Новые процессы получения металла (металлургия железа)

С учетом температуры и давления скорость газа

где р — давление газа у фурм, кПа.

Теперь можем определить суммарное сечение фурм:

= V T /( J> = 39,5:207 = 0,191 м2.

Диаметр фурмы

0,191

= 0,14 м = 140 мм.

12 • 0,785

513. ПОЛУЧЕНИЕ ГУБЧАТОГО Ж ЕЛЕЗА В РЕТОРТАХ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ

Как и в шахтной печи, металлизация железорудного сырья в ретортах осуществляется с применением горячего восста­ новительного газа. В отличие от шахтной печи, где проис­ ходит противоточный процесс, в ретортах восстановление протекает в неподвижном слое шихтовых материалов, что

Охалата и Ламина (ХиЛ) в Монтеррее (Мексика) и является одним из наиболее освоенных в промышленном масштабе про­ цессов металлизации. Характерной особенностью процесса ХиЛ является его периодичность. Восстановление железоруд­ ных материалов (руды и окатышей) проводится в ретортах периодического действия (рис. 48).

Технология пррцесса заключается в восстановлении газом

•покрытие тепловых затрат на процесс проводят за счет фи­ зического тепла восстановительного газа, нагреваемого до 980-1240 °С.

устройства. Для равномерного распределения газа по сече­ нию реактора применяют решетки и диафрагмы, причем решет­ ки обеспечивают лучшее распределение газа и изготавли­ ваются металлическими, керамическими и из жаростойкого бетона.

Переточное устройство, обеспечивая непрерывные переме­ щения материалов в многокамерных реакторах, выполняется в виде переливных труб (цилиндрические, конические, с внутренним и внешним расположением). При высокотемпера­ турном восстановлении в кипящем слое лучше всего служат электронные переточные устройства принудительного дейст­ вия, которые обеспечивают точную дозировку транспортируе­ мой шихты.

Как правило, в процессах кипящего слоя исходная руда подвергается сушке, измельчению, восстановлению и горяче­ му брикетированию восстановленного материала. Восстанов­ ление осуществляется при «700—760 °С, так как выше этой температуры начинается слипание частиц губчатого железа. Крупность руды обычно находится в пределах 5—0 мм. Сте­ пень металлизации материала регулируют в пределах от 70 до 95—98 %. В качестве восстановительного газа применяют газ, получаемый обычно паровой конверсией природного газа и содержащий от 74 до 95—98% водорода.

Наряду с рядом преимуществ (интенсивное перемешивание твердой фазы, выравнивание температур и концентраций в слое, высокие значения коэффициентов теплопередачи) про­ цессы с кипящим слоем имеют ограниченные возможности интенсификации вследствие того, что расход газа зависит от гидродинамических характеристик слоя, и его увеличение при сохранении фракционного состава и прочих равных усло­ вий приводит к нарушению однородности кипящего слоя и значительному пылевыносу.

Неприятным недостатком процессов восстановления в ки­ пящем слое является слипание частиц, нарушающее стабиль­ ность кипящего слоя. Склонность частиц к слипанию начи­ нается при достижении степени металлизации 25—30 % и заметно развивается при 50-60 %. Чем выше температура восстановления, тем выше склонность к слипанию. Слипание уменьшаете при наличии на контактной поверхности оксидов железа, пустой породы, при использовании крупнозернистой руды или окатышей, увеличении скоростей газа, восстанов226

лении руды в смеси с неспекаюшимися материалами, создании на поверхности частиц предохранительной пленки в виде карбидов железа или сажистого углерода. Наиболее эффек­ тивным способом борьбы со слипанием является применение крупнозернистых материалов: использование сырья фракцией

кой температуры восстановления и невозможности организа­ ции цротивотока. При восстановлении водородом степень использования его не превышает 5—10 % (температура вос­ становления 480—540 °С), поэтому восстановление целесооб­ разно проводить в двухили трехподовых реакторах с использованием рециркуляции газа.

§15. ПОЛУЧЕНИЕ ГУБЧАТОГО ЖЕЛЕЗА ВО ВРАЩАЮЩИХСЯ ТРУБЧАТЫХ ПЕЧАХ

Вращающиеся печи получили применение в промышленном масштабе для металлизации железорудных материалов, глав­ ным образом, потому, что позволяют перерабатывать различ­ ные руды по химическому и фракционному составу (руды, окатыши, концентраты, пыли и шламы и др.), а в качестве топлива и восстановителя применять коксовую мелочь и уголь всех марок, вплоть до лигнита.

Вместе с железорудным сырьем в печь загружают уголь в качестве восстановителя, известняк или доломит в качестве десульфуратора. Восстановитель загружают в печь в коли­ честве, превышающем теоретически необходимое для удаления кислорода руды (часть избыточного восстановителя исполь­ зуется как топливо и для зашиты металлического железа от вторичного окисления).

Поскольку процесс восстановления оксидов железа твер­ дым углеродом эндотермичек, вращающиеся печи отапливаются путем сжигания над слоем шихты газообразного, жидкого или твердого топлива в горелке, расположенной в разгрузочном торце печи, или в горелках, расположенных на корпусе по

проводится с недостатком воздуха с получением мягкого длинного факела. Остальной воздух, необходимый для сгора­ ния топлива и дожигания оксида углерода, выделяющегося из шихты при восстановлении, вдувается через фурмы, располо­ женные на корпусе печи, что позволяет регулировать темпе­ ратуру по ее длине. В зависимости от свойств железорудных материалов и золы топлива-восстановителя (опасность настылеобразования) температуры нагрева шихты составляет 1000-1100 °С.

По длине вращающуюся печь можно разделить на зоны на­ грева и восстановления. Степень восстановления наиболее быстро растет в середине и замедленно в конце печи. К концу процесса восстановления, когда образование оксида углерода уменьшается, создаются условия, способствующие проникновению в шихту окислительных газов. В связи с этим напыляемый на поверхность шихты в конце печи избыточный восстановитель предохраняет металлизованный продукт от окисления этими газами. Степень заполнения шихтой печи (сегмент) составляет обычно 10-20 %.

Для достижения высокой производительности вращающейся печи необходимо применять топливо, отличающееся хорошей реакционной способностью, так как реакция газификации углерода С + С02 = 2СО является определяющей в процессе восстановления оксидов железа твердым углеродом. Расход углерода можно определить по формуле:

где f- — степень прямого восстановления (обычно 0,8-0,85); Ор— количество кислорода, отнимаемого от руды, кг/кг.

Практика показала, что потребность углерода на восста­

жается из печи вместе с металлизованным продуктом, защи­ щая его от окисления. Общий расход восстановителя состав­ ляет 50—60% массы железорудного материала.

Большую роль на производительность печи оказывает теп­

ровкой, передается шихте и теряется в окружающую среду. Количество тепла, получаемое шихтой»

По мере повышения температуры к концу печи (зона вос­ становления) решающую роль в теплообмене начинает играть излучение, с помощью которого передается максимальное ко­

их тепла используют предварительный нагрев железорудной части сырья (обычно на конвейерных машинах, или в шахтных

газа о)г и действительным его количеством, определяемым по результатам расчетов материального и теплового балансов и заданной производительности печи:

(242)

Величина V r должна учитывать полное количество газов, образующихся в печи. Длина печи определяется по условиям теплопередачи, причем расчет ее ведется отдельно для зон нагрева и восстановления, т.е.

та шихты в поперечном ее сечении, и находят их в зависи­ мости от степени заполнения печи шихтой, которую можно определить по формуле:

Общая длина печи должна обеспечить необходимое время пребывания в печи для достижения заданной степени метал­

Значение х принимается по экспериментальным данным, обычно оно составляет 3—8ч (верхний предел— для трудно­ восстановимых руд и низкореакционного топлива).

Расчет процесса металлизации во вращающейся печи

Исходные данные.

1. Температура окисленных окатышей на входе во вращаю­ щуюся печь. Возможно поступление в печь как холодных, так и предварительно подогретых (например, на колосниковой решетке газами, выходящими из трубчатой печи) окатышей,

^ок.ок = 500 °С.

2. Температура твердого топлива и флюса (известняка) на входе в печь. Эти компоненты поступают в печь холодными. {топя = 20 °С.

3. Температура продукта, выходящего из печи. Колеблет­ ся в интервале 900—1300 °С. fnpan = ИЗО °С.

4.Температура газов, выходящих из печи. Изменяется в диапазоне 700—1100 °С. tn_r = 950 °С.

5.Степень металлизации окатышей. В зависимостиот требований потребителей составляет 80—96%. 7}мет = 95 %.