Влияние H2O и CO2 на окись углерода

Влияние паров воды и двуокиси углерода на ход восстановления железорудных материалов доменной плавки водородом и окисью углерода изучалось рядом исследователей. Однако многие вопросы выяснены недостаточно полно. Стальхано и Мальберг установили, что добавки СОг к смесям СО и Н2 тормозят восстановление.

Эффект торможения ослабляется с увеличением концентрации водорода. Авторы полагают, что замедление восстановления обусловлено не только CO2, но и водяным паром, возникающим по реакции водяного газа. Бон и др., напротив, получили, что небольшие добавки паров воды (от 0,3 до 2%) к СО в смеси с 2 2,5% CO2 при 650 750°С могут даже несколько ускорять восстановление, а при 850°С замедляют процесс. Опыты проводили на замкнутой циркуляционной установке без накопления в газе продуктов реакции.

Основным показателем скорости процесса служило измеренное в опытах суммарное количество CO2, образующейся по различным реакциям. Эти опыты содержат методическую погрешность. При наличии в газе СО и H2O определенное развитие получает реакция водяного газа, также дающая некоторое количество CO2. Отсутствие расчленения этого количества по разным реакциям могло приводить к ошибочным выводам. М. С. Челышев повторил опыты Бона и получил аналогичные результаты.

Добавление к сухой смеси CO-j-N2 0,61 % H2O дало некоторое замедление процесса, а добавление больших количеств H2O (0,9 и в особенности 2,3%) его ускорение. Здесь, по-видимому, так же как в работе, скорость восстановления определяли по общему количеству образующейся CO2 без учета степени развития реакции водяного газа, что также могло отразиться на оценке результатов опытов. Установлено, что водяной пар во всех случаях тормозит восстановление и чем выше его концентрация, тем сильнее эффект торможения.

При низких температурах (400 500°С) процесс восстановления прекращается задолго до наступления равновесия, причем восстановление Fe203 замедляется значительно сильнее, чем восстановление Fe304. С ростом температуры эффект торможения существенно ослабляется в особенности для Fe203, для которой H2O уже при 800°С не влияет на ход восстановления. Подобная (картина наблюдалась при добавлении H2O и CO2 к окиси углерода.

Именно эта величина и должна служить основным параметром газового потока. Отсюда значение массовых скоростей, принятых в работах, близких по величинам к наблюдаемым в доменных печах, следует считать обоснованными. В числитель критерия подобия слоевого процесса входит коэффициент скорости, отнесенный к единице объема слоя.

Величину же можно приблизительно принять обратно пропорциональной линейному размеру кусков d. Для сохранения величины критерия подобия и необходимо, таким образом, при увеличении k в результате уменьшения крупности одновременно пропорционально увеличивать и массовую скорость газового потока. В современных условиях объемная скорость для доменной печи в целом составляет примерно 120 150 м3/ч на 1 м3 полезного объема.

Железорудные материалы занимают только часть объема печи, и время контакта газов с этими материалами в каждой температурной области меньше, чем в среднем для всей печи. Поэтому в опытах объемную скорость следует соответственно увеличить. С учетом изложенного, а также принимая, что до 900°С степень восстановления материалов составляет 50%, применили следующий режим опытов: объем навески 2,7 см3, объемная скорость газа 38 мл/(мин-см3)у длительность выдержки при каждой температурной остановке 21 мин.

Эти условия обеспечивают не большее, чем в среднем для доменной печи, время контакта газов с железорудными материалами при каждой температуре и общую продолжительность опытов, не меньшую, чем время пребывания материалов в печи до температур 900°С. Состав газа варьировали в широких пределах, но в основу приняли смесь 40% CO-f-60% N2. Заблаговременно готовили смеси заданного состава из газов, не растворяющихся в воде (СО, N2, H2), которым заполняли соответствующие маностаты.

Двуокись углерода вводили в смесь из специального маностйта через тщательно отградуированный реометр, а водяной пар непосредственно перед реакционной печью с помощью увлажнителя сатураторного типа надежно обеспечивавшего заданную влажность газа. В опытах необходимо было по возможности точнее раздельно учитывать долю кислорода, отнимаемую от окислов железа окисью углерода и водородом, а также степень развития побочных реакций распада окиси углерода и водяного газа.

Использование для подобных целей двух или трех реометров дает заметные погрешности, а обработка результатов измерений получается громоздкой и недостаточно надежной. В опытах применили весовой метод определения в отходящих газах количеств H2O и СОг. Кроме того, учитывали объемные изменения газов в результате реакций.

Причем углекислый газ в отличие от водяного пара почти не тормозил восстановление гематита. Авторы приходят к выводу о том, что в системе СО H2O реакция водяного газа близка к равновесию и при большом избытке СО газовая смесь почти не содержит водяного шара. В работах подтверждены выводы: восстановление Fe203 при 400°С водородом сильно замедляется парами воды, значительно слабее действуют добавки CO2 при восстановлении окисью углерода.

Восстановление одним реагентом Fe304 до FeO при 600 и 800°С по мере накопления в газовом потоке H2O или CO2 соответственно замедляется парами воды несколько сильнее, чем двуокисью углерода. Ступень восстановления FeO Fe при 600°С тормозится двуокисью углерода больше, чем парами воды; при 800°С различия между влиянием CO2 и H2O не обнаружено.

Таким образом, во всех случаях отмечается замедляющее действие двуокиси углерода в системе CO2 СО и водяного пара в системе H2O Н2. Гораздо меньше изучена1 роль водяного пара в системе H2O СО и данные различных авторов разноречивы. Кроме того, исследования обычно .проводились с чистыми препаратами, при постоянных температурах и в условиях, ограничивающих накопление газообразных продуктов реакции в слое.

    Пока нет новостей