Влияние различных факторов на скорость восстановления

Температура. Восстановление оксидов железа газом является гетерогенной реакцией. По аналогии с реакциями в гомогенной среде считается возможным применение закона Аррениуса: k=k0exp(-E/RT). Взаимосвязь скорости диффузии и температуры зависит от вида диффузии: для свободной диффузии газа в газовой среде и крупных порах скорость ее возрастает пропорционально T^(0,5-1,0), а в мелких по­рах даже замедляется пропорционально T^(0,5). Скорость активирован­ной диффузии газа или компонентов в твердой фазе подчиняется экс­поненциальной зависимости. Вследствие этого скорость процессов на реакционной поверхности, а следовательно, и восстановления в крупных порах резко возрастает. Одновременно уменьшается поверх­ность пор, доступных воздействию газа-восстановителя, так как уве­личивается поверхность пор, в которых газ успел достигнуть равно­весного состава. В результате суммарная диффузия возрастает не в той мере, как скорость диффузии в твердой фазе. Итак, влияние темпера­туры на скорость диффузии должно быть более резким для материа­лов с большой долей крупных пор. Давление. Влияние давления на скорость процесса восстановления в большей степени зависит от того, какой этап является лимитирую­щим. Внешняя диффузия (диффузия газа в пограничном слое и круп­ных порах) подчиняется законам свободной диффузии, поэтому со скорость не зависит от давления. В кинетической области скорость восстановления должна увеличиваться с повышением давления, стремясь к некоторо­му пределу. Изменение давления существенно сказывается на внут­ренней диффузии. Поскольку повышение давления ускоряет диффу­зию газа в порах, соизмеримых с длиной свободного пробега молекул, то восстановление ускоряется лишь в том случае, если в восстанавливаемом материале имеются мелкие поры. Для железорудных материалов, в которых большинство пор дос­тупно газу-восстановителю, ускорение диффузии увеличивает кон­центрацию восстановителя и уменьшает концентрацию продукта становления на поверхности восстанавливаемого материала. Потому повышение давления должно ускорять восстановление в той мере, в какой увеличение градиента концентрации в слое восстановленных продуктов влияет на скорость восстановления. Как для кинетич, так и для диффуз режимов с повышением давления возд-вие его должно уменьшаться. Расход газа-восстановителя. По данным многочисленных иссле­дований, повышение до определенного предела расхода газа-восста­новителя значительно ускоряет процесс восстановления. При неболь­ших расходах, когда в ходе восстановления газ успевает достигнуть равновесного состава, скорость процесса прямо пропорциональна; массовой скорости газа-восстановителя. Дальнейшее повышение его расхода ускоряет восстановление в меньшей степени и после достижения «критического» расхода скорость восстановления от него практически не зависит Скорость восстановления пропорциональна разности текущей и равновесной концентрации газа-восстановителя. Состав газа-восстановителя. Увеличение содержания в смеси нейтрального газа заметно снижает скорость восстановления в ре­зультате уменьшения концентрации газа-восстановителя и диффузи­онных затруднений при подводе восстановителя к поверхности вос­станавливаемого материала. Например, при 800 °С по мере увеличе­ния доли азота в смеси с монооксидом углерода (или водорода) от 20 до 80% время, необходимое для достижения степени восстановления 90%, увеличилось от 37 (или 5) до 90 (или 65) мин. Заметно влияет на скорость восстановления и добавка газообразных продуктов восста­новления: достаточно повысить содержание СО₂ в газовой смеси до 3,5%, чтобы степень восстановления за 20 мин снизилась с 70 до 17%. Свойства рудного материала. На скорость восстановления влияет физическая структура рудного материала: размер куска и его минералогический состав. Чем больше размер куска, тем длительнее процесс восстановления