26.Начертите и объясните диаграммы равновесия реакций восстановления железа окислов окисью углерода и водородом. Сравните восстановительный потенциал этих газов при различных температурах.
Восстановление при температурах ниже 570 С.
3Fe2O3+CO---2Fe3O4+CO2+31.137Мдж (1)
Fe3O4+kCO---3Fe+(k-4)CO+4CO2+17.166Мдж (2)
При температурах выше 570 С.
3Fe2O3+CO---2Fe3O4+CO2+37.134Мдж
Fe2O3+mCO---3FeO+(m-1)CO+CO2-20.892Мдж (3)
FeO+nCO---Fe+(n-1)CO+CO2+13.607Мдж (4)
Оксид железа соединение непрочное при нагревании он может переходить в Fe3O4 даже без участия востановителя. Поэтому для протекания реакции (1) избытка окиси углерода в газовой фазе сверх стехиометрических соотношений не нужно,поэтомукоефициен при СО в уравнении реакции равен единице.
Оксид Fe3O4 более прочный для его востановления необходим избыток СО в газовой это отражается в уравнении реакции (2) и (3) значениекоэфициентовk,mпри СО. Еще больше избыток СО должен быть в системе для обезпечения протекания реакции (4) так как FeO
Является наиболее прочным оксидом.
Из рис. Следует, что при температуре 8100 химическое сродство H2 и СО к кислороду одинаковы при температуре ниже 810оH2 является более слабым восстановителем, чем СО, кроме того водяной пар образующийся при восстановлении частично разлогаетсяСО имеющим большее сродство к ксилороду. При температуре свыше 810 Н2 является более сильным восстановителем, чем СО, при этих температурах не протекает реакции водяного пара, однако при температуре 950-1000о и выше образующийся водяной пар будет разлагаться твердым углеродом, а процесс переместится в область прямого восстановления.
На рисунке приведена диаграмма равновесных газовых смесей Н2 и Н2Опар с окислами железа и железом.
27.Каков механизм реакции прямого восстановления железа?
Прямое восстановление железа – это востановление железа из железной руды при помощи газов,твердогоуглерода,и их совместно.Этотпроцес ведется при темп. Приблизительно 1000 С. При которой порода недоходит до шлакования и вредные примеси не востанавливаются.
1) FeO+CO→Fe+CO2 2) C+CO2→2CO FeO+C→Co+Fe
28.Каковы преимущества и недостатки прямого и косвенного восстановления железа?
Востановление окисью углерода и водородом с образованием СО и H2O принято называть непрямым или косвенным востановлением а востановление углеродом точнее за счет расхода углерода с образованием СО – прямым
При расмотрении прямого и косвеноговостановления окислов железа было отмечено что первое сопровождается большим расходом тепла в то время как при восстановлении газами поглощение тепла небольшое или даже происходит выделение тепла. Поскольку потребности в востановителеСОдля протекания реакций косвенного восстановления и в тепле для протекания реакций прямого востановления удовлетворяются сжиганием углерода на фурмах расход кокса будет минимальным при определенном соотношении прямого и косвеноговостановления.
Самом деле востановление железа косвенным путем потребует сжигания такого количества углерода для получения СО что выделевшося при этом тепло не сможет быть полностью использовано в печи. При восстановлении же железа прямым путем требуется сжигать большое количество углерода для получения необходимого для процесса тепла. При горенни углерода и реакциях прямого востановления будет образовыватся окись углерода которая может быть использована для косвенного востановления.Поэтому и минимальный расход кокса может быть достигнут тогда когда после сжигания углерода у фурм полностью используется и СО, как восстановитель и выделившееся тепло что может быть достигнуто при одновременном развитии и косвеного и прямого востановления в некотором определенном для каждых условий соотношении.Соотношение между развитием обоих видов востановления должно быть таким чтобы выделевшегося при сжигании углерода у фурм тепла при данном приходе тепла с нагретым дутьем было достаточно но без избытка для покрытия всех тепловых потребностей процесса включая и потребностиреакций прямого востановления.Образовавшейся при этом окиси углерода должно быть достаточно без избытка для протекания косвенного востановления.