Соотношение между предельными степенями использования монооксида углерода и водорода Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 669.181

С.К. Сибагатуллин, А.А. Бородин, М.А. Юхина

ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова»

СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ ПРЕДЕЛЬНЫМИ СТЕПЕНЯМИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МОНООКСИДА УГЛЕРОДА И ВОДОРОДА

В современных условиях работы доменных печей и большинства установок прямого получения железа газы восстановители CO и H2 используются совместно [1-3]. Поэтому имеет значение соотношение между предельными степенями использования монооксида углерода и водорода. Их можно установить по констан-

там равновесия реакций:

FeO + CO = Fe + CO2 (1)

Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2 (2)

3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2 (з)

Fe3O4 + 4CO = 3Fe + 4CO2 (4)

FeO + H2 = Fe + H2O (5)

Fe3O4 + H2 = 3FeO + H2O (6)

3Fe2O3 + H2 = 2Fe3O4 + H2O (7)

Fe3O4 + 4H2 = 3Fe + 4H2O (8)

СО + Н2О = СО2 + Н2 (9)

Рассмотрели эти соотношения при восстановлении железа из FeO, Fe3O4 и Fe2O3.

Восстановление железа из FeO

Соотношения между степенью использования водорода (пн) и монооксида углерода (г|со) Для этого процесса имеют вид:

% К1+Ку Пл К1 + 1

где К1 и К9 - константы равновесия реакций (1) и (9).

© Сибагатуллин С.К., Бородин А.А., Юхина М.А., 2010

Расчёт соотношения степеней использования водорода и монооксида углерода для различных температур даёт следующие результаты:

^ °С 600 800 810 1000 1200 1400 1600

— , % 0,51 0,95 1,0 1,44 1,85 2,23 2,5

Пи

Зависимость соотношения п. и П--. от температуры соответствует рис. 1.

3 2,5 2

О

< 1,5

X

^ 1 0,5

600 800 1000 1200 1400 1600

Температура, 5С Рис. 1. Зависимость соотношения степеней использования водорода и монооксида углерода от температуры при восстановлении железа из FeO

Согласно этим данным увеличение температуры существенно повышает соотношение п. и П--.-

Восстановление FeO из FeзO4

Восстановление проходит по реакциям (2) и (6). Подставляя значения для степеней использования водорода и монооксида углерода, для этих реакций получаем:

Ни = = ^ 11

где К2 - константа равновесия реакции (2).

Расчёт по этим формулам даёт следующие результаты: ^ °С 600 800 810 1000 1200 1400 1600

— 0,56 0,98 1,00 1,08 1,07 1,06 1,05 ПС0

Зависимость соотношения п. и П--. от температуры соответствует рис. 2.

1,3

1,2

1,1

о и 1

с 0,9

ёг 0,8

0,7

0,6

0,5

-

600 800 1000 1200 Температура,°С

1400

1600

Рис. 2. Зависимость соотношения степеней использования водорода и монооксида углерода от температуры при восстановлении FeO из FeзO4

Из этих данных видно, что повышение температур до 1000°С заметно влияет на соотношение степеней использования водорода и монооксида углерода, а выше - незначительно (пн /Псо находится в пределах 1,05-1,08).

Восстановление железа из FeзO4 при температурах ниже 570°С

Ниже 570°С восстановление магнетита до железа монооксидом углерода и водородом протекает в одну ступень по реакциям (4) и (8).

По аналогии получаем формулу зависимости соотношения предельных значений п. и П--. от константы равновесия этих реакций:

где К4 - константа равновесия реакции (4).

Восстановление FeзO4 из Fe2Oз

Для этого превращения предельные значения степеней использования водорода и монооксида углерода близки к 100%, поэтому Пн /Псо = 1.

Восстановление железа из Fe2O3 Температура процесса меньше 570°С

Процесс в упрощенном виде характеризуется схемой

Рв20з РезСи

*

Рез04

FeO восстановление до равновесия реакций с участием Н2 и СО

СО Н

2

Подстановка значений п. и П--. для такого процесса даёт

Температура процесса в интервале 570-605°С

Схема, характеризующая совместное участие СО и Н2, имеет вид:

Л Л

Ре20з Рез04 FeO

-}> Рез04

FeO восстановление до равновесия

Fe реакций с участием Н2 и СО СО Н2

Потребность в восстановителе определяется достижением равновесного состояния реакции восстановления РеО из Ре304

П. Я- -1

водородом и монооксидом углерода. Тогда — = ——, т. е. соотношение степеней использования водорода и монооксида углерода на весь процесс превращения Fe203-^ Fe такое же, как и

для превращения Fe304-^ Ре.

Температура процесса в интервале 605-635°С

Предельная степень использования водорода соответствует схеме процесса, в которой после применения водорода до равновесного состояния реакции FeO + Н2 = Ре + Н20 его достаточно для превращения FeзO4—^ FeO и Fe2Oз —^Рез04. Степень использования монооксида углерода в этом температурном интервале соответствует схеме процесса, в котором потребность в восстановителе определяется восстановлением Fe304—^ FeO. Поэтому схема процесса, характеризующая совместное участие монооксида углерода и водорода, имеет следующий вид:

Ре20з Рез04 РеО

А Л

Т^ Рез04

FeO восстановление СО до равновесия ->>• Ре восстановление Н2 до равновесия

I

СО н2

В соответствии с этим выражение для определения соотношения степеней использования водорода и монооксида углерода приобретает вид

т|н _ ^О^+^хСвоп+гр^)

Температура процесса не ниже 635°С

Схема процесса в упрощенном виде следующая:

Ре20з Л Л> Рез04

Рез04 | > | > Ре0 FeO —]—Fe равновесие

СО Н2

Реакции восстановления железа из FeO водородом и монооксидом углерода доходят до равновесия. Другие оксиды восстанавливаются остатками водорода и монооксида углерода. Тогда соотношение степеней использования определяется зависимостью

При температуре ниже 810°С это соотношение меньше единицы, следовательно, монооксид углерода имеет термодинамиче-

ское преимущество перед водородом (при температуре 600°С Пн/Псо = 0,51). Зависимость пн /Псо = f(t) близка к линейной. Заключение

Увеличение температуры с 600 до 1600°С в реакциях восстановления Fe из FeO и в процессах получения Fe из Fe2Oз при 1 > 635°С повышает соотношение степеней использования водорода и монооксида углерода практически линейно с 0,51 до 2,5. При восстановлении FeO из Fe3O4 повышение температуры до 1000°С заметно влияет на соотношение пн/Псо, а выше - незначительно (Пн/Псо находится в пределах 1,05-1,08).

Список литературы

1. Юсфин Ю.С., Пашков Н.Ф., Металлургия железа. М.: Академкнига, 2007. 464 с.

2. Гольдштейн Н.Л. Водород в доменном процессе. М.: Металлургия, 1971. 208 с.

3. Федулов Ю.В. Оптимизация хода доменной плавки. М.: Металлургия. 1989. 152 с.

УДК 669.162.261.3

Г.Н. Логачев, К.В. Сенькин, С.Н. Пишнограев

ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат»

ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ КОНЦЕНТРАТА

ОБОЖЖЕННОГО СИДЕРИТА ООО «БАКАЛЬСКОЕ РУДОУПРАВЛЕНИЕ» В АГЛОШИХТЕ НА ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ДОМЕННОГО ЦЕХА ОАО «ММК»

В настоящее время в ОАО «ММК» используется концентрат обожженного сидерита (КОС) ООО «Бакальское рудоуправление» в качестве компонента аглошихты (до 7%). В данной работе проанализировано влияние содержания КОС в аглошихте на показатели работы доменных печей. Числовые массивы для анализа были составлены из единичных средненедельных периодов работы

© Логачев Г.Н., Сенькин К.В., Пишнограев С.Н., 2010