Восстановимость железорудных материалов

Методики макрокинетических исследований можно разбить на две группы. В первой условия экспериментов стремятся приблизить к условиям доменной печи, для чего используют в качестве восстановителя окись углерода в смеси с СОг при переменной температуре, восстановление ведут натуральным доменным или генераторным газом, применяют противоточную установку или установки с регулируемыми параметрами (температуры и состава газа) в стационарном слое из натуральной доменной шихты и т. п.

Исходя из общеизвестного факта существенного влияния структуры материала на скорость восстановления, как правило, используют кусковые пробы. Усложнения экспериментов не позволяют, однако, воспроизвести всю совокупность явлений, происходящих в доменных печах.

Более того, показана принципиальная невозможность всестороннего моделирования гетерогенных каталитических реакций вследствие несовместимости условий подобия, протекающих при этом химических, газодинамических и тешюобменных процессов, В доменной печи положение осложняется химическими превращениями не только газов, но и конденсированных фаз. Попытки имитировать реальный доменный процесс неизбежно сопряжены с "не всегда оправданными усложнениями эксперимента. Это относится, например, к выбору крупности материала для определения восстановимое.

Пробы однородной и неоднородной кусковагости так или иначе не отвечают, в особенности для агломерата, даже среднему гранулометрическому составу материалов, поступающих в доменные печи. Как показано в работе, применяемые обычно пробы агломератов недостаточно представительны по химическому составу и чем крупнее куски, тем менее представительны пробы. Во второй группе исследований решаются только отдельные вопросы, в частности получение данных о сравнительной восстановимое железорудных материалов.

Здесь стремятся к возможно большей стандартизации и к упрощению условий экспериментов: изотермичность, использование водорода. Это позволяет наиболее отчетливо оценивать влияние отдельных факторов на скорость восстановления и приводит к сравнительно простым установкам. Результаты исследований, касающихся влияния состава газа на скорость восстановления, будут обсуждены в дальнейшем. Здесь ограничимся рассмотрением важнейших факторов, определяющих восстановимость агломератов.

Переход к спеканию офлюсованной шихты и повышение до определенных пределов ее основности сопровождается улучшением восстановимое агломератов. Это явление часто объясняют следующим. По мере введения в шихту окиси кальция взамен фаялита образуются железо-кальциевые ортосиликаты и происходит вытеснение из них окислов железа. В результате увеличивается "концентрация" свободных окислов железа в агломерате и растет восстановимость. Как показано в работах автора, данная "фаялитовая" теория не имеет надлежащего обоснования. Во-первых, зависимость между восстановимостью и основностью агломератов неоднозначна.

Введение в агломерационную шихту известняка, в особенности небольших количеств, сопровождается значительным увеличением степени окисленности агломератов при спекании любых типов руд. Для большого количества разнообразных агломератов установлено, что между восстановимостью и степенью окисленности, которую удобней всего оценивать долей двухвалентного железа Fe2+/Fe06iib корреляция значительно выше, чем между восстановимостью и основностью.

Такая же картина подтверждается другими данными, например при изучении восстановления агломерата в виде порошка и кусков 17 мм в токе водорода или при восстановлении агломерата крупностью 10 20 мм в токе смеси 40% СО + 60% N2 и др. Таким образом, улучшение восстановимое агломератов по мере офлюсования во многих случаях связано не столько с самим фактом повышения основности, сколько с сопутствующим явлением повышением степени окисленности железа.

Во-вторых, фаялитовая теория несостоятельна и по теоретическим -соображениям. Однако эти соображения вряд ли можно использовать для объяснения поведения агломератов при непрямом восстановлении в доменной печи: В приведенных примерах речь идет о гомогенных расплавах. К ним применимы понятие концентрация, в частности концентрация "свободных" окислов, возрастающая при повышении основности до определенного предела, и закон действия масс в простейшей форме.

Твердый агломерат, напротив, представляет собой существенно гетерогенную систему, для которой понятие "концентрация" свободных окислов и закон действия масс (в виде функции скорости от такой концентрации) утрачивают смысл. Возникающие взамен фаялита железо-кальциевые оливины так же трудно восстановимы, как и фаялит. Кроме того, при офлюсовании и повышении основности одновременно растет общая масса шлаковой составляющей агломерата, а количество связанных окислов железа в ней примерно одинаково в агломератах, сильно отличающихся по основности.

В шлаках содержится окислов железа несравненно меньше, чем в агломератах, и введение извести может заметно увеличить концентрацию свободных окислов. Напротив, в нормальных агломератах, содержащих не менее 75 в0% свободных окислов, относительное изменение их количества (но не действующей концентрации это понятие здесь не применимо) в результате офлюсования невелико. Количество кислорода в свободных окислах железа независимо от колебаний его содержания в связанных окислах составляет обычно не менее 85 90%.

С повышением температуры возрастает роль процессов, связанных с переходом восстанавливаемого вещества в газовую фазу, и механизм процесса постепенно меняется. При сверхвысоких (плазменных) температурах возможен так называемый двух стадийный механизм процесс складывается из термической диссоциации окисла и взаимодействия выделяющегося кислорода с восстановителем в газовой фазе. Однако в условиях доменной печи, даже в нижних ее частях, процесс, вероятней всего, протекает по адсорбционному механизму.

    Пока нет новостей