Новые процессы получения металла (металлургия железа)

вок (сварочный шлак, известь, оплавикованный известняк, доломит, оливины, глиноземистые руды, нонтронитовые глины и др.), способствующие образованию необходимого количест­ ва расплава с заданными физико-химическими свойствами.

Условия получения окатышей, одновременно обладающих высокими холодной и горячей прочностью и восстанови­ мостью, не совпадают, поэтому следует экспериментально выявить лучший режим получения окисленных материалов, обеспечивающий эффективность проведения процесса металли­ зации.

До настоящего времени нет стандартных методов оценки металлургических свойств материалов, используемых для ме­ таллизации. Однако несколько методов, разработанных для оценки доменных шихтовых материалов, модифицированы « применяются для испытаний железорудного сырья, перераба­ тываемого на установках металлизации. Ряд методов был специально разработан для определения металлургических свойств железорудного сырья, предназначенного для конк­ ретных процессов производства губчатого железа. Как пра­ вило, используемые методы испытаний предусматривают исследование образцов в условиях, имитирующих условия в различных зонах шахтной печи, и включают испытания на стойкость материалов при 500-600 °С (низкотемпературная прочность), восстановимость, склонность к разрушению,

испытаний, применяемых для определения склонности исход­ ных материалов к низкотемпературному разрушению.

Ряд методов предусматривает испытания материалов на восстановимость при одновременном определении их склон­ ности к спекообразованию, при этом восстановление прово­ дится под нагрузкой. Лабораторные исследования показали, что наиболее сильно окатыши слипаются на стадии восста­ новления вюстита до металлического железа при достижении степени восстановления 75—80%.

Склонность к спекообразованию, которое происходит вследствие диффузионного спекания (сваривания) образую­ щихся при восстановлении частиц металлического железа, определяется природой шихтовых материалов и усиливается с повышением температуры восстановления и увеличением на­ грузки на шихту. Для проведения процесса восстановления

161

туру восстановления с 700-760 до 900-1000 °С. Оптимальная величина добавки зависит от качества исходного железо­ рудного сырья и определяется исходя из условий получения окатышей с максимальной восстановимостью.

Второй путь— нанесение на поверхность окатышей покры­ тий, препятствующих возникновению контакта между части­ цами металлического железа. К ним относятся покрытия ме­ лом, известью, графитом и др. Уменьшает склонность к сли­ панию также добавление к окатышам некоторого количества отсортированной железорудной мелочи (10—20 %), благодаря наличию которой между окатышами и в пустотах между ними нагрузки в слое перераспределяются и давление, оказывае­ мое на окатыши в местах контакта, снижается. Крупность вводимой мелочи должна выбираться с учетом сохранения хо­ рошей газопроницаемости столба шихты.

(11 . ВОССТАНОВИТЕЛЬ И МЕТОДЫ ЕГО ПОДГОТОВКИ

ИПОЛУЧЕНИЯ

Впроцессах металлизации в качестве технологического топлива возможно применение различных видов топлива — газообразного (природный и попутный газ), жидкого (про­ дуктов нефтепереработки) и твердого (некоксующиеся угли различных видов). Использование этих видов топлива в ка­ честве восстановителя без специальной подготовки в боль­ шинстве случаев невозможно.

Выбор способа производства восстановительного газа определяется экономическими факторами (наличие и стои­ мость того или иного вида сырья, капитальные затраты на

из которых являются максимальная доля в нем восстановите­ лей СО и Hj и минимальная С02, Н20 , СН«, сажистого угле­ рода. Для оценки восстановительной способности газа используют выражение степени его окисленности:

б

где С02; Н20; СО; Н2— содержание соответствующих компо­ нентов в газе, % (объемн.).

Роль окислителей на процесс восстановления можно про­ иллюстрировать на следующем примере. Из диаграммы равно­ весия системы Fe—О—С (рис. 4) следует, что при 900 °С степень использования СО при восстановлении FeO до железа не превышает 30%. При восстановлении Fe20 3 степень ис­ пользования оксида углерода возрастает до 4S %, при этом если бы газ-восстановитель состоял только из оксида угле­

сутствует С02 в количестве 6 %, то возможная степень

тем конверсии газообразных или жидких углеводородов, либо путем газификации твердого топлива.

Получение восстановительного газа конверсией газообразного топлива

Основным видом газообразного топлива для производства восстановительного газа служит природный газ, являющийся в исходном виде плохим восстановителем, так как состав­ ляющие его основу углеводороды слабо взаимодействуют с оксидами железа. Для этой цели можно также использовать подвергнутый десульфурации коксовый газ, остаточный газ

С02). В качестве окислителей применяют технологический кислород, воздух, пар, углекислый газ. В соответствии с типом окислителя различают кислородную, воздушную, паро164

вую и углекислотную конверсию природного газа. Возможен и смешанный тип конверсии (например, паровоздушная).

Конверсия протекает по одной из приведенных ниже хими ческих реакций: кислородная или воздушная

можно достичь поддержанием близкого к стехиометрическому соотношению окислителя и конвертируемых углеводородов, а также применением никельсодержащих катализаторов, требую­ щих для предотвращения их отравления содержания серы в природном газе < 0,0001—0,00015 % для рекуперативных аппаратов и <0,05% для регенеративных.

Одним из наиболее распространенных способов получения восстановительного газа является паровая конверсия при­ родного газа в присутствии никелевого катализатора. С целью предотвращения выпадения сажи процесс ведут с

избытком водяного пара, превышающим в 2—Зраза его сте­ хиометрический расход, что приводит к повышенному содер­ жанию Н20 (до 20%) в конвертированном газе. В связи с этим его подвергают охлаждению в скруббере для конденса­ ции избыточного пара и вновь нагревают перед подачей в восстановительный агрегат (так осуществляют подготовку газа, например, в процессе ХиЛ). Паровая конверсия обычно осуществляется в трубчатых печах непрерывного действия, отопление которых проводится сжиганием природного газа, избыточного отработанного восстановительного газа или их смеси. Природный газ перед конверсией подвергают очистке

от серы с помощью растворов метанола и моноэтаноламина, молекулярных сит и других способов.

ленных из сложнолегированных жаропрочных сталей. Более высокая температура конвертированного газа достигается в аппаратах регенеративного типа, в которых процесс кон­ версии ведут с небольшим избытком окислителя, так как опасность выделения сажи при высоких температурах сни­ жается. Повышение температуры конверсии способствует уменьшению степени окисленности газа, что позволяет использовать его без отмывки Н20. Паровую конверсию при­ родного газа применяют в процессах металлизации ХиЛ, АРМКО, ФИОР, ВНИИМТ.

Кислородная конверсия осуществляется в специальных го­ релках или конвертерах непрерывного действия. Для воздуш­ ной конверсии используютрегенеративные аппараты типа Каупера, в которых нижняя часть насадки служит для подогрева газовоздушной смеси, а верхняя— для конверсии

содержание метана возрастает до 2—2,5 % и существенно увеличивается выделение сажи.

Для процесса конверсии, обеспечивающей максимальную долю восстановителей без примеси сажи, необходимо природ­

ное, однако при этом в газе растет доля окислителей. Достоинством кислородной конверсии газа является воз­

х(53,11 - 10,32)j| = -367;

С = к - 1 - 3,297 - 1 = 2,297.

х

9 пот»

ZC — сумма атомов углерода в 1 моле природного газа.