<<
>>

3.4. Исследование восстановления железа окисью углерода из шлакового расплава

Рассматривая роль летучих компонентов в процессе РОМЕЛТ, необходимо знать характер поведения оксида углерода, количество которого может быть доста-точно большим, особенно в окисленных углях.

Для этого были проведены опыты по продувке низкожелезистого шлакового расплава окисью углерода.

Предварительно оценили термодинамическую возможность такого восстановления. Для этого сравнили значения кислородных потенциалов газовых смесей С0-С02 (при разных отношениях С0/С02) с кислородными потенциалами закиси железа при ее различных массовых концентрациях и активностях в шлаковом расплаве.

Рис. 13. Схема обработки результатов химического анализа проб железистого шлака

Выражение для расчета кислородного потенциала FeO имеет вид;

^ij(FeO) ~

+ 2RT In a(FeQ) ~2КТЫ а[Щ. (49)

$ Можно принять, что rt[Faj-l (влиянием на а^щ науглероживания железа оки

сью углерода пренебрегаем [71]) [72,73], Расчет активностей компонентов шлаковых расплавов №1 и 2, используемых в данных экспериментах, и шлака процесса РОМЕЛТ (2,5% FeO, Ca0/Si02=l,0) проводили по теории регулярных ионных растворов В.А. Кожеурова, а также по методике расчета активностей компонентов шлака как фазы, имеющей коллективную электронную систему, разработанной А.Г. Пономаренко. Результаты расчетов приведены в табл. 14. Таблица 14 шлак печи РОМЕЛТ шлак №1 шлак №2 (FeO), % (масс.) 2,5% 10% 5% температура, К 1673 1723 1773 1673 | 1723 1773 1673 1723 1773 активность FeO по теории В.А. Кожеурова 0,084 0,080 0,077 0,287 0,277 0,267 0,159 0,153 ОД 47 активность FeO

по теории

А.Г. Пономаренко 0,080 0,077 0,074 0,273 0,266 0,258 0,151 ОД 46 0Д42 среднее значение активности FeO 0,082 0,079 0,076 0.280 0,272 0,263 0Д55 0,150 0Д45 Результаты расчета активности FeO в шлаке

*

Для стандартных условий образования FeO по реакции Fe»: + 1/202 = Fe03,

изменение энергии Гиббса равно [44];

AG?0 = -239987 + 49,57 ¦ Т (Дж/моль 02). (50)

С учетом этого выражение (49) примет следующий вид: = -479974 + 99 Д4 • Т+2RT Ь а,

c(FeO)

%

(FeO) ' (5 1)

Аналогично получено выражение для определения кислородного потенциала

газовой смеси С0-С02:

^<со-со,) = "565390 + Т ¦ [Х75Д7 - 2R • 1п(Рс0 / PCOi)]. (52)

Парциальное давление окиси углерода в газовой смеси С0/С02, при котором

(и выше) жидкофазное восстановление FeO возможно, определяли при условии ж

'о(ВеО)

=х0ссо-со2) и фиксированной температуре: 5139,4

ехр

(ТеО)

+ 4,575 - In а, Рсо

(53)

5139,4 Т

1 + ехр

(FeO)

+ 4,575- In а.

Результаты расчетов для температур 1673 и 1773 К представлены на рис.14. При температуре шлака 1673 К для осуществления процесса восстановления железа из шлаковых расплавов с 2,5%; 5,0% и 10,0% FeO необходимо иметь в газовой смеси 98,2%; 96,7% и 94Д% СО, соответственно. А при температуре 1773К - 98,6%; 97,2% и 95,3% для тех же шлаков, соответственно.

кДж/моль 02 -300,0

94

a(FeO)=0,280

(Fe0)=10%

-350,0

a(FeO)=0,155

(FeO)=5%

а(ре0)=0,082

-400,0

(FeO)-2,5%

90

92

96

98 CO, % (объем.) II

-350,0 -

Рис.14. Кислородный потенциал (%„) газовых смесей СО-СО2 (-

кДж/моль 02

-300,0

a(FeO)=Os263

(Fe0)=10%

a(FeO)=0,15Q

(FeO)=5%

a(FeO)=0,076

(FeO)=2,5%

-400,0

98 CO, % (объем.)

90

94

96

92

—) в зависимости от содержания в них СО и кислородные потенциалы закиси железа при ее различных активностях (a(FeO)) в расплаве:

I-JM673K П-ТМ773 К Согласно проведенным расчетам, восстановление железа окисью углерода возможно только при очень низком содержании СО2 в газовой смеси. Поэтому для проведения опытов была взята чистая окись углерода (100% СО). Расход газа составлял - 6,2 л/(мин-кг). Во всех опытах продувка длилась 21 мин.

На рис.15, представлена типичная для данной серии опытов зависимость концентрации FeO от времени продувки (в данном случае для пглака с начальной концентрацией FeO 10%). Снижение концентрации FeO к началу периода продувки объясняется довольно длительным периодом нагрева (>100 мин), в результате которого часть материала тигля перешла в расплав. В результате обработки данных химического анализа, определили отсутствие восстановления и наличие незначительного растворения оксидов алюминия и кремния. За время продувки концентрация FeO снизилась незначительно, а суммарное содержание А12Оз + Si02 немного возросло (на 0,5%).

4) О

10 9,5 9 8,5 7,5

7 6,5 б

О

о4-

я

24

20

8 12 16 время продувки, мин Рис.

15. Зависимость концентрации FeO в шлаке от времени продувки окисью углерода

В работах [74,75] в экспериментах с продувкой (0,1 л/мин) низкожелезистых шлаков (0,53-5,70% Fe203, 0,07-0,30% FeO) газовыми смесями СО-Аг (1,5-51% СО) авторы отмечают малую величину степени использования СО — менее 6% (объем.). Опыты проводили при температурах 1350-1450°С. Величина скорости восстанов-

ления железа из FeO была близка к скорости восстановления из Fe203, поэтому можно сказать, что при имевшихся соотношениях Ре:;>Оз/РеО_7,6^132,3 на восстановление закиси железа шло незначительное количество окиси углерода - 0,05-Ю,70% (объем.) от общего объема СО, вдуваемого в расплав.

Авторы работы [76] исследовали возможность восстановления высокожелезистых шлаков при температуре 1873К путем обдува поверхности расплава окисью углерода. Было обнаружено, что скорость восстановления FeO из шлака при его концентрации в пределах 48-67% (масс.) не зависит от концентрации. При содержании FeO менее 48% скорость восстановления зависит от концентрации FeO и парциального давления СО. Используя представленное уравнение для вычисления скорости восстановления FeO из шлакового расплава с 67% FeO, была рассчитана доля окиси углерода, участвующая в восстановлении (©со)- В условиях эксперимента она составила 3,35% (объем.). Такой же расчет был сделан и для шлака с 47% FeO. В этом случае соСсг 2,6%. Для определения <вСо при продувке шлака с 10% FeO чистой окисью углерода использовали уравнение, представленное в работе [76] дня шлака с содержанием FeO менее 48%. Было получено, что при температуре 1773К и расходе газа на обдув аналогичной поверхности расплава 1,67 л/мин, оосо составит всего 0,47% (объем.).

В результате проведенных опытов установлено, что доля окиси углерода летучих компонентов угля, участвующая в процессе жидкофазного восстановления близка к нулю. Анализ литературных данных по продувке железосодержащих шлаковых расплавов СО показал, что далее при высоких концентрациях FeO в шлаках степень использования СО невелика. Данных по продувке шлаков аналогичных шлакам процесса РОМЕЛТ (2-3% FeO) не удалось обнаружить в литературе. Однако применение некоторых кинетических уравнений, полученных для высокожелезистых шлаков, к шлакам с 2,5% FeO показывает, что величина ©со ничтожно мала. Так, согласно работе [76], при использовании такого шлака сйсо<0Д%. В расчетах и при моделировании процесса РОМЕЛТ следует принимать, что окись углерода летучих компонентов угля не участвует в процессе восстановления, покидает ванну и дожигается кислородом верхнего дутья.

<< | >>
Источник: Бабкин Дмитрий Геннадьевич. его моделирование с целью совершенствования технологии [Электронный ресурс]: Дис. ... канд. техн. наук 05.16.02 .—М.: РГБ, 2003(Из фондов Российской Государственной Библиотеки). 2003

Еще по теме 3.4. Исследование восстановления железа окисью углерода из шлакового расплава:

  1. ЖЕЛЕЗО И КАМЕННЫЙ УГОЛЬ
  2. 2.2. Взаимодействие влаги и углерода в угольной частице2.2.1. Общая схема взаимодействия влаги и углерода в угольной части
  3. 2.3. Исследование взаимодействия влаги с углеродом угольной частицы в газовом пузыре в объеме шлакового расплава
  4. ОПРЕДЕЛНИЕ РОЛИ ЛЕТУЧИХ КОМПОНЕНТОВ УГЛЯ В ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССАХ В ШЛАКОВОЙ ВАННЕ ПРИ ЖИДКОФАЗНОМ ВОССТАНОВЛЕНИИ ЖЕЛЕЗА
  5. 3.4. Исследование восстановления железа окисью углерода из шлакового расплава
  6. 3.5. Исследование восстановления железа метаном и водородом из шлакового расплава
  7. 1.1. Процессы с предварительным восстановлением железа в твердой фазе и до-восстановлением в жидкой фазе
  8. 1.2. Процессы преимущественно жидкофазного восстановления железа
  9. 1.3. Процессы полностью жидкофазного восстановления железа
  10. 3.2. Физические свойства шлаков и особенности шлакового режима
  11. 3.4.3. Структура шлакометаллической эмульсии в печи РОМЕЛТ
  12. 3.5. Распределение железа по высоте шлаковой ванны
  13. 4.2. Исследование процесса плавления сырья.
  14. 4.4. Исследование пылеобразования в процессе РОМЕЛТ
  15. ГЛАВА 5. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗА