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

исследовано в меньшей степени. В работах [1—3] отме­ чена повышенная восстановимость бурых железняков и гематитовых руд по сравнению с более плотными магнетитовыми. Исследованиями Г. И. Чуфарова, С. Т. Рос­ товцева и М. Р. Мойсика доказано заметное увеличение объема образца в процессе превращения Fe2Ö3— FFeaO.),

объясняемое изменением кристаллической ірешетки, на­ рушением его оплошности, благодаря чему облегчается доступ восстановителя внутрь куска. Повышение вос­ становимости руд в связи с их измельчением известны «з работ И. А. Соколова, С. Т. Ростовцева, А. Н. Похвиснева и М. С. Гончаревского и др., однако они относятся к сравнительно крупным материалам. При исследовании кинетики восстановления рудо-угольных смесей и окаты­ шей из них обнаружено существенное ускорение процес­ са за счет измельчения реагентов [7-—11].

Казалось бы, что для рудо-угольных окатышей, при­ готовленных из тонкодисперсных (0,074 мм) гематитовых (рис. 1, а, кривая 1) или магнетитовых руд, разница в восстановимости должна исчезнуть, однако, как показа­ ли исследования, повышенная восстановимость гемати­ товых руд (рис. 1 ,а, кривая 1) по сравнению с магнетитовыми (кривая 2) сохраняется и в этих условиях.

10

Сравнение данных рис. 1 показывает, что измельче­ ние оленегорского магнетита лишь до 0,053 мм (рис. 1,6, кривая 3) приближает его восстановимость к восстано­ вимости гематитовой руды крупностью 0,074 мм. В этих опытах восстановителем служил буроугольный полукокс. Металлизацию проводили в течение 30 мин.

По достижении определенной степени измельчения руды процесс восстановления должен перейти из диффу­ зионного режима в кинетический, где интенсивность про­ цесса определяется только скоростью кристаллохими­ ческого акта. Для выяснения влияния измельчения ру­ ды от 0,35—0,30 до 0,01—0 мм на скорость и степень восстановления окислов железа были проведены опыты [12, с. 100] по ее восстановлению в нейтральной среде при температурах 800, 850, 900° С в течение 30 мин и при 1250°С в течение 5 мин (рис. 2).

Рнс. 2. Влияние крупности Коршу­ новского концентрата на удельную поверхность (/) н степень его ме­ таллизации (в тонкой смеси с буроугольным полукоксом) при температуре 800°С (2), 850 (3),

900 (4) и 1250°С (5)

■Пробы были приготовлены из Коршуновского железо­

ношение Ре20з к FeO, как и в исходном концентрате, равно в среднем примерно 3. Лишь в последнем, самом мелком классе оно понизилось до 1,87, что можно объ­ яснить скоплением в нем чешуек железа от шаров и фу­

11

руды (рис. 3) (восстановление буроугольным полукок­ сом в течение 30 мин при 1000°С.

Следовательно, тонкое измельчение и смешение реа­ гентов, ускоряя 'процесс восстановления бедных желез­ ных руд, не устраняет замедляющего действия пустой по­ роды, особенно в конце восстановления, когда концент­ рация реагентов существенно снижается.

Таким образом, в случае применения рудо-угольных окатышей тонкое измельчение руды позволяет сущест­ венно ускорить процесс восстановления окислов железа и достичь более высокой степени металлизации, сблизить этот показатель для гематитовых и 'магнетитовых руд. Повышение температуры выше 900°С ослабляет роль из­ мельчения, так как восстановление переходит в кинети­ ческую область. Для бедных руд измельчением не удает­ ся устранить значительного снижения восстановимости к концу процесса, когда концентрация реагентов сущест­ венно уменьшается.

Скорость процесса восстановления рудо-угольных окатышей определяется не только типом и крупностью руды, но также реакционной способностью и количест­ вом восстановителя, размером окатыша, продолжитель­ ностью металлизации и другими факторами.

РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ ВОССТАНОВИТЕЛЕЙ

На различие реакционной способности восстановите­ лей указывал ряд авторов [3, 5, 11].

М. А. Павлов [3] объяснил повышенную активность древесного угля наличием в нем летучих веществ. 3. Ф. Чухановым [16] установлено, что процесс газифи­ кации углерода носит объемный характер и скорость его определяется внутренней поверхностью и активностью угля. С. Т. Ростовцев [17] отнес к числу факторов, ока­ зывающих влияние на этот процесс, физическое состоя­ ние углерода, в частности размеры и степень совершенст­ ва кристаллов графита. Чем больше расстояние между базисными плоскостями кристаллической решетки иско­ паемых топлив, тем легче в них проникает окислитель и тем быстрее они сгорают [18]. Наиболее «рыхлое», не­ плотное расположение плоскостей решетки наблюдается у молодых топлив, например у бурого угля; наиболее плотная укладка является характерной для графита. Известно [19], что не все углеродистые материалы графитируются под воздействием температуры. Графитации

14

способствует водород и препятствуют кислород и сера. Полукокс из кзнско-ачинских бурых углей содержит ма­ ло серы и водорода, но много (около 12%) кислорода [20, с. 192—200]. По этим признакам он относится к слабографитирующимся углям.

Существует мнение, что при тонком измельчении вос­ становителей и высоких температурах (выше 1000°С) различие их реакционной способности не влияет на ско­ рость процесса металлизации [21,22]. Более поздние ис­ следования металлизации рудо-угольиых окатышей, при­ готовленных из тонких смесей реагентов, при умеренных и высоких температурах в конвейерных и трубчатых пе­ чах [12, 23, 24], как и работа Г. В. Губина и Л. М. Цылева [25], показали наличие связи между скоростью ме­ таллизации и реакционной способностью восстановите­ лей. Эта зависимость была проверена в лабораторных условиях для смеси тонкоизмельченных предварительно нагретых концентратов и восстановителей и для холод-

ных рудо-угольных окатышей различных размеров [23]. Степень восстановления рассчитывали по количеству и составу газа, выделившегося в процессе металлизации.

Кинетические кривые восстановления предварительно нагретых до температуры опыта и затем смешанных тон­ ких (< 0,074 мм) порошков Коршуновского концентрата и полукокса с реакционной способностью (R) 10 и

15

Т а б л и ц а 2

АБСОЛЮТНАЯ т, МНН (ЧИСЛИТЕЛЬ),

И ОТНОСИТЕЛЬНАЯ — (ЗНАМЕНАТЕЛЬ)

Тю

ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ МЕТАЛЛИЗАЦИИ РУДО-УГОЛЬНЫХ ОКАТЫШЕЙ

Буроугольный полукокс

J— G .d л *о— к-s-

Продолжение табл. 2

Если принять за эталон время металлизации окаты­ шей буро-угольным полукоксом, прокаленным при 600°С [/?= 10 мл/(г-с)], то для исследованных восстановите­ лей относительное время восстановления составит

т = тэ (1,66 — 0,066 R),

т. е. оно мало зависит от температуры, размеров окаты­ шей и степени металлизации.

Зависимость скорости восстановления от реакционной способности восстановителя объясняется авторами сле­ дующим образом. Повышение реакционной способности восстановителя снижает температуру начала восстанов­ ления. Например, буроугольный полукокс, полученный при 600°С, начинает восстанавливать окислы железа при температуре на 200°С ниже, чем кузнецкий кокс (рис. 7). На эту величину увеличивается разность температур между теплоисточником и теплоприемником, которым является реакционная зона, в результате чего растет тепловой поток в зону реакции, который и определяет более высокую скорость восстановления окислов железа.

СОДЕРЖАНИЕ УГЛЕРОДА В ОКАТЫШАХ

Увеличение содержания углерода в окатышах вызы­ вает повышение средней скорости восстановления окис­ лов железа благодаря улучшению условий регенерации двуокиси углерода, выделившейся в процессе восста­ новления [26]. На рис. 8 показаны результаты совме­ щенного процесса восстановления «внутренним» восста-

18

новителем, содержащимся в окатышах в разных количе­ ствах, и «внешним» восстановителем, смешанным с ока­ тышами. По мере увеличения содержания углерода в окатышах и повышения температуры суммарная ско­ рость процесса металлизации резко возрастает и ло до­ стижении 0,7 (от стехиометрического) при температуре 1000°С остается практически постоянной, превышая ско­ рость металлизации рудных окатышей примерно в 2 ра-

С/^стех

за. При 1250°С наблюдается такая же картина, причем с повышением содержания углерода снижение скорости процесса восстановления по мере его завершения про­ исходит медленнее. Точки одинаковой завершенности про­ цесса восстановления располагаются на прямых линиях,

что степень и продолжительность восстановления до за­ данного уровня прямо пропорциональны отношению содержания углерода к его стехиометрическому значе­ нию по реакции прямого восстановления, т. е. в первом случае

С

ф = фстех ~ I (2)

^стех где ер — степень металлизации при содержании углеро­

да меньше стехиометрического;

19