Реакция газификации углерода и ее роль в процессах восстановления.

В присутствии твердого углерода при анализе восстановления окислов железаследует учитывать равновесие в системе С-СО-СО₂

СО₂+С=2СО-166,32 МДж.

Эту реакцию называют реакцией газификации углерода. При повышении давления равновесие сдвигается влево. Прямая реакция протекает при высоких температурах, поэтому она отличается высокой скоростью и быстрым достижением равновесия. Реакция распада окиси углерода протекает медленно, для достижения равновесия необходимо длительное время. Несколько катализирует процесс свежевосстановленное железо. Газ находится в доменной печи. Для достижения равновесия такого времени достаточно только в области высоких температур. Поэтому в этой области газ почти полностью состоит из окиси углерода, а в колошниковом газе, покидающем печь при t = 300°С содержится 12-18% СО₂ и 22-28% СО и его состав сильно отличается от равновесного. Если бы в печи достигалось равновесие, то при давлении 98кПа и температуре ниже 650°С не удалось бы получить FeO из Fe₃O₄ а при температуре ниже 685°С не удалось бы получить Fe из FeO. В действительности же эти реакции возможны, поскольку равновесие не достигается.

Показатели развития процессов восстановления в доменной печи

Чем лучше используется газ-восстановитель в доменной печи, тем ниже расход кокса и выше технико-экономические показатели плавки.

1. Показатель Грюнера m = CO₂/CO.

Использования дутья, обогащенного кислородом и водяным паром привело к к изменению общего содержания углеродсодержащих окислов в колошниковом газе и показатель Грюнера перестал служить показателем совершенства восстановительных процессов. Поэтому в настоящее время используют следующие показатели.

2.Степень использования восстановительной способности окиси углерода

Всегда меньше 1, на практике предел 0.6. 0.45-0.55 хорошая работа печи.

3 Степень использования восстановительной способности водорода

Не умеем считать Н₂ в колошниковом газе, поэтому при расчётах этим параметром задаёмся. Или можно оценить:

4 Объединенный показатель восстановительной способности газа.

Показатели развития процессов прямого и непрямого восстановления в печи.

Показатель прямого и непрямого восстановления – отношение количеств кислорода отнятого от шихты прямым и непрямым путем к общему количеству кислорода, отнятого от шихты.

R_d = O_d/O_ш

R_i = O_i/O_ш

R_d + R_i = 1

O_d и O_i количества кислорода, отнятого прямым и непрямым путем, O_ш – количество газифицируемого кислорода шихты.

Эти показатели можно подсчитать по анализу колошникового газа.

b = соотношение кислорода и азота в дутье.

Показатель прямого восстановления по Павлову

r_d = Fe_d/(Fe₀-Fe_мет) – отношение количества железа, восстановленного из закиси железа прямым путем к к общему количеству окисленного железа.

В отличие от показателей R_d и R_i этот показатель можно получить не во время плавки, а по ее окончанию, что затрудняет его использование для текущего регулирования. Положительная особенность этого показателя - он не зависит от окисленности шихты. К недостаткам относится необходимость предположения, что восстановление Fe₂0₃ и Fe₃0₄ до FeO происходит непрямым путем, а полученная СО₂ не участвует в реакциях и уносится газом, что не соответствует действительности.

Показатели использования углерода.

90% С переходит в газ

С_г= С_ф+ С_d

С_d – углерод прямого восстановления

С_ф – углерод теплоноситель (сгорающий у фурм)

Комплексные показатели.

Показатель расхода углерода. – отношение газифицированного кислорода шихты к газифицированному углероду

Р = O_ш/С_г = (СО₂+0,5СО+0,5Н₂О-bN₂)/(CO+CO₂)

Показатель использования восстановительной энергии газа

q = O_i/С_г = (0,5CO₂+0,5 Н₂О)/(CO+CO₂)

Использование показателей Р и q удобно для текущего контроля хода доменного процесса. При переменной O_ш Р пропорционален рудной нагрузке. q – характеризует восстановительную работу газа в печи. Зная величины Р и q можно судить о рудной нагрузке, степени использования восстановительной способности газов и общей степени прямого и непрямого восстановления. Эти показатели статистически взаимосвязаны.

q = Р/(1+Р)²