2. Показатели прямого и косвенного восстановления железа.

Соотношение степеней развития реакций прямого и косвенного восстановления в доменной печи характеризуют разными показателями. Наиболее распространенными являются степень прямого восстановления r_d - отношение количества железа восстановленного прямым путем ко всему восстановленному железу:

(2.1‑7)

Иногда соотношение степеней развития реакций прямого и косвенного восстановления характеризуют индексом косвенного восстановления (R_i) - отношением количества кислорода, отнятого от окислов железа при косвенном восстановлении, ко всему кислороду, связанному в оксидах железа железорудных материалов:

(2.1‑8)

Для конкретного железорудного материала сумма степени прямого восстановления и индекса косвенного восстановления является постоянной величиной, близкой к единице – 1,11,15.

Таким образом, чем больше индекс косвенного восстановления, тем меньше степень прямого восстановления, и тем лучше показатели работы печи.

Степень прямого восстановления в современных доменных печах составляет от 0,35-0,5 долей единиц. Степень развития предпочтительной реакции – реакции косвенного восстановления, определяется двумя факторами:

1. Реакционной способностью кокса- способностью углерода кокса взаимодействовать с углекислым газом называется.

Реакционная способность зависит от химического состава кокса. Чем больше содержание щелочных примесей, тем выше реакционная способность. Влияние реакционной способности кокса на развитие реакций прямого восстановления проявляется в следующем. Чем меньше реакционная способность кокса, тем при более высоких температурах начинается реакция прямого восстановления, а это приводит к увеличению области косвенного восстановления железа.

2. Восстановимостью железорудных материалов- способностью окислов железа отдавать кислород восстановителю.

Чем выше восстановимость рудных материалов, тем быстрее и, следовательно, полнее протекают процессы косвенного восстановления. Рудные материалы в процессе опускания проходят в начале зону косвенного восстановления, а затем прямого. Поэтому, чем выше восстановимость руд, тем большая часть кислорода будет отнята от окислов железа в зоне косвенного восстановления и меньшая в зоне прямого.

2. Особенности восстановления оксидов железа водородом.

Восстановление оксидов железа водородом протекает также по двум схемам: в две стадии при температурах ниже 570 ^ОС и в три стадии при температурах выше 570^ОС.

Реакции восстановления оксидов железа водородом подобны реакциям восстановления окисью углерода:

-12,.5 кДж/кг Fe(2.1‑9)

-867 кДж/кг Feприt<570^OC(2.1‑10)

-372 кДж/кг Feприt>570^OC(2.1‑11)

-497 кДж/кг Feприt>570^OC(2.1‑12)

На рисунке приведена диаграмма равновесных газовых смесей Н₂ и Н₂О_парс окислами железа и железом.

Тепловые эффекты реакций отрицательные - все линии нисходящие.

Сравнивая условия термодинамического равновесия процессов восстановления железа монооксидом углерода и водородом, следует отметить:

При температуре 810 ^ОС в равновесных газовых фазах сFe₃O₄,FeOиFe устанавливается одинаковое соотношение газов - восстановителей и его окислов. То есть окись углерода и водород при температуре 810^ОС обладают одинаковым сродством к кислороду, одинакова их восстановительная способность.

При температурах ниже 810 ^ОС водород, как восстановитель, слабее монооксида углерода (для протекания восстановительного процесса при одних и тех же температурах доля водорода в газовой фазе должна быть выше, чем доля монооксида углерода).

При температурах выше 810 ^ОС водород становится более сильным восстановителем.

Водород восстанавливает окислы железа быстрее, чем монооксид углерода. Это объясняется тем, что молекулы водорода быстрее диффундируют к поверхности не восстановленного окисла (через слой продуктов восстановления и примыкающую к куску пленку газа) и лучше адсорбируется в ней, чем СО. Кроме того, образующиеся при восстановлении, пары воды реагируют с монооксидом углерода с образованием водорода:

(2.1‑13)

Образовавшийся водород может вновь принять участие в восстановлении. Таким образом, водород оказывается промежуточным реагентом, передающим кислород от окислов железа окиси углерода. Водород существенно ускоряет процесс косвенного восстановления.