|
Бескоксовая металлургия железа - Кожевников И.Ю.Скачать (прямая ссылка):  кусковые руды и угли (пересыпающийся слой). Применение тонко- измельченных порошков руды н угля недопустимо вследствие возможного выноса их с отходящими газами. Итак, объективная возможность форсирования процесса вос- становления руд твердым углеродом, обусловленная его термоди- намическим анализом, не реализуется в промышленных процессах вследствие ряда неблагоприятных технологических условий. В слу- чае неравномерного случайного распределения кусков угля и руды значительная часть СО, образующаяся по реакции (11), не принимает участие в восстановительном процессе. Кроме того, в подобных условиях образующаяся С02 как продукт реакции косвенного восстановления окислов железа не будет полностью регенерировать СО. В результате в процессах производства губки или крицы необходим значительный избыток твердого углерода, в 2—3 раза превышающий теоретический его расход. При меньшем избытке нет гарантии образования восстановитель- ной среды с достаточной быстротой. Термодинамические и кинетические особенности восстановле- ния тонко измельченных смесей руды и угля в свободном и оку- скованном состоянии рассмотрены ниже. * По сравнению с теоретическим расходом для реакции восстановления Fc203 и FeO углеродом соответственно 0,321 и 0,214 кг/кг железа. ** Влияние общего давления газов на кинетические условия реакций пря- мого восстановления окислов металлов будет рассмотрено в гл. II раздела 3. 23 22 Согласно современным представлениям [19, 48, 58—61 ], реакции в смесях твердых веществ протекают через промежуточ- ные стадии, возникающие в результате появления газовой или жидкой фазы. Реакции прямого восстановления окислов железа и других металлов не являются исключением; эти реакции полу- чают развитие вследствие газификации твердого углерода. Бли- зость величин энергии активации реакций восстановления FeO, Сг203, МпО и ZnO твердым углеродом (44 000—49 ООО кал) [62, 63] и энергии активации реакции (11), изменяющейся для углей большинства равновидностей в пределах 40 000—51 600 кал [58, 64, 65], подтверждает, что реакция газификации твердого угле- рода определяет кинетику суммарного процесса МеО + С. Скорость газификации углерода углекислым газом зависит от присутствия в кусковом угле минеральных примесей, количества и состава золы, величины и характера пористости, скорости газо- вого потока и др. Поэтому для кусковых углей выявляются их «индивидуальные» свойства, которые находят выражение в ско- рости и величине энергии активации реакции газификации и, следовательно, восстановительной (реакционной) способности. Основное влияние на скорость газификации кускового угля при высоких температурах оказывают диффузионные процессы, в основном внутренняя диффузия *. Скорость горения углерода угля в токе С02 при высоких температурах приближенно описывается уравнением исо2 = 4л.Я2 VkD' V a?Pco,, (13) где Усоа — скорость реакции, моль/сек; R — радиус куска, см; k — константа скорости реакции, сек'1; а — удельная поверхность пор, см'2/см3; D' — коэффициент диффузии С02 от наружной поверхности л внутрь куска, моль/(см-сек2-am); ? — удельный объем пор, смъ/смъ; Рсо2 — парциальное давление С02 у наружной поверхности куска, am. Как следует из уравнения (13), скорость реакции газификации пропорциональна величине ]/сф, т. е. пористости угля. Другие «индивидуальные» свойства угля — физическое состояние угле- рода, совершенство кристаллов, размеры кусков и др. — также оказывают существенное влияние на процесс газификации, изме- няя абсолютные значения величин k и D'. Взаимодействие С02 с твердым углеродом происходит в не- сколько стадий. До 500°С происходит только адсорбция С02 на поверхности кристаллов графита. При 550—700° С адсорбция * Внешняя диффузия лимитирует процесс только при низких скоростях газового потока. 24 С02 сопровождается распадом непрочного кетонного комплекса (Сп)реш (О)адс- (СО)аДС с выделением молекулы СО. Только при 800—900° С одна молекула С02 дает две молекулы СО в соответ- ствии с реакцией (11). Влияние большого числа факторов на скорость газификации приводит к весьма сложным зависимостям, однозначное решение которых представляет известные трудности. В общем случае скорость газификации углерода, отнесенная к единице поверх- ности угля, не остается постоянной вследствие влияния внутрен- ней структуры и размера частиц. Установлено влияние размера частиц на выход окиси углерода при 970° С для угля различных сортов [66]. Для малых частиц (?? = 0,5-7-2,0 мм) древесного и электродного угля, а также антрацита выход СО практически одинаков и составляет около 100%. При увеличении диаметра частиц выход СО снижается и обнаруживается зависимость от
Авторские права © 2011 BooksOnChemistry. Все права защищены. |
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
