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Reaction mechanism of FeO reduction by solid and dissolved carbon

机译：固溶碳还原FeO的反应机理

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Die Reduktionsreaktion für FeO mit Kohlenstoff wurde untersucht, um die grundlegenden Phänomene der Schmelzreduktion besser verstehen zu können. Die Reduktion von reinem FeO mit festem Kohlenstoff läuft meistens nach demselben Mechanismus ab, wie bei in Eisen gelöstem Kohlenstoff. Die Geschwindigkeit wurde experimentell bestimmt und zwar mit der chemischen Rekation an der Grenzfläche Fe-C-Schmelze/CO_2-Gas. Die Geschwindigkeit der FeO Reduktion mit festem Kohlenstoff wird ebenfalls chemisch kontrolliert und zwar durch die Boudouard-Reaktion zwischen gelöstem Kohlenstoff und CO_2 an der Grenzfläche des Nebenproduktes Fe-Tröpfchen/Gasphase, deren Aktivierungsenergie ca. 193.2 kJ/mol beträgt. Außerdem wurde die Reduktion von FeO in CaO-SiO_2-Al_2O_3-FeO-Schlacken mit dem in der Eisenschmelze gelöstem Kohlenstoff für FeO-Massengehalte von weniger als 20% untersucht. Die Reduktionsgeschwindigkeit weist hinsichtlich der FeO-Konzentration eine Abhängigkeit 1. Ordnung auf. Der Anteil an oberflächenaktivem Schwefel im Eisen beeinflußt die Reduktionsgeschwindigkeit nicht; die Temperaturabhängigkeit der Reduktionsgeschwindigkeit gibt eine Aktivierungsenergie von 24.78 kJ/mol. Somit wird die Geschwindigkeit der Reduktion von FeO in der Schlacke mit dem gelösten Kohlenstoff mit Sicherheit vom Stofftransport der flüssigen FeO-Phase durch die diffusions-resistente Grenzschicht über dem begrenzten FeO-Konzentrationsbereich geregelt. Die empirische Beschreibung der vom Massenübergang-geregelten Reaktionsgeschwindigkeit lautet für die hier untersuchten Bedingungen: r = 5.94(±0.07)·10~(-6)·exp(-24780/ RT)·(%FeO)~(0.96).%The reduction reactions of FeO by carbon have been studied in order to be able to understand the fundamental phenomena occurring in smelting reduction process. The reduction of pure FeO by solid carbon proceeds mostly according to the same reaction mechanism as that by dissolved carbon in iron, the rate of which was experimentally determined to be controlled by the interracial chemical reaction between Fe-C melt and intermediate CO_2 gas. Hence, the reduction rate of pure FeO by solid carbon is also chemically controlled by the Boudouard reaction between the dissolved carbon and CO_2 at the interface of by-product Fe droplet/gas phase, the activation energy of which was found to be about 193.2 kJ/mol. In addition, the reduction reaction of FeO in CaO-SiO_2-Al_2O_3-FeO slags by the dissolved carbon in Fe melt was also investigated over the FeO mass content less than 20 %. The reduction rate shows first order dependence with respect to FeO concentration. The surface active sulphur content in iron does not affect the reduction rate, and the temperature dependence of reduction rate gives the activation energy of 24.78 KJ/mol. Therefore, the reduction rate of FeO in slags by the dissolved carbon can be safely mentioned to be controlled by the liquid phase mass transfer of FeO through the slag phase diffusion-resistant boundary layer over the limited FeO concentration range. The empirical expression for the mass transfer controlled reaction rate was determined as r= 5.94(±0.07)·10~(-6)·exp(-24780/RT)·(%FeO)~(0.96) over the reaction conditions employed.
机译：为了更好地理解冶炼还原的基本现象，研究了FeO与碳的还原反应。用固态碳还原纯FeO的大部分机理与溶解在铁中的碳相同。该速率由Fe-C熔体/ CO_2气体界面上的化学反应通过实验确定。固体碳对FeO的还原速率还受到副产物Fe液滴/气相界面处溶解的碳与CO_2之间的Boudouard反应的化学控制，其活化能约为193.2 kJ / mol。此外，研究了FeO含量小于20％时，溶解在铁水中的碳会还原CaO-SiO_2-Al_2O_3-FeO渣中的FeO。还原速率相对于FeO浓度具有一阶依赖性。铁中表面活性硫的比例不影响还原速率；还原速率的温度依赖性给出了24.78 kJ / mol的活化能。因此，通过在有限的FeO浓度范围内液态FeO相通过抗扩散边界层的传质，可以确定地控制炉渣中溶解有碳的FeO的还原速率。对于此处检查的条件，由质量转变调节的反应速率的经验描述为：r = 5.94（±0.07）·10〜（-6）·exp（-24780 / RT）·（％FeO）〜（0.96）。％为了能够理解熔融还原过程中发生的基本现象，已经研究了碳对FeO的还原反应。固态碳还原纯FeO的反应机理与溶解在铁中的碳的反应机理相同，反应速率通过实验确定是由Fe-C熔体与中间CO_2气体之间的化学反应控制的。因此，固体碳对纯FeO的还原速率也受到副产物Fe液滴/气相界面处溶解的碳与CO_2之间的Boudouard反应的化学控制，发现其活化能约为193.2 kJ /摩尔此外，还研究了FeO含量小于20％时，Fe熔体中溶解的碳对CaO-SiO_2-Al_2O_3-FeO渣中FeO的还原反应。还原率显示出相对于FeO浓度的一阶依赖性。铁中的表面活性硫含量不影响还原速率，还原速率的温度依赖性使活化能为24.78 KJ / mol。因此，可以安全地提及通过溶解的碳在炉渣中的FeO的还原速率可以通过FeO在有限的FeO浓度范围内通过耐熔渣相扩散边界层的液相液相传质来控制。在所采用的反应条件下，传质控制反应速率的经验表达式确定为r = 5.94（±0.07）10〜（-6）exp（-24780 / RT）（％FeO）〜（0.96）。

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