книги из ГПНТБ / Клушин Д.Н. Применение кислорода в цветной металлургии

использованного кислорода в отходящих газах существенно снижает удельный проплав.

Таким образом, приведенные данные подтверждают, что передув печи вызывается нарушением аэродинамической стабильности шихты и зависит от ее качества; с повышением концентрации кислорода уменьшается количество дутья, при котором сохраняется стабиль­ ный ход печи. Избыточный воздух при передуве проходит через ка­ налы, образуемые в столбе шихты и не используется.

Из уравнения видно, что интенсивность сжигания кокса растет прямо пропорционально количеству дутья и содержанию в нем кислорода.

Сравним приведенные соображения с экспериментальными дан­ ными.

На рис. 38 показано влияние концентрации кислорода в дутье на некоторые параметры плавки, по данным описанных плавок на

90

интенсивность сжигания кокса увеличилась с 10,1 на воздушном

проплав, ряд показателей плавки на ЮУНКе отличался от показа­ телей на МБЛЗ; в частности, на ЮУНКе была достигнута большая

91

чивого хода печи и предотвращения настылей необходимо было сни­ жать количество воздушно-кислородной смеси. Общее количество кислорода, подаваемого в печь в единицу времени, мало менялось,

ном расходе кокса, однако сопровождалась сильным настылеобра-

зультате максимальная полнота использования теплотворной спо­ собности кокса 75—76% была при 29—36% 0 2 , при 40—43% 0 2 она снижалась до 69—71%. Температура отходящих газов при всех ре­ жимах колебалась в пределах 350—370° С, а при плавке с понижен­ ным уровнем сыпи и 43,4% 0 2 поднялась до 650° С.

Сравнение показателей горения кокса при высоких концентра­ циях кислорода на печах МБЛЗ и ЮУНКе свидетельствует о раз­ личном характере протекания процессов при этих плавках, что объясняется различным расходом кокса: экономия кокса на ЮУНКе была большей, чем на МБЛЗ . Плавка с низким расходом кокса, как и при избытке дутья, приводила к снижению полноты использования теплотворной способности кокса и другим явлениям, аналогичным процессу на грани передува.

Проведенный анализ позволяет сделать вывод, что плавку на опытно-промышленной печи ЮУНКа сечением 7,2 м2 вели как на воздушном, так и на обогащенном кислородом дутье, на пределе устойчивого хода, а иногда и просто в режиме, близком к передуву. Наоборот, плавка на печи сечением 6,2 м2, которую вели с более высоким расходом кокса, шла устойчиво и имела более высокие по­ казатели.

Рассмотрение тепловых режимов показало, что одним из наиболее действенных методов борьбы с передувом является наличие в печи некоторого избытка кокса. При несколько меньшей экономии кокса полнее выявляются другие важные преимущества обогащения кисло­ родом дутья: снижение температуры отходящих газов, повышение пол­ ноты сгорания кокса, повышение интенсивности сжигания кокса и др.

на 100 кг агломерата. В расчетах сделана поправка на степень чер­ ноты шлака, равная +10° С по сравнению с измерениями оптическим пирометром.

93

Как было показано выше, при обогащении дутья кислородом на МБЛЗ расход кокса был уменьшен на 18—23%. Анализ теплового баланса показывает, что экономия топлива имела место за счет более полного сжигания кокса и уменьшения относительных потерь тепла.

Основными источниками экономии тепла в расходной части ба­ ланса явились снижение потерь тепла с отходящими газами и с водой кессонов. Уменьшение количества отходящих газов и их температуры привело к снижению расхода тепла на 12%. Потери тепла с водой кессонов в единицу времени оставались почти одинаковыми при раз­ личных режимах, но отнесенные к 100 кг проплавленного агломерата заметно уменьшались по мере повышения удельного проплава.

Невязка теплового баланса при повышении концентрации кисло­ рода в дутье возрастала, по-видимому, из-за менее устойчивого хода печи и колебаний уровня сыпи при высоких концентрациях кисло­ рода. Можно было полагать, что если полезно использовать хоть часть неучтенных потерь, то экономия кокса может повыситься, на что обратил внимание Л. М. Бочкарев [105].

уменьшен и при 43% 0 2 снизился в два раза по сравнению с воздуш­ ным дутьем. Удельный вес отдельных источников экономии топлива оказался несколько иным, чем на МБЛЗ .

При концентрациях кислорода свыше 30% не отмечалось более полного сгорания кокса и этот источник экономии топлива в значи­ тельной мере отпал. Следовательно, при повышенных содержаниях кислорода в дутье в процессе испытания на ЮУНКе экономия кокса на 1 м3 технологического кислорода, поданного на дутье, должна была несколько снижаться. Прямо пропорциональная зависимость экономии кокса от содержания кислорода в дутье, зафиксированная в этих опытах, свидетельствует о снижении запаса кокса в печи по

топлива на ЮУНКе имела место за счет снижения потерь тепла с во­ дой кессонов и с отходящими газами, но температура последних была более высокой, чем на МБЛЗ, и эта статья баланса имела мень­ шее значение. Дополнительная существенная экономия тепла по

а невязка теплового баланса снизилась и не превышала 14,3%. При режиме с 43% 0 2 невязка оказалась даже отрицательной.

Увеличение удельной производительности печей

Производительность шахтной печи в первую очередь зависит от количества дутья и возрастает прямо пропорционально от его рас­ хода вплоть до наступления передува. Удельная производительность печи обратно пропорциональна удельному расходу кокса в пределах

95

режимов без недостатка его. В указанном интервале эти зависимости могут быть описаны уравнением

повышает удельный проплав агломерата (рис. 38). На МБЛЗ при 39% кислорода в дутье проплав достиг 177% от проплава на воздуш­ ном дутье, на ЮУНКе при 43% 0 2 проплав возрос в 2,3 раза. На

На ЮУНКе интенсивность сжигания кокса возросла с 9,2 при воз­ душном дутье до 10,8 т/{м2-сутки) при 29% 0 2 и не менялась при дальнейшем повышении концентрации кислорода в дутье. Увеличе­ ние проплава при неизменной интенсивности сжигания кокса объяс­ нялось дальнейшим снижением удельного расхода кокса по мере повышения содержания кислорода в дутье.

Возможность значительного повышения производительности пе­ чей — одно из главных преимуществ применения кислорода для обо­ гащения дутья при шахтной плавке.

Влияние содержания кислорода в дутье на состав никелевого штейна

При обогащении дутья кислородом наблюдалась тенденция полу­ чения более богатых по никелю и металлизированных штейнов. Как видно из рис. 38, при плавке агломерата с гипсом на МБЛЗ содержа­ ние никеля в штейне возросло с 18,1 до 20,9% при увеличении кон­ центрации кислорода до 31—35% и достигло 21,4% Ni при 39% 0 2 . Содержание кобальта в штейне повысилось с 0,41 до 0,57%, а серы снизилось с 16,3 до 7,7%. Попытки повысить степень сульфидирования увеличением расхода гипса до 20—22% от массы агломерата не имели успеха.

Плавка конвертерного шлака с расходом 17,6% гипса подтвер­ дила, что содержание никеля и кобальта в штейне возрастает при обогащении дутья кислородом. Если обычно получали штейн с 10— 11% Ni и 1,6% Со, то при 31,5% 0 2 штейн обогатился до 25,7% Ni и 3,6% Со, хотя исходный конвертерный шлак был беднее обычного.

При плавке никелевого агломерата на ЮУНКе в печи сечением 7,2 м2 с расходом гипса 8,7% от массы агломерата также получили более богатые штейны при обогащении дутья кислородом. Обще­ принятое ранее объяснение механизма сульфидирования, заключав­ шееся в предположении о восстановлении гипса в шахте печи до сульфида кальция, который взаимодействует с расплавом, образуя штейн, не раскрывало причину плохой регулируемости состава штейна.

96

[ПО—112], А. В. Ванюкова, А. Н. Кудрина и И. А. Монтильо [113—115] позволили осветить многие стороны протекания процес­ сов сульфидирования в шахтной печи и показали, что сера гипса наряду с образованием CaS переходит в газовую фазу и в виде серни­ стого газа или элементарной серы поглощается агломератом и из­ вестняком. Однако недостаток экспериментальных данных не позво­ лил последовательно объяснить причины плохой регулируемости состава штейна и показать условия улучшения сульфидирования при плавке с гипсом.

Систематическое изучение поведения гипса и реакций образования штейна в шахтной печи было выполнено И. Д. Резником и М. С. Кругляковой [116—118], А. И. Евдокименко и И. Д. Резником [92]. Был сделан вывод, что основная масса гипса при шахтной плавке окисленных никелевых руд доходит в неизменном виде до зон с вы­ сокой температурой и разлагается шлаковыми расплавами с образо­ ванием окиси кальция и сернистого газа; часть сернистого газа может восстанавливаться до элементарной серы. Сера в виде элементарной и SO g поглощается из газового потока восстановленным до метал­ лической и закисной формы железом и в виде сульфида железа взаимо­ действует со шлаковым расплавом, образуя штейн. Восстановление гипса до сульфида кальция также имеет место, но играет подчинен­ ную роль.

Представление о механизме сульфидирования гипсом через газо­ вую фазу с поглощением серы восстановленными окислами железа позволило понять следующие явления при шахтной плавке:

1) невозможность повысить выход штейна и снизить в нем содер­ жание никеля за счет повышения расхода гипса, что объясняется недостатком в печи восстановленных окислов железа при неизмен­

в соответствии с законом действующих масс повышает содержание никеля в штейне, но мало сказывается на его количестве;

3) более высокий выход штейна и пониженное содержание в нем никеля для одного из сортов руды при плавке нескольких сортов с неизменным расходом гипса, так как данный сорт руды обладает более легкой восстановимостью, а повышенное количество восста­ новленного железа увеличивает степень поглощения серы и соот­ ветственно выход штейна;

г) обеднение штейна при повышении удельного расхода кокса, что объясняется усилением восстановительной способности печи.

Таким образом, получение более богатых никелем штейнов при плавке с гипсом на дутье, обогащенном кислородом, может быть объ­ яснено уменьшением восстановительной способности газов в шахте печи.

Баланс по сере при плавке на дутье, обогащенном кислородом на М Б Л З , подтверждает приведенные объяснения. Как видно из табл. 21, с повышением концентрации кислорода в дутье переход серы в штейн и общее количество серы, поглощенной расплавленными

серы, а при 37% 0 2 в дутье, несмотря на увеличенный расход гипса, только 0,56 т. При этом соотношение С 0 2 : СО увеличилось с 1,1 : 1 до 3,8 : 1, что ухудшило условия восстановления окислов железа из агломерата и способность его поглощать серу.

Более высокая степень металлизации штейна при обогащении дутья кислородом может быть объяснена восстановлением большего количества железа из шлакового расплава в ванне печи вследствие повышения температуры; температура шлака, выходившего из печи, на МБЛЗ составляла 1298° С при плавке на воздушном дутье и 1400° С при 39% 0 2 .

Влияние температуры на восстановимость окислов железа из расплавленных шлаков никелевой плавки может быть проиллюстри­ рована лабораторными опытами Л. М- Бочкарева, который показал, что при 1300° С в графитовом тигле за 15 мин из шлака выделялся металлический сплав в количестве 1,7%, при 1500° С 8,8%, при 1700° С 14,6% от массы шлака [119].

В меньшей степени повышение температуры оказывает влияние на степень диссоциации образовавшихся сульфидов. Так, при повы­ шении температуры с 1300 до 1700° С при часовой выдержке из штейна удалялось 19% S.

На основании изложенного могут быть сформулированы следую­ щие четыре способа регулирования состава штейна при плавке с гипсом, которые, однако, нуждаются в дальнейшей разработке и проверке.

1. Снижение содержания никеля в штейне в определенных пре­ делах за счет увеличения удельного расхода кокса или восстанови­ тельной способности печи, в том числе за счет введения в печь при­ родного газа.

2.Достижение требуемой концентрации никеля в штейне состав­ лением шихты из легко и трудно восстановимых руд в определенной пропорции.

3.Регулирование восстановимости агломерата соответствующим режимом спекания руды или введением восстановителя в шихту брикетирования.

4.Ведение плавки с добавкой в шихту готовых сульфидов каль­ ция, железа, бедного штейна или предварительно частично восста­ новленной руды.

В связи с тенденцией к увеличению концентрации никеля в штейне при плавке с гипсом на обогащенном кислородом дутье более ра­ ционально применять в качестве сульфидизатора пирит или кокс с повышенным содержанием серы.

Плавки конвертерного шлака с пиритом на воздушном дутье по­ казали возможность значительного снижения содержания никеля

98