Теория и технология бескоксовой металлургии
Бондаренко Б. И. и др.
Наукова думка , 2003 г.
В современных технологических процессах, таких как восстановление, химико-термическая обработка, спекание, обжиг и др., преимущественно используются многокомпонентные газовые смеси или, как будем называть их далее, сложные газовые системы (СГС). В качестве восстановителей и защитных атмосфер используют сырые углеводороды, продукты их пиролиза и различных видов конверсии. В большинстве процессов углетермического восстановлении участвуют и водородсо-держашие газы. При восстановлении сажей или коксом в реакционную камеру добавляют конвертированный газ или углеводороды, при восстановлении бурым углем водородсодержашие компоненты образуются вследствие разложения самого угля и взаимодействия продуктов с исходной влагой шихты. Таким образом, большинство восстановительных процессов представляет собой взаимодействие конденсированных фаз со сложной многокомпонентной газовой фазой.
Для изучения металлургических процессов широко и плодотворно применяется аппарат термодинамики. Наиболее полно разработана термодинамика фазовых превращений в конденсированном состоянии [67, 84| и диссоциациивеществ с образованием газовой фазы |89, 104, 105|. Известныеработы по термодинамике восстановительных процессов охватывают вопросы взаимодействия конденсированных фаз с простыми, преимущественно бинарными газовыми смесями |55, 76, 130, 149J.
В общем случае при изучении термодинамики газового восстановления необходимо рассмотреть гомогенное равновесие в С ГС и гетерогенные равновесия в явух-, трех- и четырехфазпых системах сипа С ГС—CID, С ГС—МехО— МехО}„ С ГС— С1В— МеяО-МехО
Особенности процесса (достаточно высокие температуры, большая удельная поверхность и др.) прямого получения железа (ППЖ) обеспечивают существенное приближение системы газ-металл к состоянию равновесия. Это открывает возможности более широкого применения термодинамических методов расчета и анализапроцесса ППЖ для выбора управляющего воздействия на необходимое течение процесса. Газовая среда при ППЖ представляет собой, как правило, систему С—Н -О—(N) достаточно сложного химического состава, что обусловливает сложность взаимодействия ее компонентов, а также в целом в системе газ—металл и позволяет называть газовую фазу сложной газовой системой.
Термодинамическое исследование процесса предполагает расчет и анализ составов, свойств С ГС, поступающей в реактор, и равновесных составов (PC) С ГС, образующихся вследствие взаимодействия в системеFeC—Н О. Данные расчета дают возможность прогнозировать термодинамические ожидаемые концентрации О и С в продукте с учетом его фазового состояния. Представляется целесообразным вначале изложить основы обобщенного метода термодинамическою исследования и лишь после этого более подробно проанализировать типичные для практики ППЖ термодинамические системы.