Investigations of FeO reduction from liquid slags of CaO-FeO-SiO₂ type

• Autorzy: Mróz J.

Warianty tytułu

PL

Badania redukcji FeO z ciekłych żużli typu CaO-FeO-SiO₂

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The reduction of iron oxides from liquid slags is the fundamental stage of many newly developed, future-oriented technologies of obtaining liquid iron (pig iron), which are referred to as reduction iron smelting processes, whose main distinquishing feature is the use of non-coking coals. The reduction processes in those technologies are heterogeneous processes in which the following phases take part: a solid phase (carbon reducer), a liquid phase (molten iron oxides in the salg), and a gaseous phase (carbon monoxide and carbon dioxide). This is the reason for the complexity of the reduction process mechanism, which makes the kinetic description of these reaction difficult. In the present study, a methodology of examining the reduction was adopted using the so called graphite rotating disk. The investigations carried out within the present study were aimed to determine the kinetic area for the reduction of iron oxides in the temperature range of 1350-1420C in the CaO-FeO-SiO₂ slags and with an FeO content from 20 to 60% by weight, with the use of a graphite reducer, as well as to evaluate the kinetic parameters of the process. The applied methodology of the rotating disk tests has enabled a conclusion to be drawn of the suitability of this method for identifying the kinetic area of reduction in most of the reduction variants used. It has been found that for slags with a basicity from 0.31 to 1.53 and in the viscosity range from 4.23 to 0.31 dPa s the rediction rate is determined by the diffusion of FeO the slag-reducer interface. Parameters of the kinetic diffusion area have been calculated, such as: FeO diffusion coefficient, the limiting diffusion layer thickness and mass transfer coefficient. The analysis of the calculated values of FeO diffusion coefficients made based on the available literature data indicates that these should be regarded as specific for the diffusion coefficients of oxygen ions in the liquid slag. The determined mass transfer coefficients have enabled the reduction rate to be calculated for particular variants of reduction. A good agreement with the experimental results has been obtained at low disc rotations.

PL

Redukcja tlenków żelaza z ciekłych żużli jest podstawowym etapem wielu nowo rozwijanych technologii otrzymywania ciekłego żelaza (surówki), określanych mianem wytapiania redukcyjnego, których główną cechą jest wykorzystanie niekoksujących węgli kamiennych. Procesy redukcji w tych technologiach są procesami heterogenicznymi, w których biorą udział następujące fazy: faza stała (reduktor węglowy), faza ciekła (ciekłe żelazo i żużel) i faza gazowa (tlenek i dwutlenek węgla). Jest to przyczyną złożoności mechanizmu procesu redukcji i trudności opisu tego mechanizmu. W obecnych badaniach redukcji FeO z ciekłych żużli zaadoptowano metodykę wirującego dysku, w tym przypadku dysku grafitowego. Badania przeprowadzone w niniejszej pracy miały na celu określenie obszaru kinetycznego redukcji FeO w zakresie temperatur 1350-1420 stopni C z żużli typu CaO-FeO-SiO₂ z zawartością 20 i 60% FeO i określenie parametrów kinetycznych procesu. Zastosowana metodyka wirującego dysku pozwoliła stwierdzić jej przydatność do identyfikacji obszaru kinetycznego redukcji w większości stosowanych wariantów redukcji. Stwierdzono, że w przypadku badanych żużli o zasadowości od 0,31 do 1,53 i zakresie lepkości od 4,23 do 0,3 dPa s szybkość redukcji jest określona przez dyfuzję FeO w żużlu. Obliczono takie parametry kinetyczne redukcji jak: współczynniki dyfuzji FeO, grubość granicznej warstwy dyfuzyjnej i współczynniki przenoszenia masy. Analiza wartości obliczonych współczynników dyfuzji FeO i ich weryfikacja na podstawie dostępnych danych literaturowych wskazuje, że należy je interpretować jako charakterystyczne dla współczynników dyfuzji jonów tlenkowych O^2- w ciekłym żużlu. Określone współczynniki przenoszenia masy pozwoliły obliczyć szybkość redukcji dla poszczególnych wariantów redukcji. Stwierdzono dobrą zgodność wyników obliczonych z wynikami eksperymentalnymi w zakresie niskich obrotów dysku 100 i 400 obr/min.

Słowa kluczowe

EN

liquid slag; reduction FeO

PL

ciekłe żelazo; wytapianie redukcyjne; redukcja FeO

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe PWN SA
• Czasopismo: Archives of Metallurgy
• Rocznik: 2002
• Tom: Vol. 47, iss. 1
• Strony: 95--117
• Opis fizyczny: Bibliogr. 36 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Mróz J.

• Wydział Metalurgii i Inżynierii Materiałowej, Politechnika Częstochowska, 42-200 Częstochowa, Al Armii Krajowej 19

Bibliografia

• [1] R. J. Fruchan, K. Ito, B. Ozturk, Steel Research 3-4, 129 (1989).
• [2] L. Król, Procesy "Smelting reduction" - metalurgia XXI wieku?. Mat. Konf. III Conference "Metallurgy of Iron", Komorni Lhotka, Republika Czeska, 9-11.12.1993.
• [3] G. J. W. Kor, Steel Research 3-4, 122 (1989).
• [4] D. Neuschutz, T. Hoster, Steel Research 3-4, 113 (1989).
• [5] R. J. Fruehan, Iron a, Steelmaker 7, 25 (1996).
• [6] J. Mróz, C. Kolmasiak, Hutnik-Wiadomości Hutnicze 6, 225 (1998).
• [7] J. Mróz, Hutnik-Wiadomości Hutniczę 9, 354 (1998).
• [8] G. S. Jerszov, E. A. Popova, Izv. Akad. Nauk SSSR. Metallurgija i Gorn. Dieło 1, 32 (1964).
• [9] J. Mróz, Scandinavian Journal of Metallurgy 23, 171 (1994).
• [10] M. W. Davies, G. S. F. Hazeldean, P. N. Smith, Physical Chemistry of Process Metallurgy. The Richardson Conference, 1973, Publ. Inst. Min. Metall., 1974.
• [11] R. K. Paramguru, R. K. Galgali, H. S. Ray, Metall. a. Mat. Trans. B 28B, 805 (1997).
• [12] M. Gornerup, A. K. Lahiri, Ironmaking a. Steelmaking 5, 382 (1998).
• [13] M. Sugata, T. Sugijama, S. Kondo, Trans. ISIJ 14, 88 (1974).
• [14] A. Sato, G. Aragane, K. Kamihira, S. Yoshimatsu, Trans. ISIJ. 27, 789 (1987).
• [15] M. Sheikhshab Bafghi, Y. Ito, S. Yamada, M. Sano, ISIJ Int. 12, 1280 (1992).
• [16] V. V. Kondakov, D. I. Ryzonkov, D. M. Golenko, Izv. Vuz-ov Cernaja Metall. 4, 23 (I960).
• [17] F. Tsukihashi, M. Amataisu, T. Soma, Tetsu-to-Hagane 14, 1880 (1982).
• [18] Y. Sasaki, T. Soma, Metall. Trans. B 1, 189 (1977).
• [19] G. R. Belton, R. J. Fruchan, Proc. Ethem, T. Turkdogan Symp., Iron a. Steel Societv. Pittsburgh. PA. 1994, p. 3.
• [20] J-D. Sco, S-H. Kim, Steel Research 8, 307 (1998).
• [21] S. Glasstone, H. Eyring, K. J. Laidler, The theory of rate process. London. 1941, Mc Craw-Hill Book Company, s. 95.
• [22] V. G. Levich, Fiziko-Chimicieskaia Gidrodinamika, Fizmatgis, Moskva, 1959.
• [23] Yu. V. Pleskov, V. Yu. Filinovski, Vraseaiusciisia diskovyj elektrod. Izd. Nauka, Moskva, 1972.
• [24] S. O. Ericeson, P. O. Mellberg, Influence of sulphur on the rate of carbon dissolution in liquid iron. Scandinavian Journal of Metallurgy'10, 15, (1981).
• [25] A. Sarma, W. Cramb, R. J. Fruchan, Reduction of FeO in smelting slags by solid carbon: Experimental results. Metall, a. Mat. Trans. B 27B, 717, (1996).
• [26] G. S. Jerszov, E. A. Popova, Vosstanovlenije zelcza i kremnija iz szlakovych rasplavov uglierodom. Izv. Akad. Nauk SSSR. Metallurgija i Gorn. Dido 1, 32, (1964).
• [27] H. Bala, British Corrosion Journal 25, 34 (1990).
• [28] F-Z. Ji, D. Sicken, S. Sectharaman, Metall, a. Mat. Trans. B 28B, 827 (1997).
• [29] Y. Bottinga, D. F. Weill, Am. J. Science 269, 169 (1970).
• [30] C. K. Mills, B. J. Keene, Int. Mat. Rev. 1-2, 105 (1987).
• [31] J. Mróz, Steel Research 1+2, 27 (2000).
• [32] J. Mróz, Redukcja tlenków żelaza z ciekłych żużli stałym reduktorem węglowym, Prace Naukowe Wydzialu Metalurgii i Inżynierii Materiałowej, seria Metalurgia, nr 4, Wyd. Wydz. Metalurgii i Inżynierii Materiałowej Politechniki Częstochowskiej, Częsstochowa 2000.
• [33] J. Mróz, Metallurgical and Materials Transactions B. 32B, 821 (2001).
• [34] M. Eisenberg, C.W. Tobias, C. R. WiIke, Chem. Eng. Progr., Symp. Ser. 16, 1 (1955).
• [35] J. Mróz, R. Benesch, R. Budzik, Reakcja Boudouarda w procesie redukcji tlenków żelaza z ciekłych żużli stałym reduktorem węglowym. IX Konferencja Naukowa "Iron and Steelmaking". Malenovice, Republika Czeska 22-24.09.1999.
• [36] W. Volk, Statystyka stosowana dla inżynierów, Wyd. Naukowo-Techniczne, Warszawa, 1973.