» » Влияние размера кусков на скорость восстановления
09.06.2015

Применяя приведенное выше уравнение к решению задачи о влиянии размера кусков руды на степень ее восстановления во времени, С.Т. Ростовцев получил кривые, изображенные на рис. 75.
Как видно из рисунка, при неизменной длительности процесса степень восстановления ω увеличивается с уменьшением размера куска: кривые 1, 2, 3, 4 и т. д. воспроизводят ход восстановления все более крупных кусков. Очевидно, что для кусков любого размера восстановление во времени протекает неравномерно: сравнительно быстро в начале и медленнее к концу. Объясняется это не только замедленной диффузией газов и продуктов реакции через слой восстановленного вещества, но и тем, что к концу процесса, когда окислов остается мало, количество восстанавливаемого в единицу времени вещества должно неизменно убывать. Форма кинетических кривых лабораторных исследований хода процесса восстановления руд и агломератов аналогична приведенной на рис. 75.
Влияние размера кусков на скорость восстановления

Влияние размера куска на степень восстановления следует из таких соображений: если процесс восстановления происходит на поверхности куска, то количество прореагировавшего в единицу времени вещества по отношению ко всему веществу пропорционально отношению поверхности куска к его объему. Для куска правильной формы (шар, куб и т. д.) поверхность пропорциональна квадрату, а объем — кубу линейного размера куска, поэтому отношение этих величин
Влияние размера кусков на скорость восстановления

обратно пропорционально линейному размеру куска.
В более строгих расчетах В.Г. Манчинского и А.П. Любана учитывается, что процесс восстановления может продвигаться внутрь куска с разной скоростью в зависимости от ряда других условий, например, от пористости. Принимая, что кусок имеет форму шара, а глубина распространения зоны реакции за одинаковые промежутки времени о одинакова, получаем отношение прореагировавшего вещества ко всему его количеству, т. е. степень восстановления.
Влияние размера кусков на скорость восстановления

Формула (III, 17) применима также и для определения степени разложения куска известняка. При восстановлении в несколько стадий, например, Fe2O3 → Fe3O4, Fе3O4 →FeO, FеО → Fe, формула осложняется, но характер зависимости не меняется.
С увеличением размера куска d при заданном δ возрастает отношение (1 — δ/d) и, следовательно, уменьшается ρ. С другой стороны, чем больше δ, тем выше степень восстановления в каждый данный момент.
Результаты примерных количественных расчетов приведены на рис. 76, из которого видно влияние размера куска и толщины слоя о на степень восстановления. Аналогичные кривые получены С.Т. Ростовцевым.
Влияние размера кусков на скорость восстановления

Лабораторные исследования степени восстановления железа в зависимости от размера куска подтверждают результаты теоретических расчетов.
На рис. 77 даны результаты исследований степени восстановления зерен шведского магнетита различной величины при 950° в токе окиси углерода. Аналогичные данные имеются и для восстановления водородом.
Влияние размера кусков на скорость восстановления

На рис. 78, по данным того же исследования, приведена кривая длительности процесса, необходимой для достижения определенной степени восстановления, с изменением размера зерна. Из рисунка видно, что при возрастании размера с 1 до 4 мм потребное время возрастает с 3 до 17 мин.
Кривые, аналогичные рис. 76 и 77, приведены на рис. 79, показывающем, по исследованиям И.А. Соколова, влияние размера куска обожженного и сырого магнитного железняка на степень его восстановления. Кривые также показывают влияние обжига на восстановление руды.
Влияние размера кусков на скорость восстановления

Имеется большое количество производственных данных, подтверждающих, что железо восстанавливается из руды тем быстрее, чем меньше размер куска, но до известных пределов, за которым дальнейшее уменьшение размера зерна не ускоряет восстановительного процесса, так как плотное слеживание мелкой руды ухудшает газопроницаемость и резко уменьшает обработку руды газом.
Влияние размера кусков на скорость восстановления

Так, работа доменной печи на красных железняках штата Алабама (США) показала, что уменьшение размера кусков от 75 до 50 дает возможность увеличить рудную сыпь (т. е. снизить расход кокса) на 5%. В другом случае, на заводе Фонтана, уменьшение среднего размера кусков с 18 до 12 дало снижение расхода кокса на 14%. Опытная плавка на одной малой печи с загрузкой руды размером 38x25x13 мм, 13x10x6 и мельче 3 мм показала, что мелкая руда восстанавливается газами быстрее, чем крупные куски. Область непрямого восстановления при мелкой руде заканчивалась в печи на более высоком горизонте, чем при работе на крупных кусках; вследствие этого горн при крупной руде был «холодным».