Процесс в условиях доменной печи

Особенности процесса в условиях доменной печи: В отличие от лабораторных опытов с тщательно перемешанными порошками углерода и окисла в вакууме, в токе нейтрального газа или при небольших добавках восстановителей высокотемпературное восстановление окислов железа с участием твердого углерода в доменной печи характеризуется следующими особенностями:

Процесс протекает в токе газа с высокими концентрациями окиси углерода и водорода, возникающих в основном в окислительных областях горна печи независимо от стадий газификации углерода при прямом восстановлении, от реакций.

Поэтому стадии косвенного восстановления протекают независимо от стадий газификации и реакции нельзя рассматривать как звенья, последовательно сопряженные с реакциями. Реакции газификации углерода, напротив, последовательно сопряжены с реакциями косвенного восстановления, поскольку реагирующие с твердым углеродом углекислый газ или водяной пар возникают только по этим реакциям.

Например, вряд ли можно утверждать, что суммарный процесс восстановления в доменной печи лимитируется реакцией. Следовательно, температура начала прямого восстановления в доменной печи должна приближаться к температурам начала интенсивной газификации углерода кокса и должна быть выше, чем в опытах с порошками. Почти вся двуокись углерода (или водяной пар), образующаяся в слое окисла, исчезает в слое кокса.

На скорость ступени FeO Fe большое влияние оказывает образующееся при восстановлении металлическое железо и его "контакт с твердым углеродом.. Железо ускоряет газификацию углерода углекислым газом и, следовательно, суммарный процесс восстановления.

В последующих работах изучалось в аналогичных условиях комплексное восстановление различных агломератов газовыми смесями и твердым углеродом. В опытах с коксом в токе азота при 1000°С в зависимости от степени измельчения кокса степень восстановления за один час составляла всего 7 17%. Введение окиси углерода, а в особенности водорода значительно ускоряло восстановление. Авторы полагают, что эти газы не только совершают непосредственную восстановительную работу, но и интенсифицируют газификацию твердого углерода.

С последним вряд ли можно согласиться, так как СО и Нг тормозят процесс газификации углерода. В отличие от перечисленных работ в исследованиях А. М. Зайцева и М. А. Стефановича эксперименты проводили с кусковыми материалами. В работе кусочки руды и древесного угля или кокса лежали рядом в лодочке, над которой пропускали ток окиси углерода при переменной температуре от 400 до 1200°С.

В присутствии древесного угля прямое восстановление начиналось при 750°С, но лишь при 900°С процесс получал интенсивное развитие; в присутствии кокса эти температуры выше: 950 и 1100°С соответственно. Вплоть до 1200°С при общей продолжительности опыта 150 мин процесс был далек от завершения в присутствии кокса степень восстановления бурого железняка достигала 75, а магнитного железняка 47%. Условия опытов в работе были гораздо ближе к наблюдаемым в доменной печи.

Агломерат и кокс крупностью 6 10 мм загружали в вертикальную реакционную трубку перемежающимися слоями, через которые пропускали генераторный газ с такой же массовой скоростью, как и в доменных печах, температуру в печи постепенно повышали от 750 до 1160°С. Восстановление начиналось при 800° С, но лишь при 1000°С наблюдалось заметное увеличение скорости процесса. Таким образом, температура начала ощутимого участия твердого углерода в процессах восстановления существенно зависит от вида углеродистого материала, степени его измельченности и смешанности с окислами.

Суммарным результатом является прямое восстановление на каждый моль восстановленного железа расходуется один моль твердого углерода. В слое кокса исчезает только часть углекислого газа или водяного пара, возникающего в слое окисла.

В этом случае можно пренебречь реакциями газификации углерода и считать, что протекает только непрямое восстановление. Соотношение скоростей реакций и, следовательно, тип восстановительного процесса во многом зависит от температуры. Кажущаяся энергия активации реакций восстановления окислов железа окисью углерода и водородом (16 20 ккал/моль) значительно меньше, чем у реакций газификации углерода (45 55 ккал/моль) и величина возрастает с температурой гораздо интенсивнее, чем ki.

На графике отмечены условные температурные границы различных типов восстановления: ниже реализуется непрямое, в интервале Т Т2 смешанное, а выше Т2 прямое восстановление. Б. И. Китаев впервые дал примерную количественную оценку состава газа, получающегося в доменной печи при прямом восстановлении.

Отсюда делается вывод: в области высоких температур в газах доменной печи возможны высокие концентрации превышающие равновесные для реакции. Однако полученные значения концентраций CO2 по-видимому, завышены. В нижнюю часть лечи рудные материалы приходят с вышкой- степенью восстановления и величина реакционной поверхности в твердых фазах и концентрация окислов железа в расплавах существенно уменьшаются. Все это ведет к значительному уменьшению F и концентрации CO2 в газе.

Предлагаем посмотреть другие страницы сайта:
← Водород и степень прямого восстановления | Температурные границы →

#РЕКОМЕНДУЕМОЕ:

#ПОДЕЛИТЬСЯ: