Приведены результаты исследований динамики восстановления окислов железа и выделения CO, CO2, CH4 и H2 при термообработке топливоплавильных материалов. Установлено, что восстановление окиси железа начинается при температурах выше 200° С и при 1000° С все железо находится в металлической форме

Антонов, Н. Г.

Зарюто, В. П.

Смольянинов, Станислав Иванович

Криницын, Г. Г.

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

И З В Е С Т И ЯТом 300 І977ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГОКРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА им. С. М. КИРОВАДИНАМИКА ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОКИСЛОВ ЖЕЛЕЗА ПРИ ТЕРМООБРАБОТКЕ ТОПЛИВОПЛАВИЛЬНЫХМАТЕРИАЛОВИ. Г. АНТОНОВ, В. П. ЗАРЮТО, с. и. с м о л ь я н и н о в , Г. Г. КРИНИЦЫН(Представлена научно-методическим семинаром органических кафедр химико-технологического факультета)Применение торфа как технологического топлива в процессах получения железа из руд имеет ряд отличительных особенностей. В аж ­нейшей из них является выделение значительного количества газооб­разных и жидких продуктов пиролиза, которые являются хорошими восстановителями. При этом роль тех или иных продуктов распада на процесс восстановления не одинакова.Нами проведено исследование процесса восстановления окиси железа в торфорудных формовках продуктами термического разложе­ния торфа (Ac — 4,85%, Vr - 85,93%, Cr - 52,30%, №  — 6,43%,Nr — 2,43%) при скорости нагревания равной 5°/мин и часовой выдерж­кой в конце интервала коксования. Содержание Fe2O3 в материалах равно 33,14% на сухое вещество.Данные по динамике газовыделения получены на комплексной дериватографической установке, основными узлами которой являются дериватограф и два хроматографа — GACH-21 для анализа CO2 и ХТ-2М для C H 4, CO, H 2.Определение фазового состава окислов железа проводилось хими­ческим и рентгенографическим методами на установке ДРО Н-1, анод- железный, напряжение на аноде 20 /се/анодный ток 15 ма.Рассматривая данные восстановления Fe2O3 в ТПМ (рис. 3, 4), можно отметить три температурных интервала:1. Интервал низких температур до 500—550°С. Скорость восста­новительных процессов низка.2. Интервал температур 500—650°С характеризуется непрерыв­ным возрастанием скорости восстановительных процессов и его можно назвать переходным.3. Интервал повышенных температур (выше 650°С) — интервал интенсивных восстановительных процессов.Данные динамики газовыделения из торфяных и топливоплавиль­ных материалов (рис. 1, 2) указывают на то, что в каждом из этих интервалов температур восстановление окислов железа обусловлено различными продуктами термического распада органической массы торфа. Увеличенные скорости выделения CO, CO2 и H 2 из торфорудно­го материала в первом температурном интервале указывают на то, что жидкие продукты и их радикалы активно взаимодействуют с окислами железа даж е при сравнительно низких температурах 250—550°С. Если рассматривать долю участия жидких, газообразных и твердых продук­73тов пиролиза в (удалении кислорода из окислов (рис. 1—4+ то нужно отметить, что в интервале выделения жидких (до 550°С) Fe2O3 восста­навливается до Fe3O4 и удаляется около 20% кислорода окиси железа. Из этих 20% большая часть должна уноситься окисью углерода, имею­щей при пониженных температурах большее сродство к кислороду посравнению с водородом [1, 2, 6] и выделяющейся из смолы за счет взаимодействия Fe2O3 с жидкими продуктами.Кроме того, адсорбция во­дяных паров на окислах железа блокирует реакцион­ную поверхность для водоро- да [1].Относительно восстанов­ления окислов железа мета­ном нужно сказать, что до 500°С он инертен и лишьвыше этой температуры вклю­чается в восстановительные процессы.В переходном интервале 500—650°С удаляется ещеоколо 10% кислорода Fe2O3.Fe3O4 переходит в металличе­ское и закисное железо. Смо­ла, CO, H2 и углерод твердого остатка большого участия в этом не принимают, так как выделение жидких компонентов прак­тически прекращается, CO и H2 выделяется мало, а реакция газифи­кации С +  CO2 =  2СО при этих температурах имеет очень низкие$cû 7СО çoô т  т емперат ура, 0CРис. 1. Динамика выделения CO (1,2) и GO2 (3, 4) из ТПМ (1, 3) и торфа (2, 4)t  1,,46OA«о1А/■\Л/  \  iгF XгVVЛ хm ZL.tfV х100 300 SOO 700т емперат ура,900aCI0,02 ?! IOAI \1* I//OOРис. 2. Динамика выделения H2 (1, 2) и CH4 (3, 4) из ТПМ (1, 3)и торфа (2,, 4)скорости. Основным источником удаления кислорода, по-видимому, является метан. Скорость реакции взаимодействия CH4 с окислами в этом интервале температур довольно высока [4, 5] и одна его моле­кула может удалять из окислов 4 атома кислорода.Интервал температур 650—900°С характеризуется интенсивным процессом накопления металлического железа. Здесь удаляется около 70% исходного кислорода окиси железа.74Метан и водород при этих температурах являются активными вос­становителями, но их выделяется недостаточное количество. Поэтому основная роль должна принадлежать твердому углероду. Повышенная реакционная способность углерода твердого остатка и каталитическое влияние металлического железа на реакцию С +  CO2 =  2С0 [4, 5]температура , °СРис. 3. Динамика восстановления оки- Рис. 4. Степень восстановления окисиси железа в ТПМ железа при термообработке ТПМспособствуют выделению больших количеств CO, который и восстанав­ливает окислы железа до металла.Таким образом, при термообработке ТПМ при температурах выше 200°С окись железа начинает восстанавливаться и к 550°С переходит в Fe3O4. Следы металлического железа появляются при температурах выше 300°С. Восстановление окислоз железа происходит последова­тельно от высших к низшим.Fe.O3 -> Fe3O4 FeO — Fe.\FeОсновная часть кислорода окислов удаляется за счет реакции газификации углерода твердого остатка.ЛИТЕРАТУРАÎ. А. Д. Г о т л и б .  Доменный процесс. М., Металлургия, 1966.2. H. А. Г о л ь д ш т е й н .  Краткий курс теории металлургических процессов. М., Металлургиздат, 1961.3. С. Г. Р о с т о в ц е в ,  В. К. С и м о н о в, О. А. К о с т е л о в .  В сб.: «Механизм и кинетика восстановления металлов». М., «Наука», 1970, стр. 24—»31.4. В. В. В е с е л о в ,  В. П. Д  о р о х о в и ч. В сб.: «Механизм и кинетика восста­новления металлов». М., «Наука», 1970, ст.р. 108—115.5. О. Л. К о с т е л о в ,  С. Г. Р о с т о в ц е в .  Известия вузов, «Черная металлургия», 1966, № 9, стр. 14— 19,6. О. А. Е с и н ,  П. В. Г е л ь д. Физическая химия пирометаллургических процес­сов. Ч. 1. Свердловск, Металлургиздат, 1962

Динамика восстановления окислов железа при термообработке топливоплавильных материалов

Meyer, Arnd

CMS Collaboration

Publikationsserver der RWTH Aachen University

MUSiC : An Automated Scan for Deviations between Data and Monte Carlo Simulation

RWTH Publications

Динамика восстановления окислов железа при термообработке топливоплавильных материалов

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

Publikationsserver der RWTH Aachen University

RWTH Publications