23860 P1010206

40

Mirosław Cholewa, Józef Gawroński, Marian Pnvy 1.4. Ważniejsze procesy redukcji w wielkim piecu Redukcja tlenków żelaza

Redukcja poszczególnych tlenków, w tym także żelaza zachodzi w sposób ciągły. Wynika to z istoty działania wielkiego pieca. Równomiernie rozłożone w gardzieli pieca kolejne partie wsadu przesuwają się systematycznie ku dołowi. Pomimo ciągłości i stabilności zachodzących procesów spusty surówki następują okresowo - po zapełnieniu gara. We wszystkich obszarach pieca zachodzi redukowanie tlenków żelaza do postaci metalicznej (Fcaw). Wzrost temperatury reakcji sprzyja intensywności redukcji. Maksimum wydzielanego ciepła znajduje się w pobliżu dysz, gdzie utlenianie węgla jest najsilniejsze. Redukcja wpływająca na wydajność procesu rozpoczyna się w górnej części szybu w temperaturze powyżej 400°C. Reakcje redukcji za pomocą tlenku węgla można opisać w sposób

uwzględniający wydzielanie się lub pobieranie ciepła:

3Fc20j + nCO = 2Fej0₄ + COz + (n-l)CO + 37,1 kJ    (U2)

2Fej0₄ + (n-l)CO = 6FeO + 2CO2 + (w-3)CO - 43 kJ    (113)

6FeO + (n-3)CO = 6Fe + ÓCCfe + (n-9) CO + 81,4 kJ    (1.14)

3Fe203 + nCO = 6Fe + 9CO2 + (n-9)CO + 77,2 kJ    (1.15)

Obok wskazanych reakcji, redukcja tlenków żelaza następuje pod wpływem wodoru. Prawdopodobieństwo ich zachodzenia jest tym większe, im większa jest ilość wodoru w objętości wsadu. Wydatnie sprzyja temu podwyższona temperatura. Przebieg reakcji redukcji jest następujący:

3Fe*Qj + 11H2 = 2Fej0₄ + H2O + (n - l)Hz-4,l kJ    (1.16)

(117)

Fej0₄ + (n - 1)H₂ = 3FeO + H₂0 + (n - 2)H₂ - 62,2 kJ

(MD

FeO + nH₂ - Fe + nH₂0- 27,6 kJ

gdzie: n jest ilorazem równowagowym 100% CO lub H₂ do procentowej zawartości C02 lub H₂0 w gazie o założonej temperaturze. Ln” wskazuje na wymagany nadmiar CO lub H₂ niezbędny dla oczekiwanego przebiegu reakcji.

Reakcja redukcji FeO do Fe za pomocą CO wymaga w miarę wzrostu temperatury coraz to większego stężenia CO i dlatego praktycznie trudno jest uzyskać redukcję tlenków żelaza w 100%.

Redukcja bezpośrednia polega na redukcji FeO węglem w stanie stałym zgodnie z równaniem 1.21. Ola odmiany redukcja FeO tlenkiem węgla CO nosi nazwę redukcji pośredniej (równanie 1.19), co w połączeniu z reakcją Boudouarda (równanie 1.20) daje taki sam efekt jak w wyniku redukcji bezpośredniej. Graniczną temperaturą obu reakcji jest 950°C, powyżej której zachodzi redukcja bezpośrednia, a poniżej pośrednia. Redukcja pośrednia jest egzotermiczna, natomiast bezpośrednia endotermiczna. W celu zapewnienia jednakowego nadmiaru tlenku węgla CO w przestrzeni szybu pieca i jak najlepszego wykorzystania koksu dla wytwarzania energii cieplnej i odpowiedniej kinetyki reakcji konieczne jest właściwe rozdrobnienie i homogenizacja wsadu. Przy właściwym przepływie gazu całym przekrojem szybu współczynnik redukcji pośredniej wynosi 75%. Ostateczna redukcja pozostałych tlenków następuje jako bezpośrednia w spadkach - a nawet w garze.

FeO + CO=Fe + CQ2 + 13,6 kJ	0.19)
CO3 + C = 2CO -158 kJ	(1.20)
FeO + C = Fe + CO -144,4 kJ	0-21)

Przebieg redukcji wymaga adsorpcji gazowego reduktora na powierzchni tlenku. Zatem, powierzchnia rozwinięcia tlenku ma istotne znaczenie w przebiegu następującej potem reakcji.