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.