WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

значительный объем рабочего пространства печи имеет пониженную газопроницаемость.

Такое положение с образованием вязко–пластичных масс в шахтах исследованных доменных печей коррелирует с расположением изотерм 800, 1000, 1200 и 14000С (рис.13). Так, например, в доменной печи объемом 5000м3 изотерма 14000С располагается выше, чем изотерма 12000С доменной печи объемом 2700 м3. Аналогичная картина расположения вязко–пластичной зоны в шахте и при исследовании содержимого охлажденных доменных печей [8].

Доля радиуса печи, ед.

– 2000 м3 – 2700 м3 – 5000 мРис.12. Расположение линий равного содержания тестообразной массы в пробах материалов, отобранных из шахты доменных печей.

Доля высоты печи от уровня фурм до колошника, ед Из трех исследованных доменных печей наиболее полно изучена доменная печь объемом 2000м3, причем на этой печи определялась и влажность печного газа по радиусам исследованных горизонтов (рис.14). Для вычисления скоростей восстановления оксидов железа за счет СО и Нопределены фактические средневзвешенные температуры и составы газа на исследованных горизонтах этой доменной печи (табл.4). В табл.4 представлены также равновесные составы газа для фактических температур и отклонения их от средневзвешенных значений.

Таблица 4. Равновесные и расчетные средневзвешенные составы и температуры газа на исследованных горизонтах шахты доменной печи объемом 2000мИсследованные горизонты печи Показатели низ середина колошраспар шахты шахты ник Температура газа, 0С 1186 1069 815 Фактический состав газа (в пересчете на 100%),%;

СО2° 6,9 13,8 24,8 40,СО° 93,1 86,2 75,2 59,(СО2+СО)° 100,0 100,0 100,0 100,Н2О° 9,7 14,1 18,0 19,Н2° 90,3 85,9 82,0 80,(Н2О+Н2)° 100,0 100,0 100,0 100,Равновесный состав газа, % 24,6 27,1 34,2 46,СО2 75,4 72,9 65,8 53,СО 100,0 100,0 100,0 100,СО2+СО 44,2 42,0 34,6 24,Н2О 55,8 58,0 65,4 75,Н2 100,0 100,0 100,0 100,Н2О+НОтклонение от средне- взвешенного, % абс:

СО2 –17,7 –13,3 –9,4 –5,СО +17,7 +13,3 +9,4 +5,Н2О –34,5 –27,9 –16,6 –5,Н2 +34,5 +27,9 +16,6 +5,Доля радиуса печи, ед.

(обозначение, как на рис.12) Рис.13. Расположение изотерм в шахтах доменных печей Доля высоты печи от уровня фурм до колошника, ед Рис.14. Содержание водорода и паров воды по исследованным радиусам доменной печи объемом 2000 мОсь доменной печи По данным табл.4 и [1–6] вычислены скорости восстановления оксидов железа в шахте за счет СО и Н2 и состав газа без учета реакции водяного газа на исследованных горизонтах печи (табл.5). На рис.15 приведен состав и температура газа в зависимости от времени его контакта с шихтой. По вычисленным скоростям восстановления оксидов железа определены константа скорости реакции и отношение эффективного коэффициента внутренней диффузии к длине капилляра. Значение и их зависимость от времени контакта с шихтой приведены на рис.16.

Таблица 5. Скорость восстановления за счет СО и Н2 и состав газа без учета реакции водяного газа на исследованных горизонтах доменной печи объемом 2000мУчасток шахты печи Распар– Низ– Середина Показатели низ середина шахты – шахты шахты колошник Скорость восстановления за счет 10,29 10,47 11,СО, литров О2/ (м3/с) То же, за счет Н2, л О2/ (м3/с) 4,44 2,31 1,Суммарная скорость восстановле- 14,73 12,78 13,ния, л О2/ (м3/с) Расчетная скорость восстановления 6,35 5,57 5,за счет СО, л О2/ (м3/с) То же, за счет Н2, л О2/(м3/с) 8,38 7,21 7,Отношение расчетной скорости 1,31 1,30 1,восстановления за счет Н2 к скорости за счет СО, л О2/ (м3/с) Содержание СО2 в газе с учетом 10,40 19,30 32,хода реакции водяного газа, % То же, Н2О,% 11,90 16,95 18,Расчетное содержание СО2 в газе 6,40 10,27 16,без учета хода реакции водяного газа, % То же, Н2О, % 22,10 50,23 87,Равновесное содержание СО2 в газе 25,85 30,65 40,[4,6],% То же, Н2О в газе [5,6],% 4,31 38,30 29,В нижней части шахты константа скорости химической реакции будет представлять собой эффективный коэффициент внутренней диффузии (в связи с высокой скоростью газового потока – около 20 м/с, внешняя диффузия не влияет на скорость восстановления), поэтому можно сказать, что скорость восстановления равна скорости диффузии, т.е.

dQg C0 C Vp = Vд = = Дe d b где: Vp, Vд – скорости реакции и диффузии, причем Vp = кC, dQд – количество диффундирующего газа; d – время;

Де – эффективный коэффициент диффузии; b – длина капилляра, см;

Со – концентрация компонента в печном газе;

C – концентрация компонента в газе на границе раздела фаз;

к – константа скорости реакции восстановления.

Как следует из рис.16, константа скорости реакции восстановления оксидов железа при помощи СО с течением времени увеличивается, что по–видимому, связано с уменьшением скорости газификации твердого углерода за счет СО2 при снижении температуры, а также с развитием реакции водяного газа, в результате которой содержание СО2 увеличивается, а СО – снижается. Константа скорости реакции восстановления за счет Н2, наоборот, с течением времени уменьшается, т.к. реакция водяного газа увеличивает содержание водорода в газе за счет регенерации паров воды.

температура содержание в газе СО содержание в газе СО содержание в газе Н содержание в газе Н2О Рис.15. Зависимость температуры и состава печного газа от времени его контакта с шихтой Значение концентрации C на границе раздела фаз будет отвечать равновесному для данной реакции при данной температуре [9–11], поэтому можно вычислить Со и Со – C на исследованных горизонтах (эти данные приведены в табл. 4). По данным табл. 4 и 5 можно Де определить величину отношения (приведено на рис.16). Из рис.b следует, что эффективный коэффициент диффузии в случае восстановления водородом на порядок ниже, чем для СО (длина капилляров «b» в обоих случаях одинакова), что, учитывая физические свойства молекул Ни СО [11] и результаты экспериментальных работ [12], не возможно. Другими словами, на конечные результаты реакции восстановления оксидов железа водородом оказывает влияние реакция водяного газа, при помощи которой кислород оксидов железа, отнятый водородом у границы раздела фаз Fe–FeO, передается оксиду углерода на выходе из капилляров.

– значения, относящиеся к окиси углерода;

– значения, относящиеся к водороду;

– значения константы скорости;

– отношение к эффективного коэффициента внутренней диффузии к длине капилляра Рис.16. Изменение константы скорости реакции восстановления СО и Ни отношения длины капилляра к эффективному коэффициенту диффузии Заключение. Проведенный анализ данных экспериментальных исследований состава и температуры газовой фазы в шахте доменной печи объемом 2000 м3 на четырех ее горизонтах показывает, что константа скорости восстановления оксидов железа за счет СО увеличивается от 0,05 до 0,08 при снижении температуры во всем исследуемом диапазоне (1300 – 6000С), т.е. ведет себя противоположно известному закону зависимости скорости реакции от температуры [13], что находит свое объяснение в возможном механизме протекания реакции. Этот механизм может быть представлен следующим образом. В капиллярах на границе раздела фаз Fe–FeO кислород оксида отнимается водородом и транспортируется до выхода из капилляра в составе молекулы Н2О (величины молекул и скорости их диффузии значительно отличаются от аналогичных характеристик для молекул СО и СО2), а на выходе из капилляра по реакции водяного газа СО+Н2О СО2+Н2 кислород соединяется с молекулой СО и в виде СО2 уходит в газовую фазу, повышая при этом концентрацию диоксида, т.е. повышает кажущуюся скорость восстановления за счет СО.

Освободившийся водород (концентрация его у входа в капилляр возрастает) снова возвращается к разделу фаз во внутрь куска и повторно участвует в реакции восстановления. Последнее подтверждается исследованиями С.Т.Ростовцева [8], показавшего, что при восстановлении кусков оксидов железа, давление внутри куска в несколько раз превышает внешнее.

Выявленные закономерности изменения константы скорости восстановления оксидов железа водородом и оксидом углерода, а также ряда других характеристик процессов восстановления могут быть использованы при составлении уточненной модели доменного процесса для систем автоматического управления.

1. Некрасов З.И., Покрышкин В.Л., Бузоверя М.Т. Исследование состава твердых и жидких материалов в шахте и распаре доменной печи объемом 2000м//Металлургическая и горнорудная промышленность. – №4. – 1968. – С.3–12.

2. Исследование состава газа в горне и шахте доменной печи объемом 5000м3/ М.Т.Бузоверя, С.Т.Шулико, В.И.Шевченко и др. // В. Сб. « Опыт эксплуатации доменных печей объемом 3000м3 и более». – М. Металлургия, 1982. – С.33–38.

3. Бузоверя М.Т.,Москалина Ф.Н., Тарановский В.В. Исследование состава газовой фазы и температуры в шахте доменной печи объемом 5000м3.// В сб. «Вопросы теории и практики производства чугуна». Металлургия чугуна. – М.

Металлургия, 1983. – С.34–45.

4. Некрасов З.И., Бузоверя М.Т. Исследование процессов восстановления в шахте доменной печи объемом 2000м3 // Сталь. – 1969. – №2. – С.110–115.

5. Некрасов З.И., Бузоверя М.Т., Хомич И.Т. Способ ведения доменной плавки // А.с. СССР № 827545 // Бюлл. № 17. – 1981. – С.98.

6. Китаев Б.И. Теплотехника доменного производства./ Б.И.Китаев, Ю.Г.Ярошенко, Е.Л.Суханов и др. – М. Металлургия, 1978. – 243с.

7. Некрасов З.И., Бузоверя М.Т., Москалина Ф.Н. Восстановительно–тепловая работа доменной печи, работающей на комбинированном дутье, содержащем 32% кислорода. // Металлургическая и горнорудная промышленность. – 1977.

– №4. – С.3–6.

8. Балон И.Д. Фазовые превращения материалов при доменной плавке. / И.Д.Балон, И.З.Буклан, В.Н.Муравьев и др. – М. Металлургия, 1984. – 152с.

9. Матсубара А. Химическое равновесие между железом, углеродом и кислородом. // ЖРМО. – 1925. – Ч.II. – С.94–107.

10. Шодрон Г. Обратимые реакции водорода и окиси углерода с окислами железа // ЖРМО. – 1925. – Ч.II. – С.108–112.

11. Даркен Л.С., Гарри Р.У. Поле вюстита и относительное равновесие / «J.

American Chemical Soc». – 1945. – №8. – Т.67. – С.1308–1312.

12. Ростовцев С.Т. Некоторые кинетические закономерности косвенного и прямого восстановления. / С.Т.Ростовцев, А.П.Ем, Л.Н.Руденко, В.К.Симонов // Бюллетень ЦИИНЧМ. – №18. – 1958. – С.13–19.

13. Жуховицкий А.А. Шварцман И.А. Физическая химия. – М.: Металлуриздат, 1963. – 676с.

14. Ростовцев С.Т., Мойсик М.Р. Диффузионно–кинетическая характеристика процессов восстановления железных руд // Сталь. – №8. – 1963. – С.679.

Статья рекомендована к печати Академиком НАН Украины В.И.Большаковым Бузоверя В.М., Бузоверя М.Т., Семенов Ю.С.

Дослідження процесів відновлення в шахті доменних печей різних об’ємів.

Узагальнено результати дослідження процесів відновлення в робочому просторі доменних печей об'ємом 2000, 2700 і 5000 м3. Показано зміни температури, складу газової фази і шихтових матеріалів, ступінь відновлення оксидів заліза по радіусах шахти печі. Приведено температурні поля і межі розташування в'язкопластичних матеріалів в шахті доменної печі. Запропоновано механізм відновлення оксидів заліза за рахунок СО і Н2–.

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.