Эту зависимость авторы объясняют, главным образом, снижением температуры начала восстановления с ростом реакционной способности восстановителя и, следовательно, увеличением времени действительного протекания процесса. Однако нельзя исключать влияние интенсификации газификации восстановителя и увеличение прямого контакта между реагентами.
Следует отметить, что рост поверхности частиц не всегда является единственной и главной причиной увеличения реакционной способности восстановителя. В исследованиях Н. В.Панишева[8] установлено, что содержание щелочных и щелочноземельных металлов в золе топлива иногда воздействует более сильно, чем величина поверхности частиц восстановителя.
Влияние содержания летучих веществ (H2; CH4; СО) в восстановителе неоднозначно. Если летучие выделяются при повышенной температуре, они могут увеличивать скорость и достигаемую степень металлизации. Выделение летучих веществ при низких температурах мало влияет на процесс восстановления. Следует заметить, что рост содержания летучих веществ вызывает снижение доли нелетучего углерода в твердом восстановителе. Поэтому эффективность использования твердых восстановителей должна определяться экономическими расчетами с учетом стоимости и дефицитности используемого восстановителя.
(142)
Влияние температуры процесса
Зависимость времени восстановления для достижения заданной степени восстановления от температуры, по данным И. Ю.Кожевникова, представлена следующим уравнением:
А
Х = ———— + х’ = (A‘/Tn)(D–D‘) + х’, (143)
In(s/y)
Где х — продолжительность восстановления до степени восстановления 90 %, мин; t — температура, 0C; S и V — поверхность и объем окатыша диаметром D\ х’— продолжительность восстановления окатышей критического размера D’, мин; А, А’, п — коэффициенты
Первый член уравнения (143) учитывает влияние температуры и размера окатышей на продолжительность восстановления в условиях, когда внутри окатышей возникает температурный градиент, и тепловой поток определяет истинную температуру реакционного слоя. При критическом размере окатыша D’ реакция прямого восстановления оксидов железа протекает в изотермических условиях по всему объему окатыша. В этих условиях продолжительность процесса не зависит от размера окатышей и определяется законами химической кинетики. При D = D’
Х = х’= 1/60 к, (144)
Где к — константа скорости реакции FeO + С = Fe + + СО, с»1.
Экспериментальные данные показали, что зависимость можно представить в виде:
Т = (10ls/ts)(D – 5) + (1/60к). (145)
По данным авторов другой работы, п = 6, а не 5, а коэффициент А не имеет постоянного значения. В той же работе подтвержден общий вид уравнения (143), а зависимость времени восстановления от размера частицы имеет вид:
X = AD, (146)
Где А— коэффициент.
Критический размер окатышей, по данным той же работы, при 900 0C составляет 6,5-8 мм. С ростом температуры эта величина понижается.
Влияние давления
Исключительное влияние на процесс металлизации рудо – топливных окатышей оказывает давление газовой фазы. Повышение давления газовой фазы до 50—200 кПа при 1150—1200 0C приводит к росту степени металлизации до 80—95 %, которая в обычных условиях не достигает этого значения даже при температурах обжига 1250 0C (расход коксовой мелочи 10—15 %). При этом характерным является. то, что наиболее заметно на процесс металлизации влияет повышение давления до 50-100 кПа. Дальнейший рост давления (до 400 кПа) сказывается на металлизации окатышей незначительно. Зависимость степени металлизации от давления представлена как,
Чмет = кр»> (147)
Где 7}мет— степень металлизации, %; р— давление газовой фазы (избыточное), кПа; к и п — коэффициенты.
Существенно, что наблюдается большой рост абсолютного значения степени металлизации, которое иногда превышает величину, стехиометрически возможную для реакции Fe3O4+ 4C = 3Fe + 4CO.