Termodynamiczna analiza elementarnych procesów redukcji ciekłego żużla tlenkowego

• Autorzy: Podorska D. , Wypartowicz J.

Warianty tytułu

EN

Thermodynamic analysis of elementary processes in molten oxide slag reduction

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przeprowadzono termodynamiczną analizę elementarnych procesów zachodzących podczas redukcji ciekłego żużla zawierającego tlenki żelaza. Redukcja ciekłego żużla jest możliwa poprzez działanie węgla w stanie stałym, gazowego tlenku węgla lub węgla rozpuszczonego w ciekłym żelazie. Obecna praca rozpatruje dwie reakcje chemiczne tlenku żelaza rozpuszczonego w ciekłym żużlu ze stałym węglem i gazowym CO. Obliczono składy i masy faz dla sekwencji kolejnych stanów równowagi, odpowiadających układom: stały węgiel – ciekły żużel – metaliczne żelazo – gaz oraz ciekły żużel – metaliczne żelazo – gaz. Obliczenia dla temperatury 1700 i 1800 K wykonano przy pomocy programu FACTSage. Uzyskano w ten sposób symulację przebiegu procesu redukcji. Gazowe produkty redukcji oraz stałe żelazo były usuwane z układu po każdym kroku symulacji. Redukcja przy pomocy gazowego CO odpowiada przypadkowi granicznemu, gdzie dyfuzja w gazie przebiega znacznie wolniej od reakcji na powierzchni żużel – gaz. Obliczenia wykazały, że zużycie reduktora jest zdecydowanie większe w przypadku reakcji żużla z gazowym CO. Stężenie FeO w żużlu, stężenie CO2 w fazie gazowej oraz ilość powstającego żelaza zmieniają się w przybliżeniu liniowo w przypadku redukcji węglem, zaś parabolicznie w przypadku redukcji przy pomocy CO. Wyniki symulacji sugerują, że zasadniczym mechanizmem redukcji jest oddziaływanie stałego węgla z ciekłym żużlem.

EN

The work deals with thermodynamic analysis applied to the elementary stages of the reduction of molten slag containing iron oxide. Reduction of liquid slag is possible through its interaction with solid carbon, gaseous carbon oxide and carbon dissolved in liquid iron. In the present work two chemical reactions of liquid slag with solid carbon and gaseous CO have been studied. The sets of thermodynamic equilibria in the systems: solid carbon-liquid slag-metallic iron-gas and liquid slag-metallic iron-gas were calculated by means of FACTSage software. Thus the simulation of the progress of reduction processes at the temperature 1700 and 1800 K was obtained. The gaseous reduction products and solid iron were removed from consideration after each simulation step. The reduction with gaseous CO simulates the limiting case, where diffusion in gas is slow in comparison to surface reaction. The calculations revealed that consumption of reducing agent is much higher in the case of CO reduction. The dependences of FeO concentration in slag, CO2 concentration in gas phase and the amount of obtained iron on the reaction progress are approximately linear in the case of reduction with carbon and parabolic in reduction with CO. The geometry of the reaction of carbon grains with slag is suggested, in which the solid carbon – slag reaction is the predominant mode of process.

Słowa kluczowe

PL

tlenek żelaza; żużel ciekły; redukcja; węgiel; tlenek węgla; równowaga termodynamiczna

EN

iron oxide; molten slag; reduction; carbon; carbon oxide; thermodynamic equilibrium

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Hutnik, Wiadomości Hutnicze
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 77, nr 4
• Strony: 139--146
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., rys.

Twórcy

autor

Podorska D.

autor

Wypartowicz J.

• Akademia Górniczo-Hutnicza Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej; Katedra Metalurgii Stopów Żelaza,

Bibliografia

• 1. Wei P., Sano M., Hirasawa M., Mori K.: Kinetics of Carbon Oxidation Reaction between Molten Iron of High Carbon Concentration and Iron Oxide Slag, ISIJ Int. 31 (1991) p. 358.
• 2. Morales R.D., Rodriguez-Hernandez H., Garnica- Gonzalez P., Romero-Serrano J.A.: A Mathematical Model for the Reduction Kinetics of Iron Oxide in Electric Furnace Slags by Graphite Injection, ISIJ Int. 37 (1997) p. 1072.
• 3. Sheikhshab Bafghi M., Ito Y., Yamada S., Sano M.: Effect of Slag Composition on the Kinetics of the Reduction of Iron Oxide in Molten Slag by Graphite, ISIJ Int. 32 (1992) p. 1280.
• 4. Sarma B., Cramb A.W., Fruehan R.J.: Reduction of FeO in Smelting Slags by Solid Carbon: Experimental Results, Met. Materials Trans B, 27B (1996) p. 717.
• 5. Dziarmagowski M.: Proces redukcji żużla konwertorowego w elektrycznym piecu łukowym, Ucz. Wydawn. Naukowo-Dydakt. AGH, nr 167Kraków 2007.
• 6. http://www.factsage.com