Производство железа в реакторах кипящего слоя

Сущность явления кипящего слоя заключается в следующем. Если через слой зернистого материала пропускать восходящий поток газа, то при небольших скоростях газа твердые частицы будут оставаться неподвижными. Слой будет выполнять роль фильтрующего пористого элемента. По мере увеличения скорости газового потока и по достижении критической величины, частички начнут свободно перемещаться. Слой увеличивается в объеме и становится похожим на кипящую жидкость, наступает псевдоожижение частиц.

Состояние псевдоожижения происходит при такой скорости газового по-тока, при которой статическое давление слоя будет уравновешено гидродинамическим давлением газового потока. Если превысить эту скорость, то слой из псевдоожиженного состояния перейдет в состояние пневмотранспорта и будет уноситься газами.

Для создания кипящего слоя под горизонтальную решетку реактора, на которую загружают исходный железорудный материал, подается горячий восстановительный газ с определенной скоростью. Эта скорость зависит от диаметра и плотности частиц и в первом приближении пропорциональна квадратному корню из произведения диаметра частицы на её плотность.

Процессы получения железа в реакторах кипящего слоя имеют ряд недостатков, которые оказывают значительное влияние на работу установок этого типа. К наиболее существенным из них относятся спекание частиц, нарушающее стабильность псевдоожижения и очень низкая степень использования газа. Для обеспечения процесса приходится пропускать через реактор большое количество восстановительного газа. В результате восстановительный процесс сопровождается большим расходом газа и тепла.

Чтобы предотвратить спекание восстановленного железа процесс ведется при низкой температуре (около 500 °С). железо полученное при этой темпера-туре, характеризуется повышенной пирофорностью (самовозгораемостью на воздухе). Для предотвращения пирофорности полученное железо нагревают до 820 – 880 °С с последующим охлаждением в восстановительной или нейтральной атмосфере.