МЕТАЛЛУРГИЯ ЖЕЛЕЗА – Часть 121

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