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

новлен исходя из условий 'максимальной производитель­ ности по годному.

С повышением температуры степень металлизации и выход металлпзованного продукта возрастают за счет ускорения реакции восстановления и улучшения в ре­ зультате этого защиты окатыша от окисления. В том же направлении действует и оплавление окатышей с поверх­ ности.

СКОРОСТЬ И СОСТАВ ГАЗА

Интенсивность взаимодействия газа-теплоносителя с углеродом и восстановленным железом в поверхност­ ных слоях окатыша зависит от его окислительного по­ тенциала и скорости фильтрации через слой окатышей. При отсутствии тока газа окислитель из ядра газовой атмосферы доставляется к поверхности раздела фаз пу­ тем молекулярной диффузии [35]. Бели выделяющиеся из окатыша реакционные газы имеют скорость, превы­ шающую скорость молекулярной диффузии, то они пре­ пятствуют проникновению окислителя к поверхности окатыша. Авторами установлено, что, независимо от окислительного потенциала неподвижной газовой сре­ ды, в которой происходит металлизация рудо-угольных окатышей, выделяющиеся из них реакционные газы практически полностью защищают поверхность от окис­ ления. В результате степень металлизации рудо-уголь­

40

ных окатышей, содержащих стехиометрическое количе­ ство углерода, близка к 100% (рис. 28).

При возникновении тока окислительных газов ско­ рость доставки окислителя к поверхности окатыша воз-

Рис. 28. Влияние скорости дымового газа на показатели металлизации окатышей диаметром 20 мм при 1250°С в течение 10 мин из Коршуновско­ го концентрата и буроугольного полукокса (а) и из криворожского кон­

центрата и антрацита (б) С/Сстех:

/—0,39; 2—0,72; 3—1,06; 4—0,43; 5—0,74; 5—0,84; 7—1,4

растает, так как защитный слой реакционных газов ста­ новится тоньше, а кинетическая энергия частиц окисли­ теля возрастает, вследствие чего его молекулы достига­ ют поверхности окатыша. При определенной скорости газа-теплоносителя происходит почти полное «смыва­

41

тьіши прогреваются быстрее и до более высокой темгіературы (рис. 30). Это происходит благодаря выделению тепла от сгорания окиси углерода реакционного газа, а

также в результате окисления углерода и железа за счет кислорода теплоносителя. Окислительные компо­ ненты газа-теплоносителя (СО2 и О2 ) взаимодействуют с

окисью углерода, углеродом и железом окатыша по сле­ дующим реакциям [37]:

В процессе нагрева рудо-угольного окатыша углерод поверхностного слоя частично окисляется кислородом газа-теплоносителя [реакция (28)], затем по достижении температуры 800—900°С он расходуется на восстановле­ ние окислов железа и на газификацию за счет двуокиси

43

углерода теплоносителя по реакции (27). В этот началь­ ный период часть восстановленного железа и реакцион­ ная окись углерода окисляются компонентами теплоно­ сителя по реакциям (26), (29) и (30).

По мере прогрева окатыша и повышения его темпе­ ратуры за счет тепла нагревающего газа, а также за счет экзотермических реакций (26) и (30) процесс вос­ становления интенсифицируется и перемещается в глубь окатыша. В это время скорость выделения окиси углерода из него резко возрастает, поэтому реакции (27), (29) и (30) резко замедляются, но развивается реакция (26). При этом часть окиси углерода расходуется на вторичное восстановление окислов железа. Благодаря высокой температуре поверхности окатыша, которая до-

Нг 0 в с ме с и

25% (Нг0-*-С02) + 75 %N2,%

Рнс. 31. Влияние кислорода (а) н паров воды (б) на показатели ме­ таллизации при 1250°С в течение 10 мни (скорость газа 0.5 м/с):

I — буроугольный полукокс; 2 — черногорский уголь; 3 — кузнецкий кокс; 4 — черемховский уголь

стигает в этот период своего максимума, частицы желе­ за срастаются в сплошную металлическую оболочку. В период завершения восстановления поток окиси углеро­ да уменьшается, вновь происходит окисление поверхно­ стного слоя окислительными компонентами теплоноси­ теля, однако оно сильно затормаживается благодаря высокой плотности металлической оболочки окатыша.

44

Из приведенной схемы слёдует, что в периоды нагрёва, интенсивного хода восстановления и его затухания эндотермичеокие реакции (27) и (29) не получают суще­ ственного развития, в то время как экзотер­ мические реакции и особенно реакция (26)

действуют попеременно на протяжении всего процесса металлиза-

45

лизоваиного продукта. Увеличение содержания парой воды до 5% несколько повышает степень металлизации окатышей, но в то же время снижает выход металлизованного продукта для большинства типов восстановите­ ля. Дальнейшее увеличение концентрации паров воды практически не изменяет этих показателей (рис. 31). За­ мена аргона воздухом повышает прочность окатышей, но в то же время понижает степень металлизации и выход годного (рис. 32).

Как уже было отмечено, прочность окатышей повы­ шается при сгорании окиси углерода, части углерода и железа, т. е. за счет ухудшения некоторых показателей, Применение чистой двуокиси углерода приводит к сни­ жению всех показателей, так как, обезуглероживая ока­ тыш, она вызывает понижение его температуры. Из двух смесей азота, кислорода и двуокиси углерода луч­ шей оказалась та, в которой содержалось 2% Ог, так как умеренный окислительный потенциал этой смеси поз­ волит значительно поднять температуру окатыша и та­ ким образом максимально упрочить его при незначи­ тельном окислении углерода и железа, обеспечивающем приемлемую степень металлизации и выход годного.

ТИП ВОССТАНОВИТЕЛЯ

В условиях нейтральной или восстановительной атмо­ сферы применение высокоактивных восстановителей спо­ собствует интенсификации процесса металлизации рудо­ угольных окатышей. В токе окислительного газа-тепло­ носителя высокая активность восстановителя имеет и отрицательные стороны, так как конечные показатели (степень металлизации и выход годного) понижаются тем больше, чем выше реакционная способность восста­ новителя и ниже его плотность (рис. 33, табл. 3).

Это явление можно объяснить тем, что степень окис­ ления окатышей при металлизации зависит от соотноше­ ния скоростей взаимодействия окислов железа и окис­ лительных компонентов газа-теплоносителя с восстано­ вителем. Если восстановитель очень активен, как, на­ пример, сырой бурый уголь, или если скорость подъема температуры 'мала, то в процессе нагрева при низкой температуре углерод в окатыше будет выгорать на зна­ чительную глубину. Кроме того, как правило, чем ак­

46

тив'нее восстановитель, тем выше его пористость, тем больший объем он занимает в окатышах (табл. 3), что также способствует проникновению окислителя в глубь окатыша.

Т а б л и ц а 3

ЗАВИСИМОСТЬ ПОКАЗАТЕЛЕЙ МЕТАЛЛИЗАЦИИ РУДО-УГОЛЬНЫХ

ок а т ы ш е й

вТОКЕ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО ГАЗА ОТ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

ВОССТАНОВИТЕЛЕЙ (ВРЕМЯ МЕТАЛЛИЗАЦИИ Ю-.мнн ТЕМПЕРАТУРА 1250°С, ДИАМЕТР ОКАТЫШЕЙ 20 мм)

Восстановители с малой реакционной способностью, например кокс (рис. 34, кри­ вые /), в процессе нагрева мало реагируют с окисли­ тельными компонентами га-

47

затеплоносителя, в большей мере они расходуются на реакцию восстановления окислов железа.

Таким образом, в противоположность металлизации рудо-угольных окатышей в нейтральной или восстано­ вительной среде, в токе окислительного газа применение восстановителей с низкой реакционной способностью способствует повышению степени металлизации и выхо­ да годного металлизованного продукта. Повышение по­ казателей металлизации при использовании высоко­ реакционных восстановителей возможно путем интен­ сификации нагрева окатышей, защиты их от окисления в этот период и снижения окислительного потенциала на­ гревающего газа.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УГЛЕРОДА

Применение дымовых газов в качестве теплоносите­ ля приводит к повышенному расходу углерода окаты­ шей (рис. 35), за счет его окисления и газификации кис-

Рис. 35. Угар углерода в зависимости от типа восстановителя (а) и от со­ держания углерода (б) в окатышах:

/ — буроугольный полукокс; 2 — черногорский уголь; 3 — черемховский по­ лукокс; 4 — кузнецкий кокс; 5 — электродный уголь (с Юстех =0,8)

лородом и двуокисью углерода теплоносителя, назван­ ного нами угаром. Величину угара в процентах опреде­ ляют исходя из массы и химического состава исходных и металлизованиых окатышей по формуле

48

Повышение скорости окислительного газа до 0,5 м/с увеличивает угар, при больших скоростях он остается практически постоянным (данные относятся к металлизованному ядру). Увеличение исходного содержания уг­ лерода в окатышах и повышение реакционной способно­ сти восстановителя приводят к росту его угара. Напри­ мер, в окатышах с буроугольным полукоксом при повы­ шении содержания углерода С/Сстех от 0,39 до 1,06 (см. рис. 35,6, цифры на кривых) угар углерода возрос соот­ ветственно с 2—3 до 25%. В окатышах с электродным углем и коксом угар углерода (при одинаковом исход­ ном его содержании) был в 4—5 раз меньше, чем в ока­ тышах с буроугольным полукоксом.

С увеличением количества восстановителя и его ре­ акционной способности возрастает площадь контакта его с окислительными компонентами газа-теплоносите­ ля, что и ведет к повышенному угару. Приведенные здесь результаты указывают на необходимость осторож­ ного подбора и строгого постоянства окислительного потенциала нагревающего газа при металлизации рудо­ угольных окатышей с высокореакцнонным восстанови­ телем.

ПОВЕДЕНИЕ СЕРЫ И АЗОТА ПРИ МЕТАЛЛИЗАЦИИ ОКАТЫШЕЙ

Из работ [10, 30] известно, что в процессе металли­ зации рудо-угольных окатышей, приготовленных из кон­ центратов и восстановителей, содержащих соответствен­ но 0,1—0,2 и 0,6—3,5% S, ее улет может составлять 10— 60%. С повышением температуры и степени металлиза­ ции показатель десульфурации (газификации серы), по данным [10], увеличивается, а по данным [30], умень­ шается. Результаты исследований [30] показывают, что удаление серы из окатышей диаметром 10 мм происхо­ дит в основном в процессе их нагрева до температур ре­ акции восстановления.

Авторами исследовано поведение серы при металли­ зации рудо-угольных и рудных окатышей переменного размера, приготовленных из концентратов и восстанови­ телей с различным содержанием серы. В концентратах оно составило 0,04—'0,3, а в восстановителях 0,5—2%. Кроме того, изменялось и содержание окиси кальция в окатышах. Температура и продолжительность металли­ зации, как и в исследованиях [10, 30], были близки к ус­

49