияют реакционная способность восстановителя и содержание в нем летучих. Реакционная способность характеризует активность восстановителя по отношению к углекислому газу и чаше всего оценивается показателем 102
R = 0.5СО/(CO2 + 0,5СО),
Являющимся следствием реакции газификации углерода. Следует учитывать, что R значительно зависит от температуры. Иногда реакционную способность оценивают количеством газифицированного углерода в единицу времени.
(141)
Реакционная способность восстановителя также значительно зависит от величины поверхности частиц восстановителя. Поэтому измельчение восстановителя, положительно влияющее на скорость восстановления оксидов в результате резкого возрастания площади контакта восстановителя с твердым оксидом, оказывает дополнительное позитивное воздействие на процесс, так как одновременно увеличивается реакционная способность восстановителя.
1,0
О 4 8 12 R, Нл/гс
‘и. 21. Влияние реакционной способности восстановителей на относительное время восстановления окатышей прн степени восстановления, %: ‘ – 50; 2 – 75; 3 – 90
Кокс, в качестве железорудного материала — коршуновский Концентрат.
Если принять за эталон время металлизации окатышей рУроугольным полукоксом, прокаленным при 600 0C W = Ю мл/(г • с)], то для исследованных восстановителей относительное время восстановления
Высказываемое ранее мнение о том, что при тонком измельчении восстановителей и при высокой температуре восстановления (выше 1000 0C) различие в реакционной способности восстановителей не влияет на скорость металлизации, видимо, следует считать необязательным. Известны результаты обстоятельных исследований, показывающих наличие связи между реакционной способностью восстановителя и скоростью восстановления (рис. 21). В качестве восстановителя использовали буроугольный полукокс и кузнецкий
ГIT0
Т = тэ(1,66 – 0,066R),
Где х — время восстановления до заданной степени металлизации; тэ— то же, для эталонного восстановителя.