книги / Новые процессы получения металла. Металлургия железа
.pdfзование своеобразной зернистой структуры спека: в закрис таллизовавшемся расплаве вкраплены крупные зерна оксидов железа, а сам расплав окружает сохранившие свою форму остатки окатышей. В этих, реликтах связка, как правило, имела низкую подвижность, а в некоторых случаях наблюда
лось наличие нерасплавившейся пустой породы. |
|
|
|||
2. Медленное |
развитие |
процесса |
восстановления |
при |
|
сравнительно |
умеренных |
температурах |
(1100—1150 °С), |
||
обусловленное |
наличием |
градиента |
температур по |
высоте |
слоя окатышей, способствует образованию большого коли чества монооксида железа, вследствие чего образуется расплав. В этом случае оплавление предшествует металли зации и задерживает ее ход. Превышение необходимого вре мени сушки и подогрева на обжиговой машине АК "Тульчермет" дополнительно увеличивало вероятность оплавления и спекания.
3. Вытекание железистого расплава из металлизованного образца, обусловленное спеканием частиц металлического железа и низкой адгезией расплава к металлу и наиболее резко проявляющееся при достижении высоких степеней ме таллизации и при заметном содержании пустой породы.
Спекание в определенной степени зависит и от количест ва пустой породы. Металлизация бедных железом материалов должна сопровождаться образованием большего количества расплава.
Хотя тенденция к спеканию проявляется весьма четко, этот процесс не следует считать неизбежным. Опыты на обжиговой машине АК "Тулачермет" с малой продолжитель ностью обжига и низкой высотой слоя не привели к образо ванию спеков. Быстрый нагрев окатышей до высокой темпера туры, возможный в тонком слое, обусловливает высокую ско рость металлизации. Отсутствие существенного температур ного градиента, вызывающего различия в ходе процесса металлизации по высоте и обусловливающего возможность вторичного окисления, позволило получить отдельные грану лы без их заметного спекания. Однако подобный режим про цесса связан с малой производительностью и низкой эконо-
мическрй эффективностью.
В зависимости от условий процесса спеки могут иметь различную структуру. Чрезмерное развитие вторичного окис ления приводит даже к получению монолита — сырья, исполь251
зование которого очень усложнено (выход оборудования из строя при этом тоже получается повышенным). Вытекание жидкости из высокометаллизованных окатышей ввиду слабого смачивания расплавом твердой фазы и малого количества расплава приводит к образованию очень слабых и легко рас сыпающихся спеков. Однако такие спеки могут образоваться лишь при использовании суперконцентратов с небольшим со держанием пустой породы и при значительной затрате време
ни |
на процесс, что возможно только при получении сырья |
для |
сталеплавильных печей. |
При соответствующем режиме обжига получающиеся металлизованные спеки имеют высокую прочность, пористость и восстановимость. По структуре они напоминают аглоспек. Основным скрепляющим элементом в них является силикатная связка. Получение спеков значительно облегчает условия
процесса и, что немаловажно, увеличивает |
производитель |
||||
ность установки вследствие уменьшения потерь железа. |
|||||
Металлизованный на 40% спек, полученный на обжиговой |
|||||
машине АК "Тулачермет", |
обладает высокими металлургичес |
||||
кими |
свойствами: |
пористость |
40-50 %, барабанная проба |
||
6—10 %; |
содержание |
фракции |
5—0 мм после |
четырехкратного |
|
сбрасывания с высоты |
1,8 м |
в нем составляет всего 4%. |
|||
Поведение спека, металлизованного на 42% |
(МС), в сравне |
нии с обычными окатышами Соколовско-Сарбайского ГОК (О) и агломератом (А) из высокогорской руды в процессе их вос становления, было изучено в ЦНИИЧМ на установке Линдера:
Металлизованное сырье |
МС |
А |
О |
|
Основность (CaO/Si02) |
0,7 |
0,8 |
1,1 |
|
Исходная фракция, мм |
40-10 |
20-15 |
18-20 |
|
Фракционный состав частиц |
|
|
|
|
после восстановления (%), |
|
|
|
|
размером (мм): |
|
|
|
|
8 -5 |
|
3 |
16 |
16 |
5-3 |
|
1 |
15 |
11 |
3-1 |
|
1 |
22 |
11 |
1—0 |
. . . |
9 |
23 |
30 |
Степень восстановления, % |
67 |
51 |
71 |
Восстановимость металлизованных окатышей-спеков полу чилась промежуточной между ее значением для агломерата, в образовании которого значительная роль принадлежит жидкой фазе, и для окатышей ССГОК, полученных без заметного участия жидкой фазы. Разрушаемое» спеков в процессе вос252
становления значительно меньше, чем у агломерата и обычных окатышей. Характер разрушения также различен. Окатыши разрушаются с образованием больших количеств тонкой пыли (<1мм). Агломерат дает меньше тонкой пыли, сумма мелких фракций 5—0 мм после восстановления в нем получается такой же, как у окатышей (50%). Доля этих фракций в спеках почти в пять раз меньше.
Использование металлизованного спека в доменных печах обеспечит более высокую газопроницаемость столба шихтовых материалов, чем при работе на агломерате и обычных окаты шах, ввиду большей прочности спека при восстановлении. Это особенно важно для мощных доменных печей. Для успеш ной реализации процесса металлизации рудоугольных окаты шей в промышленном масштабе необходимо решить ряд проб лем, таких как герметизация обжиговой машины, создание регулируемой атмосферы (имеются разработки ВНИИМТ), воз можность охлаждения металлизованного продукта, интенсифи кации процесса металлизации для повышения производитель ности установки и снижения затрат.
Расчет расхода компонентов при получении металлизованных окатышей из рудоугольной шихты
Шихта для получения рудоугольных окатышей состоит из железорудной части, твердого восстановителя, флюса и раз личных добавок (связующее вещество, возврат и пр.). Рас чет предполагает возможность определения расхода всех компонентов шихты. Однако, как показала практика, исполь
зование |
добавок, их количество |
определяется |
не требова |
ниями |
технологического процесса, |
а другими |
факторами — |
регулированием свойств промежуточной продукции, количест вом поступающих извне отходов и т.д. Поэтому целесообраз нее задаваться в расчете определенным расходом добавочных компонентов.
Исходные данные
Степень металлизации продукта
В общем случае возможно получение продукта с широким диапазоном колебаний степени металлизации (0—95 %). Ее 253
выбор определяют, исходя из конкретных условий (тип агре гата, пути использования продукта и т.д.).
Развитие прямого и непрямого восстановления
Опыты металлизации рудоугольных окатышей на конвейер ных машинах показали, что 15—20% кислородной шихты отни мается газом, остальное твердым углеродом, поэтому коли чество С02 в отходящем газе чаше всего составляет:
Ri = 0,/0ш = 0,5СО2/(СО2 + 0,5СО);
откуда С0/С02 = (0,5 - ■К|)/0,5Л,-.
|
При |
R( =0,2СО/СО2 = 3; |
при |
Rj = 0,15СО/СО2 |
= 4,6. |
|
Таким |
образом, |
в большинстве случаев СО: С02 = 3+4,6. |
||||
Летучие вещества твердого топлива |
|
|
||||
|
При использовании углей, богатых летучими веществами |
|||||
(бурые |
угли, буроугольный полукокс и пр.), следует, исхо |
|||||
дя |
из |
проектируемой технологии, |
определить использование |
|||
их |
в качестве восстановителя. При этом надо иметь в виду, |
|||||
что |
если летучие выделяются при низких температурах (ни |
|||||
же |
300—400 °С), |
их участием |
в восстановительном |
процессе |
можно пренебречь. Это предполагают при сдвиге области
выделения |
летучих |
в район |
более высоких |
температур |
|
(500—700 °С) и при металлизации |
на |
конвейерной |
машине. В |
||
указанном |
диапазоне |
температур |
в |
слой подают |
теплоноси |
тель достаточно высокого окислительного потенциала, кото рый подавляет восстановительные возможности летучих. В . отдельных благоприятных случаях можно допустить восста новление летучими веществами твердого топлива некоторого количества Fe20 3 до FeO.
Поведение попутных элементов
При металлизации рудоугольных окатышей обычно прини мают: степень восстановления оксида цинка и перевода в газовую фазу металлического цинка 80—100 %; степень уда ления мышьяка в виде As20 3 90—100%; степень восстановле-
254
ния меди, никеля, кобальта 100; оксиды марганца полностью восстанавливаются до МпО; степень удаления серы 30—50%; хром, ванадий восстанавливаются до низших оксидов; титан, фосфор, кремний не восстанавливаются.
Составление балансовых уравнений
Определение относительных массовых потерь рудоугольных окатышей при восстановлении оксидов железа углеродом
При С0/С02 = 4 м о ж н о |
записать восстановление оксидов |
железа твердым углеродом |
следующим образом: |
6Fe20 3 + 5С = 12FeO + 4СО + С02;
12FeO + ЮС = 12Fe + 8СО + 2С02;
6Fe20j + 15С = 12Fe + 12СО + 3C02.
При этом предполагают, что 1/5 часть кислорода на обеих стадиях реакции отнимает продукт прямого восстанов ления— монооксид углерода. Поэтому вторую реакцию можно записать, как
lOFeO + ЮС = 10Fe + ЮСО;
2FeO + 2СО = 2Fe + 2СОг;
12FeO + ЮС = 12Fe + 8СО + 2СОг.
Потеря массы смеси углерода и оксида железа при вос становлении Fe20 3 до FeO (кг/кг Fe2Oa):
«! = (4 • 28 + 44): (6 • 160) = 0,1625.
Потеря массы смеси углерода и FeO при восстановлении FeO до Fe:
в2 = (8 • 28 + 2 • 44)/(12 • 72) = 0,361.
= 60/(6 • 160) = 0,0625 кг С/кг Fe20 3.
Расход углерода при восстановлении 1 кг FeO до Fe:
Ъг = 120/(12 • 72) = 0,139 кг С/кг FeO.
Баланс нелетучего углерода шихты |
|
|
|
|
|
||||
Обозначим: X — расход |
железорудной |
смеси, |
кг/100кг |
||||||
металлизованного |
продукта; |
Y — расход |
твердого |
восстано |
|||||
вителя, |
кг/100 кг |
|
металлизованного |
продукта; |
Z — |
расход |
|||
флюса, |
кг/100 кг |
|
металлизованного |
продукта; |
D — |
расход |
|||
добавок, |
кг/100 кг |
металлизованного |
продукта; |
Fe2Oa; FeO |
|||||
и т.д. — содержание соответствующих |
соединений |
и |
элемен |
||||||
тов в компонентах |
шихты, |
доли единицы; С ^ — остаточное |
|||||||
содержание углерода в металлизованном продукте, |
кг/100 кг |
||||||||
металлизованных |
окатышей; |
Снел - |
содержание |
нелетучего |
|||||
углерода |
в твердом |
восстановителе, доли единицы. |
|
|
где 0,9(144/160)— отношение масс FeO и Fe20 3.
Баланс железа шихты
+ z jl |
- |
Io,(FeA )z |
+ 4„era1(0,9(Fe;Ol)z |
+ (FeO)z + |
|
|||
+ kSz |
* <"n ">2 + ( " z .W |
z 1} |
+ ^ |
- |
W F e p ^ + |
|
||
+ Чмет(вг(0*9(Ре2О3)о |
+ (FeO)^ + |
kS^ |
+ |
(п.п.п.)^ + |
|
|||
+ < " ^ V } ■ 10°. |
|
|
|
|
|
|
||
где к - |
степень удаления |
серы |
при |
металлизации: U |
— |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
Zn,Mn |
доля удаляющихся при обжиге соединений цинка, марганца и др.
Баланс основных и кислых оксидов шихты |
|
|||||||
Обозначим |
|
В = — |
|
|
— |
основность |
||
|
|
|
S I о 2 + A I 2O 3 |
|
|
|||
металлизованного |
продукта; |
|
|
|
|
|
||
Q— |
Jf[(C aO )^ |
+ (M gO )^] |
+ |
У[(СаО)у |
+ (M gO )y] + |
|
||
- |
|
( A l 20 3)jf] |
|
|
|
________ |
||
|
Jf[(S iO j)jf + |
+ |
y [(S i0 2) y |
+ |
( A 120 3)y] |
+ |
||
|
+ Z [(C aO )Z |
+ (M gO)z ] + |
D [ (CaO) jy |
+ |
(M g02)DJ |
|
||
+ |
Z[(S.O 2 ) Z |
+ |
(A 1 20 3) z ] |
+ |
D [ ( S i0 2 )D |
+ ( A120 3>£)] ' |
Дополнительные уравнения
При использовании в шихте двух видов железорудного концентрата и необходимости получения готовых окатышей с заранее заданным содержанием железа или марганца состав ляют дополнительные уравнения— по железу и марганцу:
(Fe)oic = [^(Fe)* + y(Fe)y + Z(Fe)z + D(¥e)p +JF(Fe)jy +
+ U(Fe)p];
(Mn)olc = [JT(Mn)jf + У(Мп)у + Z(Mn)z + D(Mn)D + »F(Mn)iy +
+ и(Мп)ц],
Э~Э*6
где W, U - расходы второго вида железорудного концентрата из марганцевой руды, кг.
Для определения X , Y, Z, W, U нужно решать систему из пяти уравнений.
Пример расчета (расчет ведут на 100 кг металлизованного продукта)
Химический состав компонентов шихты (%):
Мате- |
F e ^ |
FeO |
Fe20 3 Si02 A120 3 CaO |
MgO S03 Р20 5 п.п.п. |
Sog Снел V |
|||||||
риалы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Желе- |
64,93 |
27,43 |
62,28 |
5,01 |
1,79 |
2,34 |
0,75 |
0,1 |
0,06 |
0,24 |
0,04 |
------ |
зоруд- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ный |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кон |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
цент |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рат |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кок- |
1,96 |
- |
2,80 |
6,22 |
3,20 |
1,36 |
0,64 |
- |
0,02 |
-0,77* 83,89 |
1,10 |
|
совая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мелочь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Из- |
0,57 |
- |
0,82 |
1,18 |
0,40 |
52,0 |
2,60 |
0,2 |
0,04 |
42,76 |
0,016 |
------ |
вестняк |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Бенто- |
10,5 |
— |
15,0 |
48,0 |
11,0 |
0,80 |
4,00 |
- |
- |
21,20 |
--- --------------------- |
|
нит |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
‘Ограничения серы.
Степень металлизации 7)ДСТ = 0,80. Степень удаления сери к - 0,3. Содержание остаточного углерода 1,0%.
Расход бентонита 1 кг/lGO кг металлизованных окатышей. Основность окатышей (CaO + MgO) : (Si02 + AI20 3) = 1,0.
Составление и решение уравнений
Баланс нелетучего углерода:
у |
= *{,0625 |
|
|
|
|
|
|
62,28 |
+ 0,8 • 0,139 х |
||
|
Г * |
|
100 |
||
|
] +у1 |
100 |
|||
|
|
|
|
^0,0625 |
2,80 |
+ 0,8 • 0,139 • 0,9 2;™ |
|
|
[о,0625 |
0,82 |
|
|
|
100 |
|||
258 |
|
] Ч |
|||
|
|
15,0
100
+ 0,8 • 0,139 • 0,9 |
+ 1,0; |
0.8389У = 0,132* + 0.0046У + 0.0013Z + 1,024; -0,132* + 0.8343У - 0.0013Z = 1,024.
Баланс железа окатышей: |
|
|
|
|
|||||||
* [ l |
- |
0,1625 |
|
|
+ |
o,8 • 0,361(0,9 |
+ |
||||
+ 2 I d l ) + 0 3 - |
100 |
|
100 |
+ |
|
||||||
+ |
100 |
' |
’ |
|
J |
|
|||||
+ y jl |
- |
0,1625 |
|
|
+ 0,8 • 0,361 • 0,9 |
-%TT- + |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
100 |
J |
+ z{l |
- |
0,1625 |
82 |
|
|
|
|
|
|
|
^ |
|
|
100 |
||
+ 0,8 • 0,361 • 0,9 |
100 |
+ |
0,3 |
|
+ |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
||
* ^ i S r } + |
1 - |
(°'162S |
i S |
r |
+ °'8 ’ °'361x |
||||||
,0,9 |
|
J M . + |
-ШМ.1 |
= 100; |
|
|
|
||||
’ |
|
|
100 |
|
100 |
J |
|
’ |
|
|
|
0,6552* + 0.975У + 0,569Z = 99,275. |
|
||||||||||
Баланс основных |
и кислых оксидов: |
|
*(2,34 + 0,75) + У(1,36 + 0,64) + 2(52,0 + 2,60) + *(5,01 + 1,79) + У(6,22 + 3,20) + Z(l,18 + 0,40) +
+1,0(0,80 + 4 .0 )
+1,0(48 + 11, 0) ’
6,8А + 9,42У + 1,58Z + 59 = 3.09A + 2У + 54,5Z + 4,8;
3,71A + 7.42У - 53.02Z + 54,2 = 0.
Решая три уравнения, получили
-0Д32А + 0.8343У - 0.0013Z = 1,024;
0,6552а - + 0,975У + 0.5690Z = 99,275;
3.71ЛГ + 7,42У - 53.02Z + 54,2 = 0,
в результате чего
А= 113 кг;
У= 19,12 кг; Z = 11,6 кг,
Состав металлизованных окатышей, кг/100кг:
МатеFeMeT F eo^F eO |
Fe20 3 Si02 A120 3 CaO |
MgO S03 |
S |
P2Os |
Снел |
|||||||
риалы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Затра |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
чено: |
- |
73,37 |
31,0 |
70,38 |
5,66 |
2,02 |
2,64 |
0,85 |
0,11 |
- |
0,07 |
|
желе- |
|
|||||||||||
зоруд- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ный |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кон |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
цент |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рат |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(ИЗ кг) |
0,37 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кок- |
— |
|
0,54 |
1,19 |
0,61 |
0,26 |
0,12 |
- |
0,15 |
0,004 |
16,04 |
|
совая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мелочь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(19,2 |
кг) |
|
|
0,10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
из- |
— |
0,07 |
|
0,14 |
0,05 |
6,03 |
0,30 |
0,02 |
- |
0,005 |
|
|
весг- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
няк |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(И,6кг) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
И т о г о |
73,81 |
31,0 |
71,02 |
6,99 |
2,68 |
8,93 |
1,27 |
0,13 |
0,15 |
0,079 |
16,04 |
|
Получено: |
59,06 |
73,81 |
|
|
2,68 |
|
|
|
|
|
|
|
окатыши |
18,96 |
6,99 |
8,93 |
1,27 |
0,12 |
0,10 |
0,079 |
1,0 |
||||
металли- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
99,2 |
|
эованные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|