Новые процессы получения металла (металлургия железа)

н 2(соконв + со£оив)

Нетрудно определить, что величина

М01с[ С ] (2 2 ,4 /1 2 )

А ~ V Г(1 —0,01Н20 ) ’

где Мок — производительность шахтной печи по металлизованным окатышам, кг/ч; [С] — содержание углерода в металлизованных окатышах, доли ед.; V r — количество вводимого

впечь газа, м3/ч.

Вэтой формуле допущена небольшая погрешность, связан­ ная с тем, что содержание водяных паров относится к отхо­ дящему, а не вводимому газу, но поскольку величина значе­ ния А невелика, эта погрешность почти не отражается на точности расчетов.

Прямое и непрямое восстановление

При проведении восстановительной обработки в трубчатых печах, на конвейерных машинах, а также в ходе некоторых других высокотемпературных процессов в качестве восста­ новителя используют различные виды твердого углерода. Образующийся при восстановлении оксидов железа твердым

становлении оксидов. Однако в отличие от доменных печей определить развитие этих двух процессов по анализу отхо­ дящего газа затруднительно из-за переменного количества газа в агрегате и изменений в его составе, не связанных с процессом восстановления. Поэтому степень развития прямо­ го и непрямого восстановления при переработке рудоуголь­ ных окатышей или восстановлении железорудных материалов в смеси с твердым топливом целесообразно определять в лабо­ раторных условиях при восстановлении рудоугольной смеси в токе нейтрального газа. Тогда степень непрямого восста­ новления

являющимся следствием реакции газификации углерода. Сле­ дует учитывать, что R значительно зависит от температуры. Иногда реакционную способность оценивают количеством газифицированного углерода в единицу времени.

Реакционная способность восстановителя также значи­ тельно зависит от величины поверхности частиц восстанови­ теля. Поэтому измельчение восстановителя, положительно влияющее на скорость восстановления оксидов в результате резкого возрастания площади контакта восстановителя с твердым оксидом, оказывает дополнительное позитивное воз­ действие на процесс, так как одновременно увеличивается реакционная способность восстановителя.

Высказываемое ранее мнение о том, что при тонком измельчении восстановителей и при высокой температуре восстановления (выше 1000 °С) различие в реакционной спо­ собности восстановителей не влияет на скорость металли­ зации, видимо, следует считать необязательным. Известны результаты обстоятельных исследований, показывающих нали­ чие связи между реакционной способностью восстановителя и

концентрат.

Бели принять за эталон время металлизации окатышей

где т — продолжительность восстановления до степени вос­ становления 90%, мин; t — температура, °С; S и V — по­ верхность и объем окатыша диаметром D; т ' — продолжитель­ ность восстановления окатышей критического размера £>', мин; А, А!, п — коэффициенты

Первый член уравнения (143) учитывает влияние темпера­ туры и размера окатышей на продолжительность восстановле­ ния в условиях, когда внутри окатышей возникает темпера­ турный градиент, и тепловой поток определяет истинную температуру реакционного слоя. При критическом размере окатыша D' реакция прямого восстановления оксидов железа протекает в изотермических условиях по всему объему ока­ тыша. В этих условиях продолжительность процесса не зави­ сит от размера окатышей и определяется законами химичес­ кой кинетики. При D = D'

+ СО, с-1.

Экспериментальные данные показали, что зависимость

боте подтвержден общий вид уравнения (143), а зависимость времени восстановления от размера частицы имеет вид:

Влияние давления

Исключительное влияние на процесс металлизации рудо­ топливных окатышей оказывает давление газовой фазы. Повы­

то, что наиболее заметно на процесс металлизации влияет повышение давления до 50-100 кПа. Дальнейший рост давле­ ния (до 400 кПа) сказывается на металлизации окатышей не­ значительно. Зависимость степени металлизации от давления

Существенно, что наблюдается большой рост абсолютного значения степени металлизации, которое иногда превышает

Для расхода углерода 8,5 % при содержаниях коксовой мелочи в шихте 10 % и железа в концентрате бб % (доля концентрата в шихте 90 %) предельно возможная степень

газовой фазы существенно возрастает восстановительная ра­ бота оксида углерода — продукта прямого восстановления, что подтверждено анализом отходящего газа. С ростом дав­ ления содержание С02 в отходящем газе увеличилось от 2—3 до 8—10%.

является катализатором, причем наиболее активно действует низкотемпературное свежевосстановленное железо. Таким образом, при низких температурах науглероживание железа связано с выделением сажистого углерода.

На рис. 22 и 23 приведены по данным Ю.СЛОсфина, В.Р.Гребенникова и В.В.Даньшина кинетические кривые науглероживания металлического железа в зависимости от состава газа и температуры. При обработке кривых уравне­ нием

Рже. 22. Влияние температуры на науглероживание губчатого железа, °С: 1 — 600; 2 — 700; 3 — 800

данные показывают, что в начале реакции, когда на поверх­ ности гранул много активных центров, скорость реакции лимитируется скоростью химического звена процесса. С раз­ витием реакции все больше центров блокируется, и газ дол­ жен диффундировать через поверхностный слой сажистого углерода на металле. Таким образом, лимитирующей стадией на заключительном этапе процесса является диффузионное звено, что и подтверждает величины показателя степени т.

Таким образом, конечное содержание углерода в губчатом железе зависит, главным образом, от количества сажистого углерода, выделившегося при низких температурах. Отметим, что в ряде случаев для увеличения количества углерода в губчатом железе используют низкотемпературное разложение

вания металлического железа влияет ряд факторов. Крэме

телей снижает скорость и конечную величину науглерожива­ ния. Однако в связи с тем, что доля окислителей в газевосстановителе невелика, основное значение приобретает соотношение в газе-восстановителе СО и Н2. Опытные данные показывают, что при 700 °С и выше лучшему науглероживанию

рода существенно влияет состав руды, подвергающейся металлизации, и прежде всего количество СаО в шихте.

109