При нагреве окатышей газом-теплоносителем, содержащим кислород в газе протекает реакция окисления магнетита с выделением теплоты q{ = 500 кДж/кг Fe304. Направление реакции определяется разностью концентраций кислорода у поверхности окатыша и равновесной концентрацией, которая обусловливается упругостью диссоциации гематита и зависит от температуры. Согласно этой модели реакция окисления протекает от поверхности окатыша к его центру и определяется массообменом на поверхности окатыша и скоростью диффузии кислорода с поверхности окатыша к неокисленному еще ядру, а также скоростью протекания реакции окисления.

реально будет происходить при температурах выше 1300°С. Движение границы реакции определяется уравнением:

dru{r) = [1]'М рфА

dv 4лг„2(т)рок(1 -£,)/?,

— молекулярная масса Fe304.

Скорость реакции окисления выражается зависимостью:

( бо(иА

кг =300-/ 7;‘ М/с. (8.34)

Для описания массообмена на поверхности окатышей применяется критериальная зависимость вида:

Sh=(k7D)-d=A0+ArRem-Scn (8.35)

Где А0, m, п - константы, зависящие от природы вещества и газа:

где Wr-линейная скорость газа, м/с.

Константа массоотдачи - Kg02 связана через число Шервуда (Sh) с важнейшими характеристиками газового потока, который омывает окатыши приведенного диаметра (а).

Для шарообразного образца используется уравнение Ранца-Маршала:

57г = 2 + 0,6-л -Rem-Sc'n (8.37)

где Sc - число Шмидта; Ф - поправочный коэффициент, принятый для слоя окатышей Ф = 1, D - коэффициент диффузии кислорода в воздухе, рассчитываемый по формуле:

D = 9,71 • КГ10 • (f. + 273)'75 м7с, (8.38)

где М - динамическая вязкость газа, определяемая по эмпирической зависимости вида:

ц, =1,6667 [5,283 10-6 +1,8188-10"*- (г„ + 273)] Па-с. (8.39)

После нахождения числа Шервуда рассчитывается коэффициент массообмена:

fc а, = Sh; D - м/с. (8.40)

Коэффициент диффузии кислорода в окатыше определяется с учетом пористости окатыша:

где Х~ коэффициент извилистости пор окатыша.

В результате реакции окисления в единице объема слоя окатышей будет выделяться количество теплоты:

Q = <7| • V(T) ■ N Вт/м (8.42)

где <7, - теплота реакции окисления магнетита, Дж/кг Рез04; - число окатышей в единице объема слоя, рассчитываемое по формуле:

(8.43)

Одной из важных характеристик процесса обжига является степень окисления окатышей, которая определяется в процессе расчета как