книги из ГПНТБ / Кудрявцев, В. С. Металлизованные окатыши

Связь между производительностью, размерами печи и скоростью газов устанавливается из следующего урав­

где Рсут — суточная производительность печи по восста­ новленному железу, т/сут;

S — поверхность пересыпающегося слоя, м2;

q — удельная производительность т/(м2-сут); D — диаметр и длина печи, м;

0,7 — отношение ширины пересыпающегося слоя к диаметру печи (при коэффициенте заполнения

10- 12%).

ности восстанавливаемой руды и температуры предвари­ тельного нагрева шихты, м3/т Fe.

Свободное ст шихты сечение трубчатой печи Р = 0,88 я Ь 2/4, а скорость газа на выходе из трубчатой

•печи

Тогда оптимальная длина печи и ее производительность составят:

т. е. производительность определяется скоростью газа, диаметром печи и общим количеством газа, образую­ щегося при восстановлении 1 т железа. Повышение производительности возможно за счет увеличения ее диаметра, предварительного нагрева и восстановления шихты, а также освобождения ее от мелочи.

Пример использования найденных зависимостей для определения метода подготовки шихты и размеров труб­ чатой печи по заданной производительности может быть

101

показан с помощью рис. 71. Производительность печи 2000 т/сут (в окатышах со степенью металлизации вы­ ше 90%) может быть достигнута при объеме газа около 1000 м3/т металла, что возможно при переработке горя­

и размеры печи.

Общая производительность печи заданного диаметра и удельный объем газа связаны между собой. Длина пе­ чи может быть больше оптимальной, например для сни­ жения температуры отходящего газа, но это не приведет к увеличению общей производительности и соответствен­ но снизит удельную. Общая производительность печи, имеющей рассредоточенную подачу топлива и воздуха, может быть удвоена за счет увеличения в два раза ее длины, но при условии двустороннего отвода отходя­ щих газов. В этом случае первая (от загрузки) ее поло­ вина будет работать в условиях противоточного и вто­ рая— в условиях прямоточного теплообмена.

Прямоточный теплообмен по сравнению с противоточным позволяет использовать большую часть трубча­ той печи для восстановления окислов железа без при­ менения дополнительного оборудования для нагрева шихты перед ней и значительно снизить вторичное окис­ ление восстановленного железа. Следует учитывать, что не всегда первое преимущество имеет место, например.

102

в случае сочленения обжиговой 'конвейерной машины и

тые до температуры процесса, то показатели прямоточ­ ного и противоточного теплообмена будут практически одинаковыми. В этом случае целесообразным является противоточный теплообмен, обеспечивающий более прос­ тые конструктивные решения.

6. НАСТЫЛИ В ТРУБЧАТЫХ ПЕЧАХ

Удельная производительность трубчатой печи в ряде случаев может ограничиваться налипанием шихты на ее футеровку. Исследования процесса налипания различ­ ных материалов, проведенные авторами в лабораторном вращающемся барабане, описанном в гл. I, показали, что при температуре 1000°С восстановленные и невос­ становленные железорудные концентраты, их пустая порода, а также кварцит, известь, магнезит имеют склонность к слипанию. Из испытанных материалов ис­ ключение составляет лишь технический глинозем.

Применение футеровки из шамотного, магнезитового, хромомагнезитового и форстеритового кирпичей, электро­ корунда, ситалла и чистого графита не препятствует налипанию перечисленных материалов. Практически одинаковая во всех случаях прочность налипшего слоя невелика.

Налипание рудо-угольной шихты начинается при 900°С с ее мелких частиц, затем при повышении темпера­ туры оно ускоряется за счет частиц более крупного раз­ мера и прочность первоначально налипшего рыхлого слоя растет. Добавка 20—30% извести уменьшает проч­ ность настыли. Шихта, содержащая более 50% угля, не налипает на футеровку печи.

На печи 6X1 м исследована зависимость процесса налипания шихты из Коршуновской руды (окисленных окатышей) и ирша-бородинокого бурого угля от ско­ рости ее вращения. С увеличением числа оборотов от 1 до 3 об/мин интенсивность налипания снижается с 30— 50 до 3—5 мм/сут, несмотря на повышение температуры газа в печи с 1000 до 1200°С, что, по-видимому, можно объяснить истиранием налипшего слоя пересыпающейся шихтой.

103-

В трубчатой печи 21X3,6 м при работе иа соколов- ско-сарбайских окатышах и буром угле превышение температуры газа 1050°С приводит к упрочнению налип­ шего слоя и превращению его в прочную настыль, уда­ ление которой связано с большими трудностями. Как правило, настыль образуется в месте контакта конуса струи воздуха со стенками печи. Это происходит, очевид­ но, в результате того, что прилипшие к футеровке части­ цы угля и восстановленного железа, попадая в струю воздуха, окисляются, вызывая местный перегрев и оп­ лавление слоя, что приводит к прилипанию более круп­ ных частиц и интенсивному росту настыли.

Минералогический анализ показывает, что настыль состоит из тонких (0,3—0,5 мм) плотных и рыхлых слоев. Ближе к загрузочному концу в зоне температур 500— 700°С слои слабо сцеплены между собой. По мере повы­ шения температуры слоистость настыли исчезает и ее прочность может возрасти с 500— 1000 до 8000— 10000 кН/м2. Краевая зона настыли, примыкающая к рабочему пространству печи, представляет собой корку, в которой еще не прошла перекристаллизация, в ней наблюдаются обломки окатышей, сцементированные шлаковой связкой. Основная масса настыли состоит из гематита, магнетита, феррита кальция, вюстита, ферромонтичеллита, галенита, анортита и металлического же­ леза.

Для предупреждения местного перегрева воздух по­ дают через фурмы, расположенные по длине печи [34], в результате вместо одного мощного короткого высоко­ температурного факела возникает пламя, растянутое по печи. Регулировка температуры по длине печи произво­ дится клапанами на фурмах с точностью 3—5°С, что поз­ воляет работать практически без образования настылей.

Опыт завода «Сибэлектросталь» показывает, что при использовании канско-ачинскрго бурого угля, темпера­ тура плавления золы которого превышает 1300°С, воз­ можно поддержание температуры в восстановительной зоне трубчатой печи в пределах 950— 1050°С, что позво­ ляет работать без образования прочных кольцеобразных настылей и больших комков. Непрочный слой налипшей

104

регулирование температуры в указанных пределак уменьшает интенсивность налипания шихты, количество

иразмеры отдельных кусков настыли.

7.ПОВЕДЕНИЕ ОКАТЫШЕЙ ПРИ ИХ МЕТАЛЛИЗАЦИИ

ВТРУБЧАТОЙ ПЕЧИ

Настылеобразование и вынос железа с пылью, сос­ тавляющий '-•'4% его содержания в исходной шихте, связаны с разрушением окатышей. В процессе восста­ новления окисленных окатышей из-за ослабления связей между зернаіми окислов прочность окатышей уменьша­ ется, что при воздействии ударных нагрузок и истирания, свойственных пересыпающемуся слою, приводит к обра­ зованию значительного количества мелочи.

Исследования изменения прочности и разрушаемое™ различных окатышей в процессе их восстановления бу­ рым углем проводили в барабане (см. рис. 46). Проч­ ность окисленных окатышей, обожженных при 1250°С, измеряемая в горячем состоянии, резко падает в течение

первых 20 мин восстановления и затем медленно повы­ шается (рис. 72). Минимальная прочность (50—70Н/ока- тыш) наблюдается у соколовско-сарбайских офлюсо­ ванных окатышей. В процессе их восстановления в труб­ чатой печи образуется большое количество мелочи (табл. 16). Неофлюсованные соколовско-сарбайские ска­ тыши в пронессе восстановления разрушаются в мень- - шей степени (их минимальная прочность превышает

133

200 Н) и дают значительно меньше мелочи, чем офлю­ сованные (рис. 72, табл. 17).

Окисленные неофлюсоваінные окатыши, полученные в агломерационной чаше при температуре «ад слоем 1250°С из богатого оленегорского концентрата, содержа­ щего 69% Fe, в процессе восстановления разрушаются так же, как и неофлюсованные соколовско-сарбайские, однако их прочность при дальнейшей .металлизации вос­ станавливается быстрее.

Неофлюсованные окатыши из .суперконцентрата (70,0% Fe), полученного из магнетитовой руды место­ рождения «Самсон», обожженные при 1250 и 1300°С, достигают одинаковой минимальной прочности при раз­ ной степени восстановления, однако в том и другом слу­ чае она значительно выше (450 Н), чем прочность ока­ тышей изімѳнее богатых концентратов.

Приведенные результаты лабораторных исследований можно считать представительными, так как они под­ тверждены данными табл. 16 и 17, характеризующими поведение офлюсованных и неофлюсованных окатышей, при восстановлении в печи 21X3,6 ім, в которой уже получены тысячи тонн окатышей.

Результаты этих исследований позволяют иначе оце­ нить роль шлаковой связки в изменении прочности вос­ станавливаемых окатышей. По-видимому, она имеет большое значение при низкотемпературном обжиге окатышей, так как является достаточно легкоплавкой. Повышение температуры обжига позволяет получить лучшие результаты с уменьшением количества шлаковой связки, так как ее роль в этом случае хорошо выполня­ ют окислы железа, интенсивность спекания которых при повышенной температуре (выше 1250°С), очевидно, велика.

Действительно, согласно правилу Таммана, высокая подвижность катионов окислов наблюдается при темпе­ ратуре, составляющей около 70% от абсолютной темпе­ ратуры их плавления. Нагрев магнетита до 1300°С означа­ ет достижение уровня, составляющего 87% его абсолют­ ной температуры плавления. В процессе восстановления зерна металлического железа, неразъединенные пустой породой, быстрее образуют каркас, упрочняющий ока­ тыш.

Однако это объяснение установленного факта явля­ ется общим, Детальное раскрытие прңчин повышенной

прочности окатышей из суперконцентратов при их вос­ становлении углем является темой специального иссле­ дования.

Из табл. 17 также следует, что применение неофлюоованных соколовско-сарбайских окатышей позволяет' после отсева 16% мелочи (5—0 мм, в том числе 8,5% железа) иметь в металл изованной шихте 0,017% Р и 0,022% S. Железосодержащая часть отсеянной части шихты после магнитной сепарации .может быть возвра­ щена в процесс. Сера окисленных окатышей при ее 'Со­ держании выше 0,02% в процессе восстановления шихты газифицируется, затем поглощается органической и ми­ неральной частью восстановителя. Канско-ачинский бурый уголь при медленном 'Окислении не только удер­ живает вначале в органической части, а затем в мине­ ральной всю собственную серу, но и поглощает ее из восстанавливаемых окатышей, десульфурация которых при исходном содержании серы 0,14% достигает 80% [12, с. 115— 118].

Трубчатая печь позволяет довести степень металли­ зации окатышей до 100%, однако ,в отличие от конвейер­ ной печи допустимая температура процесса в ней не превышает 1050°С, что недостаточно для образования прочного каркаса и плотной оболочки из металлического железа, находящегося в тонкодисперсном состоянии. Это предопределяет относительно низкую прочность (200—400 Н) и высокую окнсляемость окатышей, металлизованных в трубчатой печи. За три месяца хране­ ния таких окатышей на открытой площадке степень их металлизации снизилась на 20% (абс.).

В связи с этим окатыши, металлизованные в трубча­ той печи, целесообразно передавать в сталеплавильную печь в горячем состоянии через футерованные закрытые контейнеры. Это позволяет существенно уменьшить зат­ раты на их охлаждение в нейтральной или восстанови­ тельной среде и хранение в закрытых складах.

При необходимости дальней перевозки металлизованных окатышей целесообразным может оказаться довосстановление в трубчатой печи окатышей, предвари­ тельно металлизованных на 50—70% в конвейерной пе­ чи. Такие'Окатыши, сохраняя первоначальную структуру, обладают высокой прочностью и низкой окисляемостью.

.Их можно хранить длительное время на открытых скла­ дах и транспортировать обычными средствами. Однако,

108