Прогнозирование удельного расхода восстановительного газа в процессе прямого получения железа в шахтной печи
Предложен метод оценки удельного расхода восстановительного газа в процессе прямого получения губчатого железа в шахтной печи, а также состава отходящего из печи колошникового газа. В реальных условиях работы опытной шахтной печи удельный расход восстановительного газа на 30 % превысил его предельно...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Энерготехнологии и ресурсосбережение |
|---|---|
| Дата: | 2012 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут газу НАН України
2012
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/127151 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Прогнозирование удельного расхода восстановительного газа в процессе прямого получения железа в шахтной печи / В.Г. Котов, А.М. Святенко, Д.С. Филоненко, А.А. Небесный // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2012. — № 6. — С. 39-43. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860235355999961088 |
|---|---|
| author | Котов, В.Г. Святенко, А.М. Филоненко, Д.С. Небесный, А.А. |
| author_facet | Котов, В.Г. Святенко, А.М. Филоненко, Д.С. Небесный, А.А. |
| citation_txt | Прогнозирование удельного расхода восстановительного газа в процессе прямого получения железа в шахтной печи / В.Г. Котов, А.М. Святенко, Д.С. Филоненко, А.А. Небесный // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2012. — № 6. — С. 39-43. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Энерготехнологии и ресурсосбережение |
| description | Предложен метод оценки удельного расхода восстановительного газа в процессе прямого получения губчатого железа в шахтной печи, а также состава отходящего из печи колошникового газа. В реальных условиях работы опытной шахтной печи удельный расход восстановительного газа на 30 % превысил его предельно-минимальный расход, требующийся для восстановления железа на стадии FeO → Fe. Показано, что отношение между компонентами в печных газах определяется равновесием реакции водяного газа, при этом состав отходящего из печи колошникового газа соответствует константе равновесия реакции водяного газа, взятой при температуре около 680 °С.
Запропоновано метод оцінки питомих витрат відновлювального газу в процесі прямого отримання губчастого заліза в шахтній печі, а також складу відхідного з печі колошникового газу. У реальних умовах роботи шахтної печі питомі витрати відновлювального газу на 30 % перевищили його гранично-мінімальні витрати, які потрібні для відновлення заліза на стадії FeO → Fe. Показано, що співвідношення між компонентами в пічних газах визначається рівновагою реакції водяного газу, при цьому склад відхідного з печі колошникового газу відповідає константі рівноваги реакції водяного газу, узятій при температурі близько 680 °С.
The method of reducing gas specific consumption evaluation for spongy iron direct production process in shaft furnace as well as exhausted furnace top gas composition is proposed. In actual conditions of pilot shaft furnace operation the specific consumption of reducing gas is on 30 % higher than its limit-minimal flow rate required for iron reduction at FeO → Fe stage. It is displayed that the ratio between components in furnace gases is determined by the equilibrium of water gas reaction and the composition of the exhaust from the furnace top gas corresponds to the equilibrium constant of water gas reaction taken at approximately 680 °C.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:23:42Z |
| format | Article |
| fulltext |
Ïðè àíàëèçå ïðîöåññà ïðÿìîãî ïîëó÷åíèÿ
æåëåçà, â ÷àñòíîñòè, ïðè ïðîåêòèðîâàíèè øàõò-
íûõ ïå÷åé âîçíèêàåò íåîáõîäèìîñòü â îöåíêå
óäåëüíîãî ðàñõîäà âîññòàíîâèòåëüíîãî ãàçà
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2012. ¹ 6 39
Starchak V.G.1, Tcibula S.D.2
1 Chernigov National Educational University
2 Chernigov State Technology University
The Corrosion Protection as Effective Factor of
Environmental Destructive and Industrial Influence
on Natural Environment Preventing
The corrosion processes are considered as environmental destructive and industrial influ-
ence on natural environment as well as anticorrosive protection is effective factor of envi-
ronmental and economical damage prevention. Power influence of soil radiating pollution
and vibration on corrosion and anticorrosive protection is investigated. It is displayed that
complex application of vibroprotection and synergistic protective composition reduces ve-
locity of corrosion on 94,6 % by active reactionary centers blocking on steel surfaces by
nanoscaled protective metalchelated films.
Key words: environmental destructive and industrial influence on natural environment,
corrosion protection.
Received June 12, 2012
ÓÄÊ 669.181.42
Êîòîâ Â.Ã., Ñâÿòåíêî À.Ì., Ôèëîíåíêî Ä.Ñ., Íåáåñíûé À.À.
Èíñòèòóò ãàçà ÍÀÍ Óêðàèíû, Êèåâ
Ïðîãíîçèðîâàíèå óäåëüíîãî ðàñõîäà
âîññòàíîâèòåëüíîãî ãàçà â ïðîöåññå ïðÿìîãî
ïîëó÷åíèÿ æåëåçà â øàõòíîé ïå÷è
Ïðåäëîæåí ìåòîä îöåíêè óäåëüíîãî ðàñõîäà âîññòàíîâèòåëüíîãî ãàçà â ïðîöåññå ïðÿ-
ìîãî ïîëó÷åíèÿ ãóá÷àòîãî æåëåçà â øàõòíîé ïå÷è, à òàêæå ñîñòàâà îòõîäÿùåãî èç ïå-
÷è êîëîøíèêîâîãî ãàçà.  ðåàëüíûõ óñëîâèÿõ ðàáîòû îïûòíîé øàõòíîé ïå÷è óäåëü-
íûé ðàñõîä âîññòàíîâèòåëüíîãî ãàçà íà 30 % ïðåâûñèë åãî ïðåäåëüíî-ìèíèìàëüíûé
ðàñõîä, òðåáóþùèéñÿ äëÿ âîññòàíîâëåíèÿ æåëåçà íà ñòàäèè FeO � Fe. Ïîêàçàíî, ÷òî
îòíîøåíèå ìåæäó êîìïîíåíòàìè â ïå÷íûõ ãàçàõ îïðåäåëÿåòñÿ ðàâíîâåñèåì ðåàêöèè
âîäÿíîãî ãàçà, ïðè ýòîì ñîñòàâ îòõîäÿùåãî èç ïå÷è êîëîøíèêîâîãî ãàçà ñîîòâåòñòâóåò
êîíñòàíòå ðàâíîâåñèÿ ðåàêöèè âîäÿíîãî ãàçà, âçÿòîé ïðè òåìïåðàòóðå îêîëî 680 Ñ.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: øàõòíàÿ ïå÷ü, âîññòàíîâëåíèå æåëåçà, âîññòàíîâèòåëüíûé ãàç, êî-
ëîøíèêîâûé ãàç.
Çàïðîïîíîâàíî ìåòîä îö³íêè ïèòîìèõ âèòðàò â³äíîâëþâàëüíîãî ãàçó â ïðîöåñ³ ïðÿìî-
ãî îòðèìàííÿ ãóá÷àñòîãî çàë³çà â øàõòí³é ïå÷³, à òàêîæ ñêëàäó â³äõ³äíîãî ç ïå÷³ êî-
ëîøíèêîâîãî ãàçó. Ó ðåàëüíèõ óìîâàõ ðîáîòè øàõòíî¿ ïå÷³ ïèòîì³ âèòðàòè â³äíîâëþ-
âàëüíîãî ãàçó íà 30 % ïåðåâèùèëè éîãî ãðàíè÷íî-ì³í³ìàëüí³ âèòðàòè, ÿê³ ïîòð³áí³ äëÿ
â³äíîâëåííÿ çàë³çà íà ñòà䳿 FeO � Fe. Ïîêàçàíî, ùî ñï³ââ³äíîøåííÿ ì³æ êîìïîíåí-
òàìè â ï³÷íèõ ãàçàõ âèçíà÷àºòüñÿ ð³âíîâàãîþ ðåàêö³¿ âîäÿíîãî ãàçó, ïðè öüîìó ñêëàä
â³äõ³äíîãî ç ïå÷³ êîëîøíèêîâîãî ãàçó â³äïîâ³äຠêîíñòàíò³ ð³âíîâàãè ðåàêö³¿ âîäÿíîãî
ãàçó, óçÿò³é ïðè òåìïåðàòóð³ áëèçüêî 680 Ñ.
Êëþ÷îâ³ ñëîâà: øàõòíà ï³÷, â³äíîâëåííÿ çàë³çà, â³äíîâëþâàëüíèé ãàç, êîëîøíèêîâèé ãàç.
� Êîòîâ Â.Ã., Ñâÿòåíêî À.Ì., Ôèëîíåíêî Ä.Ñ., Íåáåñíûé À.À., 2012
(ÂÃ) äëÿ ïîëó÷åíèÿ 1 ò ãóá÷àòîãî æåëåçà
(ÃÆ). Äî íàñòîÿùåãî âðåìåíè îñíîâíûì ñûðüå-
âûì èñòî÷íèêîì ïîëó÷åíèÿ Âà ÿâëÿëñÿ ïðèðîä-
íûé ãàç, â ìåíüøåé ñòåïåíè — êàìåííûå óãëè.
 ïîëó÷àåìîì ÂÃ, êðîìå âîññòàíîâèòåëåé
(îêcèäîâ óãëåðîäà è âîäîðîäà), ñîäåðæèòñÿ íå-
êîòîðîå êîëè÷åñòâî îêèñëèòåëåé (ÑÎ2, Í2Î), à
òàêæå èíåðòíûå êîìïîíåíòû, ãëàâíûì îáðàçîì,
àçîò. Â ðàáîòå [1] ïîêàçàíî, ÷òî óäåëüíûé ðàñ-
õîä Âà (ì3/ò ÃÆ) â áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ îïðå-
äåëÿåòñÿ åãî ðàñõîäîì íà çàâåðøàþùåì ýòàïå
âîññòàíîâëåíèÿ æåëåçà (FeO � Fe), òàê êàê
êîíöåíòðàöèÿ ÑÎ è Í2 â ãàçå ïîñëå ýòîãî ýòàïà
îáû÷íî äîñòàòî÷íà äëÿ ïîñëåäóþùèõ ýòàïîâ âîñ-
ñòàíîâëåíèÿ Fe3O4 � FeÎ è Fe2O3 � Fe3Î4. Â
òîì ñëó÷àå, êîãäà âîññòàíàâëèâàåìûé ìàòåðèàë
íà 100 % ñîñòîèò èç Fe2O3, äëÿ ïîëó÷åíèÿ 1 ò
ÃÆ åãî ïîòðåáóåòñÿ îêîëî 1429 êã, ïðè ýòîì êî-
ëè÷åñòâî FeO, âîññòàíàâëèâàåìîå íà çàâåðøàþ-
ùåì ýòàïå äî ìåòàëëè÷åñêîãî ñîñòîÿíèÿ (ïðè
ñòåïåíè ìåòàëëèçàöèè 100 %), ñîñòàâëÿåò 1286
êã/ò. Òîãäà ìèíèìàëüíûé ðàñõîä ÂÃ, íàçâàí-
íûé ïðåäåëüíî-ìèíèìàëüíûì è ñîîòâåòñòâóþ-
ùèé ñëó÷àþ, êîãäà ãàç äîñòèãàåò ðàâíîâåñíîãî
ñîñòîÿíèÿ íà ýòàïå âîññòàíîâëåíèÿ FeO � Fe,
ðàññ÷èòûâàåòñÿ ïî óðàâíåíèþ [1], ì3/ò ÃÆ:
ãäå ÑÎ, ÑÎ2, Í2, Í2Î — ñîäåðæàíèå ñîîòâåò-
ñòâóþùèõ êîìïîíåíòîâ â âîññòàíîâèòåëüíîì ãà-
çå, ïîñòóïàþùåì íà âîññòàíîâëåíèå îêñèäà æå-
ëåçà (II), % (îá.); ÊÐ1, ÊÐ2 — êîíñòàíòû ðàâ-
íîâåñèÿ ðåàêöèé FeO + CO = Fe + CO2 è FeO +
Í2 = Fe + Í2Î ñîîòâåòñòâåííî.
Êîíñòàíòû ðàâíîâåñèÿ óêàçàííûõ ðåàêöèé
âîññòàíîâëåíèÿ ìîæíî ðàññ÷èòàòü ïî ñëåäóþ-
ùèì óðàâíåíèÿì [2]:
lg KP1 = lg (CO/CO2)P = 1,14 – 949/T; (2)
lg KP2 = lg (H2/H2O)P = 977/T – 0,64, (3)
ãäå Ò — òåìïåðàòóðà ðåàêöèé âîññòàíîâëåíèÿ, Ê.
Îáû÷íî âîññòàíàâëèâàåìûé æåëåçîðóäíûé
ìàòåðèàë íå ÿâëÿåòñÿ ÷èñòûì ãåìàòèòîì. Êðîìå
òîãî, êîëè÷åñòâî âîññòàíàâëèâàåìîãî FeO ìåíÿ-
åòñÿ â çàâèñèìîñòè îò óñëîâèé ïðîâåäåíèÿ ïðî-
öåññà âîññòàíîâëåíèÿ è ïîýòîìó ìåíüøå óêàçàí-
íûõ âûøå 1286 êã/ò ÃÆ.  ýòîì ñëó÷àå ïðå-
äåëüíî-ìèíèìàëüíûé ðàñõîä ÂÃ ñîñòàâèò, ì3/ò:
ãäå FeO — êîëè÷åñòâî çàêèñè æåëåçà, êîòîðîå
âîññòàíàâëèâàåòñÿ äî ìåòàëëè÷åñêîãî ñîñòîÿíèÿ
â ðàñ÷åòå íà ïîëó÷åíèå 1 ò ÃÆ.
 ðåàëüíûõ óñëîâèÿõ ïðîòåêàíèÿ ïðîöåññà
âîññòàíîâëåíèÿ â øàõòíîé ïå÷è äåéñòâèòåëüíûé
ðàñõîä ÂÃ âñåãäà áîëüøå ïðåäåëüíî-ìèíèìàëü-
íîãî, â ïåðâóþ î÷åðåäü, ïî ïðè÷èíå òðóäíîñòè
îáåñïå÷åíèÿ ðàâíîìåðíîãî åãî ðàñïðåäåëåíèÿ
ïî ïîïåðå÷íîìó ñå÷åíèþ øàõòû ïå÷è, à òàêæå
èç-çà çàìåäëåíèÿ ñêîðîñòè ïðîòåêàíèÿ ðåàêöèé
âîññòàíîâëåíèÿ îêñèäîâ æåëåçà (II) ïî ìåðå
ïðèáëèæåíèÿ ñîñòàâà ãàçà ê ðàâíîâåñíîìó ñî-
ñòîÿíèþ. Òîãäà äåéñòâèòåëüíûé ðàñõîä âîññòà-
íîâèòåëüíîãî ãàçà Vä ñîñòàâèò
Vä = k ·Vïì, (5)
ãäå k — êîýôôèöèåíò óâåëè÷åíèÿ ðàñõîäà Âà â
ñðàâíåíèè ñ åãî ïðåäåëüíî-ìèíèìàëüíûì ðàñõî-
äîì, k > 1.
Îöåíèì çíà÷åíèå êîýôôèöèåíòà k, èñïîëü-
çóÿ äëÿ ýòîãî ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå, ïîëó-
÷åííûå íà îïûòíîé øàõòíîé ïå÷è ïðÿìîãî ïî-
ëó÷åíèÿ æåëåçà îáúåìîì 10 ì3 çàâîäà «Çàïî-
ðîæñòàëü» [3].
Èñõîäíûå äàííûå.  øàõòíîé ïå÷è âîñ-
ñòàíàâëèâàëè îêàòûøè Ñåâåðíîãî ÃÎÊà Êðèâî-
ðîæñêîãî ìåñòîðîæäåíèÿ æåëåçíûõ ðóä, ñîäåð-
æàùèå 60,7 % Feîáù è îêîëî 13,7 % ïîðîäû.
Âîññòàíîâëåíèå îñóùåñòâëÿëè ïðîäóêòàìè êèñ-
ëîðîäíîé êîíâåðñèè ïðèðîäíîãî ãàçà, à òàêæå
ïîäàâàåìûì â íèæíþþ ÷àñòü øàõòû ïå÷è (íà
îõëàæäåíèå ÃÆ) ðåöèðêóëèðóåìûì êîëîøíè-
êîâûì ãàçîì, ðàñõîäû êîòîðûõ ñîñòàâèëè 1206
è 1084 ì3/ò ÃÆ ñîîòâåòñòâåííî. Ñîñòàâû êîí-
âåðòèðîâàííîãî ïðèðîäíîãî ãàçà, à òàêæå êî-
ëîøíèêîâîãî è ðåöèðêóëèðóåìîãî ãàçîâ çà
îïûòíûé ïåðèîä ðàáîòû øàõòíîé ïå÷è ïðèâåäå-
íû â òàáë.1. Íà îñíîâàíèè èñõîäíûõ äàííûõ
ïðîèçâåäåí ðàñ÷åò ïðåäåëüíî-ìèíèìàëüíîãî
ðàñõîäà ÂÃ.
1. Ñîñòàâ âîññòàíîâèòåëüíîãî ãàçà.
Ïðèíèìàåì, ÷òî ïðèìåñü ìåòàíà, ñîäåðæàùàÿñÿ â
êîíâåðòèðîâàííîì ãàçå, ïðè ïîñòóïëåíèè â øàõò-
íóþ ïå÷ü ðàçëàãàåòñÿ ïî ðåàêöèè ÑÍ4 = Ñ + 2Í2
ñ îáðàçîâàíèåì 1206·0,004·2 = 9,6 ì3/ò âîäîðîäà
40 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2012. ¹ 6
Òàáëèöà 1. Ñîñòàâ ãàçà â îïûòíîì ïåðèîäå ðà-
áîòû øàõòíîé ïå÷è
Ãàç, % (îá.) ÑÎ ÑÎ2 Í2 Í2Î ÑÍ4 N2
Êîíâåðòèðîâàííûé
ïðèðîäíûé
28,1 3,5 55,3 10,4 0,4 2,3
Êîëîøíèêîâûé 20,5 17,4 40,9 19,1 – 2,1
Ðåöèðêóëèðóåìûé
êîëîøíèêîâûé
25,6 19,0 51,0 1,8 – 2,6
è 1206·0,004·12/22,4 = 2,6 êã/ò óãëåðîäà (çäåñü
12 — àòîìíàÿ ìàññà (à.ì.) óãëåðîäà).
Ïî äàííûì [3], ïîâûøåíèå ñîäåðæàíèÿ óã-
ëåðîäà â ÃÆ íà âûõîäå èç ïå÷è ñîñòàâèëî îêî-
ëî 10 êã/ò, ÷òî ìîæíî îáúÿñíèòü ðàçâèòèåì
òàêæå è ðåàêöèè ðàçëîæåíèÿ îêñèäà óãëåðîäà
2ÑÎ = ÑÎ2 + Ñ, ïðîòåêàþùåé â íèæíåé ÷àñòè
ïå÷è íà ñâåæåâîññòàíîâëåííîì æåëåçå ïðè åãî
îõëàæäåíèè ðåöèðêóëèðóåìûì ãàçîì. Òîãäà êî-
ëè÷åñòâî âûäåëÿþùåãîñÿ ïî ýòîé ðåàêöèè óãëå-
ðîäà ñîñòàâèò 10 – 2,6 = 7,4 êã/ò, ÷òî ñîîòâåò-
ñòâóåò ðàçëîæåíèþ 7,4·22,4·2/12 = 27,6 ì3 ÑÎ
è âûäåëåíèþ 27,6/2 = 13,8 ì3 ÑÎ2.
Êîëè÷åñòâî ÑÎ, ïîñòóïàþùåé â ïå÷ü ñ ðå-
öèðêóëèðóåìûì ãàçîì, ñîñòàâëÿåò 1084·0,256 =
277 ì3/ò.  ýòîì ñëó÷àå ñòåïåíü ðàçëîæåíèÿ
îêñèäà óãëåðîäà â çîíå îõëàæäåíèÿ ÃÆ ðàâíÿ-
åòñÿ 27,6·100/277 = 10,0 %.
Ñ ó÷åòîì ïðîòåêàíèÿ âûøåóêàçàííûõ ðåàê-
öèé ñóììàðíûå ðàñõîäû êîìïîíåíòîâ, îáðàçóþ-
ùèõ âîññòàíîâèòåëüíûé ãàç ñîñòàâÿò, ì3/ò: ÑÎ
= 589 (25,8 %); ÑÎ2 = 262 (11,5 %); Í2 = 1229
(53,9 %); Í2Î = 145 (6,4 %); N2 = 56 (2,4 %);
âñåãî — 2281.
2. Ðàñõîä îêàòûøåé íà ïîëó÷åíèå 1 ò
ÃÆ. Ïîñëå íåñëîæíîãî ïåðåñ÷åòà ñîñòàâ îêà-
òûøåé ìîæíî ïðåäñòàâèòü êàê ìàòåðèàë, ñî-
ñòîÿùèé èç 82,6 % Fe2O3, 3,7 % FeO è 13,7 %
ïóñòîé ïîðîäû. Â ðåçóëüòàòå âîññòàíîâëåíèÿ
Fe2O3, ñîäåðæàùåãîñÿ â èñõîäíûõ 100 êã îêà-
òûøåé, îáðàçóåòñÿ 82,6·2·72/160=73,34 êã FeO
(72 — ì.ì. FeO; 160 — ì.ì. Fe2O3, ãäå ì.ì. —
ìîëåêóëÿðíàÿ ìàññà). Òàêèì îáðàçîì, ïîñëå
ýòàïîâ âîññòàíîâëåíèÿ âûñøèõ îêñèäîâ æåëåçà
3 Fe2O3 � 2 Fe3O4 � 6 FeO èç êàæäûõ 100 êã
îêàòûøåé îáðàçóåòñÿ 74,34 + 3,7 = 78,04 êã
FeO è îñòàåòñÿ 13,7 êã ïîðîäû.
Ñòåïåíü âîññòàíîâëåíèÿ æåëåçà íà çàâåð-
øàþùåì ýòàïå âîññòàíîâëåíèÿ FeO � Fe îïðå-
äåëÿåòñÿ êîíêðåòíûìè óñëîâèÿìè îðãàíèçàöèè
ïðîöåññà âîññòàíîâëåíèÿ.  ñëó÷àå ôîðñèðîâà-
íèÿ ïðîöåññà ñ öåëüþ ïîâûøåíèÿ ïðîèçâîäè-
òåëüíîñòè ïå÷è ñòåïåíü âîññòàíîâëåíèÿ (ìåòàë-
ëèçàöèè) ñíèæàåòñÿ. Ïðèíèìàåì ñòåïåíü ìåòàë-
ëèçàöèè æåëåçà ðàâíîé 0,92, òîãäà âîññòàíîâèò-
ñÿ 78,04·0,92 = 71,80 êã FeO è â ÃÆ îêàæåòñÿ
71,8·56/72 = 55,84 êã Feìåò (56 — à.ì. Fe); à
òàêæå 78,04 – 71,8 = 6,24 êã FeÎ. Òàêèì îáðà-
çîì, èç 100 êã îêàòûøåé îáðàçóåòñÿ 55,84 (Fe)
+ 6,24 (FeO) + 13,7 (ïîðîäà) = 75,78 êã ÃÆ. Â
â ýòîì ñëó÷àå óäåëüíûé ðàñõîä îêàòûøåé íà
ïîëó÷åíèå 1000 êã ÃÆ ñîñòàâèò (100/75,78)
1000 = 1320 êã.
3. Îïðåäåëåíèå Vïì. Ñîãëàñíî ï.2, íà
ýòàïå FeO � Fe ïðè âîññòàíîâëåíèè 100 êã îêà-
òûøåé âîññòàíàâëèâàåòñÿ äî Feìåò 71,8 êã FeO,
òîãäà ïðè ðàñõîäå îêàòûøåé 1320 êã/ò ÃÆ íà
ýòîì ýòàïå áóäåò âîññòàíîâëåíî (71,8/100)
1320 = 947,8 êã FeO. Ïðèíèìàåì òåìïåðàòóðó
ãîðèçîíòà ïå÷è, íà êîòîðîì íà÷èíàåòñÿ çàâåð-
øàþùèé ýòàï âîññòàíîâëåíèÿ, à ñîñòàâ ãàçà
ïðèáëèæàåòñÿ ê ðàâíîâåñíîìó ñîñòîÿíèþ äëÿ
ðåàêöèè FeO + ÑÎ(Í2) = Fe + ÑÎ2 (Í2Î),
ðàâíîé 820 Ñ.  ýòîì ñëó÷àå ðàññ÷èòàííûå ïî
óðàâíåíèÿì (2) è (3) çíà÷åíèÿ êîíñòàíò ðàâíî-
âåñèÿ ÊÐ1 è ÊÐ2 ðàâíû ñîîòâåòñòâåííî 1,870 è
1,794. Ïîäñòàâëÿÿ çíà÷åíèÿ íàéäåííûõ ïàðà-
ìåòðîâ â óðàâíåíèå (4), íàõîäèì:
4. Îïðåäåëåíèå êîýôôèöèåíòà óâå-
ëè÷åíèÿ ðàñõîäà ÂÃ. Ñîãëàñíî ï.1, ñêîððåê-
òèðîâàííûé ðàñõîä âîññòàíîâèòåëüíîãî ãàçà,
ñîñòîÿùåãî èç ñìåñè êîíâåðòèðîâàííîãî è ðå-
öèðêóëèðóåìîãî êîëîøíèêîâîãî ãàçîâ, ñîñòàâ-
ëÿåò 2281 ì3/ò ÃÆ.  ýòîì ñëó÷àå êîýôôèöè-
åíò k â óðàâíåíèè (5) áóäåò ðàâåí
k = Vä/Vïì = 2281/1768 = 1,291, (7)
òî åñòü äåéñòâèòåëüíûé ðàñõîä âîññòàíîâèòåëü-
íîãî ãàçà ïî÷òè íà 30 % ïðåâûøàåò åãî ïðåäåëü-
íî-ìèíèìàëüíûé ðàñõîä.
5. Ðàñ÷åò ñîñòàâà êîëîøíèêîâîãî ãàçà.
 1320 êã îêàòûøåé ñîäåðæèòñÿ 1320·0,826 =
1090 êã Fe2O3 (ñì. ï.2), òîãäà ñòåõèîìåòðè÷å-
ñêèé ðàñõîä âîññòàíîâèòåëåé ÑÎ + Í2 íà âîñ-
ñòàíîâëåíèå æåëåçà ïî ðåàêöèÿì Fe2O3 + ÑÎ
(Í2) = 2FeÎ + ÑÎ2 (Í2Î) ñîñòàâèò 1090.22,4/
160 = 153 ì3/ò ÃÆ.
Ñîãëàñíî ï.3, íà ýòàïå FeO � Fe âîññòàíàâ-
ëèâàåòñÿ 947,8 êã FeO â ðàñ÷åòå íà ïîëó÷åíèå 1 ò
ÃÆ.  ýòîì ñëó÷àå ñòåõèîìåòðè÷åñêèé ðàñõîä
ÑÎ + Í2 íà çàâåðøàþùåì ýòàïå âîññòàíîâëå-
íèÿ ñîñòàâèò 947,8·22,4/72 = 295 ì3/ò ÃÆ, à
ñóììàðíûé ñòåõèîìåòðè÷åñêèé ðàñõîä âîññòàíî-
âèòåëåé íà ïîëó÷åíèå 1 ò ÃÆ ðàâíÿåòñÿ 153 +
295 = 448 ì3 ÑÎ + Í2.
Ñîãëàñíî ï.1 óäåëüíûå ðàñõîäû êîìïîíåí-
òîâ âîññòàíîâèòåëüíîãî ãàçà íà ïîëó÷åíèå 1 ò
ÃÆ ñîñòàâëÿþò, ì3/ò: ÑÎ = 589; ÑÎ2 = 262;
Í2 = 1229; Í2Î = 145 è N2 = 56. Ïóñòü íà âîñ-
ñòàíîâëåíèå îêñèäîâ æåëåçà ðàñõîäóåòñÿ À (ì3)
ÑÎ è  (ì3) Í2, òîãäà ñ ó÷åòîì òîãî îáñòîÿ-
òåëüñòâà, ÷òî À + Â = 448 ì3, êîëîøíèêîâûé
ãàç áóäåò òàêîãî ñîñòàâà, ì3/ò: ÑÎ = 589 – À;
ÑÎ2 = 262 + À; Í2 = 781 + À; Í2Î = 593 – À;
N2 = 56.
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2012. ¹ 6 41
(6)
 âûñîêîòåìïåðàòóðíûõ ïðîöåññàõ ïðè íå-
ïîëíîì ñãîðàíèè òîïëèâà ñîñòàâ ãàçîâîé ôàçû
îïðåäåëÿåòñÿ ðàâíîâåñèåì ðåàêöèè âîäÿíîãî ãà-
çà Í2Î + ÑÎ = Í2 + ÑÎ2 [4]. Â óñëîâèÿõ
øàõòíîé ïå÷è ïî ìåðå äâèæåíèÿ ãàçà ñíèçó
ââåðõ îí îõëàæäàåòñÿ, â ðåçóëüòàòå ïðîòåêàíèå
ðåàêöèè âîäÿíîãî ãàçà çàòîðìàæèâàåòñÿ ïî êè-
íåòè÷åñêèì ïðè÷èíàì. Ïðåäïîëàãàÿ, ÷òî îñíîâ-
íóþ ðîëü â ñîîòíîøåíèè êîìïîíåíòîâ êîëîøíè-
êîâîãî ãàçà èãðàåò ðåàêöèÿ âîäÿíîãî ãàçà, îïðå-
äåëèì òåìïåðàòóðó, ïðè êîòîðîé ðàñ÷åòíûé ñî-
ñòàâ êîëîøíèêîâîãî ãàçà â íàèáîëüøåé ìåðå
ïðèáëèæåí ê ðåàëüíîìó åãî ñîñòàâó.
Ñ ýòîé öåëüþ äëÿ ðÿäà çíà÷åíèé òåìïåðà-
òóð áûëè ðàññ÷èòàíû êîíñòàíòû ðàâíîâåñèÿ ðå-
àêöèè âîäÿíîãî ãàçà ïî óðàâíåíèþ [5]:
lg KP3 = lg (CO·Í2Î/(CO2·Í2))P =
= 1,75 – 1913/T. (8)
Ïîëó÷åííûå çíà÷åíèÿ KP3 ïîäñòàâëÿëè â
íèæåñëåäóþùåå óðàâíåíèå:
CηÍ2Î/(ÑÎ2·Í2) = (589 – À)·(593 –
– À)/[(262 + À)·(781 + À)] = KP3, (9)
êîòîðîå ðåøàëè îòíîñèòåëüíî íåèçâåñòíîé âåëè-
÷èíû À.
Îïðåäåëèâ À, íàõîäèëè ðàñ÷åòíûå çíà÷å-
íèÿ õð êîìïîíåíòîâ êîëîøíèêîâîãî ãàçà, êîòî-
ðûå ñðàâíèâàëè ñ èõ îïûòíûìè çíà÷åíèÿìè õî.
Ðåçóëüòàòû âû÷èñëåíèé ïðåäñòàâëåíû â òàáë.2.
Èç íåå ñëåäóåò, ÷òî ñóììà âçÿòûõ ïî ìîäóëþ
ðàçíîñòåé õî – õð ïî âñåì êîìïîíåíòàì êîëîø-
íèêîâîãî ãàçà èìååò íàèìåíüøåå çíà÷åíèå ïðè
òåìïåðàòóðå îêîëî 670 Ñ, ÷òî íåçíà÷èòåëüíî
îòëè÷àåòñÿ îò òåìïåðàòóðû «çàìîðàæèâàíèÿ»
ñîñòàâà êîëîøíèêîâîãî ãàçà, îïðåäåëÿåìîãî ïî
îïûòíûì äàííûì (ñîñòàâëÿåò îêîëî 680 Ñ).
Ïîëó÷åííûå ðåçóëüòàòû ïîçâîëÿþò çàêëþ-
÷èòü, ÷òî â ïðîöåññå ïðÿìîãî ïîëó÷åíèÿ ÃÆ ñî-
îòíîøåíèå ìåæäó ãàçîîáðàçíûìè êîìïîíåíòàìè
â ïå÷íîì ãàçå îïðåäåëÿåòñÿ ðàâíîâåñèåì ðåàê-
öèè âîäÿíîãî ãàçà. Â óñëîâèÿõ ðàáîòû îïûòíîé
øàõòíîé ïå÷è òåìïåðàòóðà, ñîîòâåòñòâóþùàÿ
òåìïåðàòóðå «çàìîðàæèâàíèÿ» ñîñòàâà êîëîø-
íèêîâîãî ãàçà ïî ýòîé ðåàêöèè, ñîñòàâèëà îêîëî
680 Ñ.
Âûâîäû
Ïðåäëîæåí ìåòîä îöåíêè óäåëüíîãî ðàñõî-
äà âîññòàíîâèòåëüíîãî ãàçà â ïðîöåññå ïðÿìîãî
ïîëó÷åíèÿ æåëåçà â øàõòíîé ïå÷è ñ èñïîëüçî-
âàíèåì äëÿ ýòîãî ðàñ÷åòíîãî çíà÷åíèÿ åãî ïðå-
äåëüíî-ìèíèìàëüíîãî ðàñõîäà. Ðåàëüíûé ðàñ-
õîä âîññòàíîâèòåëüíîãî ãàçà ïðèìåðíî íà 30 %
ïðåâûøàåò ïðåäåëüíî-ìèíèìàëüíûé ðàñõîä, ïðè
ýòîì ñòåïåíü ðàçëîæåíèÿ îêñèäà óãëåðîäà ðå-
öèðêóëèðóåìîãî êîëîøíèêîâîãî ãàçà â çîíå
îõëàæäåíèÿ ãóá÷àòîãî æåëåçà ñîñòàâëÿåò îêîëî
10 %. Ñîñòàâ îòõîäÿùåãî èç ïå÷è êîëîøíèêîâî-
ãî ãàçà â çíà÷èòåëüíîé ìåðå îïðåäåëÿåòñÿ ðàâíî-
âåñèåì ðåàêöèè âîäÿíîãî ãàçà. Òåìïåðàòóðà «çà-
ìîðàæèâàíèÿ» ñîñòàâà êîëîøíèêîâîãî ãàçà ïî
ðåàêöèè âîäÿíîãî ãàçà ñîñòàâëÿåò îêîëî 680 Ñ.
Ñïèñîê ëèòåðàòóðû
1. Êîòîâ Â.Ã., Ñâÿòåíêî À.Ì., Ôèëîíåíêî Ä.Ñ., Íå-
áåñíûé À.À. Ïîêàçàòåëü êà÷åñòâà âîññòàíîâèòåëü-
íîãî ãàçà â ïðîöåññå ïðÿìîãî ïîëó÷åíèÿ æåëåçà
// Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. —
2011. — ¹ 6. — Ñ. 37–42.
2. Ðîñòîâöåâ Ñ.Ò. Òåîðèÿ ìåòàëëóðãè÷åñêèõ ïðîöåñ-
ñîâ. — Ì. : Ìåòàëëóðãèçäàò, 1956. — 516 ñ.
3. Ñîêîëþê Þ.Ò. Èññëåäîâàíèå ïðîöåññà ìåòàëëèçà-
öèè æåëåçîðóäíûõ îêàòûøåé â øàõòíîé ïå÷è ïðî-
äóêòàìè êèñëîðîäíîé êîíâåðñèè ïðèðîäíîãî ãàçà :
Äèñ. … êàíä. òåõí. íàóê. — Êèåâ, 1974. — 200 ñ.
4. Êîïûòîâ Â.Ô. Íàãðåâ ñòàëè â ïå÷àõ. — Ì. : Ìå-
òàëëóðãèçäàò, 1955. — 264 ñ.
5. Ôèëèïïîâ Ñ.È. Òåîðèÿ ìåòàëëóðãè÷åñêèõ ïðîöåñ-
ñîâ. — Ì. : Ìåòàëëóðãèÿ, 1967. — 279 ñ.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 16.07.12
42 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2012. ¹ 6
Òàáëèöà 2. Ñðàâíåíèå ñîñòàâà êîëîøíèêîâîãî ãàçà â îïûòíîì ïåðèîäå ðàáîòû øàõòíîé ïå÷è (õî)
ñ ðàñ÷åòíûì (õð)
Êîìïî-
íåíò Xî, %
650 Ñ, ÊÐ3 = 0,476 660 Ñ, ÊÐ3 = 0,501 670 Ñ, ÊÐ3 = 0,527 680 Ñ, ÊÐ3 = 0,553
õÐ, % �õî–õð|, % õÐ, % �õî–õð|, % õÐ, % �õî–õð|, % õÐ, % �õî–õð|, %
ÑÎ 20,5 18,8996 1,6004 19,1758 1,3242 19,4520 1,0480 19,7194 0,7806
ÑÎ2 17,4 18,4086 1,0086 18,1324 0,7324 17,8562 0,4562 17,5888 0,1888
H2 40,9 41,1618 0,2618 40,8856 0,0144 40,6094 0,2906 40,3419 0,5581
H O2 19,1 19,0749 0,0251 19,3512 0,2512 19,6273 0,5273 19,8948 0,7948
N2 2,1 2,4551 0,3551 2,4551 0,3551 2,4551 0,3551 2,4551 0,3551
� 100 100 3,2510 100 2,6773 100 2,6772 100 2,6774
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2012. ¹ 6 43
Kotov V.G., Svyatenko A.M.,
Filonenko D.S., Nebesniy A.A.
The Gas Institute of NASU, Kiev
The Prediction of Reducing Gas Specific Consumption
for Iron Direct Production Process in Shaft Furnaces
The method of reducing gas specific consumption evaluation for spongy iron direct pro-
duction process in shaft furnace as well as exhausted furnace top gas composition is pro-
posed. In actual conditions of pilot shaft furnace operation the specific consumption of
reducing gas is on 30 % higher than its limit-minimal flow rate required for iron reduc-
tion at FeO � Fe stage. It is displayed that the ratio between components in furnace
gases is determined by the equilibrium of water gas reaction and the composition of the
exhaust from the furnace top gas corresponds to the equilibrium constant of water gas re-
action taken at approximately 680 �C.
Key words: shaft furnace, iron reduction, reducing gas, furnac top gas.
Received July 16, 2012
«Çîëîòàÿ Ôîðòóíà 2012»
óñïåõ, îáúåêòèâíîñòü, ïðèçíàíèå!
14 äåêàáðÿ 2012 ã. â Íàöèîíàëüíîé àêàäåìèè íàóê Óêðàèíû ñîñòîÿëîñü Âñåóêðàèíñêîå ìåðîïðèÿòèå Ìåæ-
äóíàðîäíîãî Àêàäåìè÷åñêîãî Ðåéòèíãà «Çîëîòàÿ Ôîðòóíà» (Êèåâ). Ñåìíàäöàòü ëåò ÍÀÍÓ ïðîâîäèò öåðåìî-
íèþ ÷åñòâîâàíèÿ çàñëóã âûäàþùèõñÿ ëè÷íîñòåé è îðãàíèçàöèé ÷åëîâå÷åñòâà âî ìíîãèõ ñòðàíàõ ìèðà. ÌÀÐ-
ÒÈÑ «Çîëîòàÿ Ôîðòóíà» — ìåæäóíàðîäíàÿ íàó÷íàÿ îðãàíèçàöèÿ, êîòîðàÿ â ñâîåì Ïðåçèäèóìå îáúåäèíèëà
ïåðâûõ ëèö íàöèîíàëüíûõ è êîðîëåâñêèõ Àêàäåìèé íàóê 29 ñòðàí ìèðà. Èçáðàííèêè Ðåéòèíãà — ýòî ëþäè,
êîòîðûå çàñëóæèâàþò âûñî÷àéøåãî ïî÷åòà è îòëè÷èé
çà ñâîè äîñòèæåíèÿ â ðàçëè÷íûõ ñôåðàõ äåÿòåëüíî-
ñòè: íàóêå, ïðîìûøëåííîñòè, êóëüòóðå, îáðàçîâàíèè
è ò.ä. Íàãðàäû âðó÷àë Ïðåäñåäàòåëü Ãåíåðàëüíîé äè-
ðåêöèè Ìåæäóíàðîäíîãî Àêàäåìè÷åñêîãî Ðåéòèíãà
«Çîëîòàÿ Ôîðòóíà», äîêòîð ôèëîñîôèè, êàíäèäàò
ñîöèîëîãè÷åñêèõ íàóê Äìèòðèé Àêèìîâ.
Êîëëåêòèâ æóðíàëà «Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóð-
ñîñáåðåæåíèå» (ãëàâíûé ðåäàêòîð àêàäåìèê ÍÀÍ Óê-
ðàèíû Êàðï Èãîðü Íèêîëàåâè÷) áûë íàãðàæäåí Ëàó-
ðåàòñêèì Äèïëîìîì ÌÀÐÒÈÑ «Çîëîòàÿ Ôîðòóíà» â
íîìèíàöèè «Çà âàãîìèé âíåñîê ó ñïðàâó ðîçáóäîâè
Óêðà¿íè òà âèñîêó æóðíàë³ñòñüêó ìàéñòåðí³ñòü».
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-127151 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0235-3482 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:23:42Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут газу НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Котов, В.Г. Святенко, А.М. Филоненко, Д.С. Небесный, А.А. 2017-12-10T19:17:05Z 2017-12-10T19:17:05Z 2012 Прогнозирование удельного расхода восстановительного газа в процессе прямого получения железа в шахтной печи / В.Г. Котов, А.М. Святенко, Д.С. Филоненко, А.А. Небесный // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2012. — № 6. — С. 39-43. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0235-3482 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/127151 669.181.42 Предложен метод оценки удельного расхода восстановительного газа в процессе прямого получения губчатого железа в шахтной печи, а также состава отходящего из печи колошникового газа. В реальных условиях работы опытной шахтной печи удельный расход восстановительного газа на 30 % превысил его предельно-минимальный расход, требующийся для восстановления железа на стадии FeO → Fe. Показано, что отношение между компонентами в печных газах определяется равновесием реакции водяного газа, при этом состав отходящего из печи колошникового газа соответствует константе равновесия реакции водяного газа, взятой при температуре около 680 °С. Запропоновано метод оцінки питомих витрат відновлювального газу в процесі прямого отримання губчастого заліза в шахтній печі, а також складу відхідного з печі колошникового газу. У реальних умовах роботи шахтної печі питомі витрати відновлювального газу на 30 % перевищили його гранично-мінімальні витрати, які потрібні для відновлення заліза на стадії FeO → Fe. Показано, що співвідношення між компонентами в пічних газах визначається рівновагою реакції водяного газу, при цьому склад відхідного з печі колошникового газу відповідає константі рівноваги реакції водяного газу, узятій при температурі близько 680 °С. The method of reducing gas specific consumption evaluation for spongy iron direct production process in shaft furnace as well as exhausted furnace top gas composition is proposed. In actual conditions of pilot shaft furnace operation the specific consumption of reducing gas is on 30 % higher than its limit-minimal flow rate required for iron reduction at FeO → Fe stage. It is displayed that the ratio between components in furnace gases is determined by the equilibrium of water gas reaction and the composition of the exhaust from the furnace top gas corresponds to the equilibrium constant of water gas reaction taken at approximately 680 °C. ru Інститут газу НАН України Энерготехнологии и ресурсосбережение Переработка сырья и ресурсосбережение Прогнозирование удельного расхода восстановительного газа в процессе прямого получения железа в шахтной печи Прогнозування питомих витрат відновлювального газу у процесі прямого одержання заліза у шахтній печі The Prediction of Reducing Gas Specific Consumption for Iron Direct Production Process in Shaft Furnaces Article published earlier |
| spellingShingle | Прогнозирование удельного расхода восстановительного газа в процессе прямого получения железа в шахтной печи Котов, В.Г. Святенко, А.М. Филоненко, Д.С. Небесный, А.А. Переработка сырья и ресурсосбережение |
| title | Прогнозирование удельного расхода восстановительного газа в процессе прямого получения железа в шахтной печи |
| title_alt | Прогнозування питомих витрат відновлювального газу у процесі прямого одержання заліза у шахтній печі The Prediction of Reducing Gas Specific Consumption for Iron Direct Production Process in Shaft Furnaces |
| title_full | Прогнозирование удельного расхода восстановительного газа в процессе прямого получения железа в шахтной печи |
| title_fullStr | Прогнозирование удельного расхода восстановительного газа в процессе прямого получения железа в шахтной печи |
| title_full_unstemmed | Прогнозирование удельного расхода восстановительного газа в процессе прямого получения железа в шахтной печи |
| title_short | Прогнозирование удельного расхода восстановительного газа в процессе прямого получения железа в шахтной печи |
| title_sort | прогнозирование удельного расхода восстановительного газа в процессе прямого получения железа в шахтной печи |
| topic | Переработка сырья и ресурсосбережение |
| topic_facet | Переработка сырья и ресурсосбережение |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/127151 |
| work_keys_str_mv | AT kotovvg prognozirovanieudelʹnogorashodavosstanovitelʹnogogazavprocesseprâmogopolučeniâželezavšahtnoipeči AT svâtenkoam prognozirovanieudelʹnogorashodavosstanovitelʹnogogazavprocesseprâmogopolučeniâželezavšahtnoipeči AT filonenkods prognozirovanieudelʹnogorashodavosstanovitelʹnogogazavprocesseprâmogopolučeniâželezavšahtnoipeči AT nebesnyiaa prognozirovanieudelʹnogorashodavosstanovitelʹnogogazavprocesseprâmogopolučeniâželezavšahtnoipeči AT kotovvg prognozuvannâpitomihvitratvídnovlûvalʹnogogazuuprocesíprâmogooderžannâzalízaušahtníipečí AT svâtenkoam prognozuvannâpitomihvitratvídnovlûvalʹnogogazuuprocesíprâmogooderžannâzalízaušahtníipečí AT filonenkods prognozuvannâpitomihvitratvídnovlûvalʹnogogazuuprocesíprâmogooderžannâzalízaušahtníipečí AT nebesnyiaa prognozuvannâpitomihvitratvídnovlûvalʹnogogazuuprocesíprâmogooderžannâzalízaušahtníipečí AT kotovvg thepredictionofreducinggasspecificconsumptionforirondirectproductionprocessinshaftfurnaces AT svâtenkoam thepredictionofreducinggasspecificconsumptionforirondirectproductionprocessinshaftfurnaces AT filonenkods thepredictionofreducinggasspecificconsumptionforirondirectproductionprocessinshaftfurnaces AT nebesnyiaa thepredictionofreducinggasspecificconsumptionforirondirectproductionprocessinshaftfurnaces |