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

Опытные плавки на печи сечением 1,3 м2 проводились с переры­ вами в течение 1957—1959 гг. под руководством Л. М. Бочкарева,

При плавке отсеянного агломерата на печи сечением 1,3 мг на воздушном дутье было установлено, что количество вдуваемого воз­ духа на данной печи не должно превышать 50—55 м3!(м2 • мин). При более высоком расходе дутья печь работала неустойчиво, с силь­ ным настылеобразованием и зависаниями шихты. Оптимальный рас­

мере повышения концентрации кислорода в дутье снижать общее количество воздушно-кислородной смеси. Другим способом, ослаблявшим зависания шихты, было снижение высоты сыпи.

Параллельно со снятием технологических показателей на печи сечением 1,3 м2 под руководством А. И. Евдокименко и И. Д. Рез­ ника1 с помощью вертикального щупа и горизонтального пробоотборника были изу­ чены тепловые и штейнообразующие про­ цессы.

Вертикальный щуп представлял собой трубу, на одном конце которой подвешивали металлическую корзинку для материалов, а другой -— верхний конец — был закрыт (рис. 31). Внутри трубы помещали термо­ пару, горячий спай которой выходил в кор­ зинку, а холодный был пропущен через противоположный конец трубы, где имелось также отверстие для отбора проб газа. При­ бор опускали в печь и поднимали с помощью электролебедки. Труба с термопарой свободно опускалась с шихтой и обеспечивала непре­ рывное измерение температуры; через трубу отбирали пробы газа с различных горизон­ тов печи; помещенные в корзинку материалы извлекали из печи и анализировали [92].

тием технологических показателей был исследован состав отходя­ щих газов и температура в шахте печи на двух горизонтах [931-

1 В работе принимали участие А. С. Бунтовников и М. С. Круглякова.

82

А Н А Л ИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ ПЛАВКИ НА ОБОГАЩЕННОМ КИСЛОРОДОМ ДУТЬЕ

колебалась в узких пределах (2,8—3 м). Характер теплообмена в печи мало зависел от изменения содержания кислорода в дутье. До глу­

Как видно из рис. 33, при воздушном дутье содержание СО по мере продвижения газов вверх до уровня 2 м повышалось, а содер­ жание СО а несколько уменьшалось, что свидетельствовало о про­ текании процесса восстановления С 0 2 І хотя и в небольшой степени. На более высоких горизонтах содержание СО снижалось, по-види­ мому, за счет восстановительных процессов при взаимодействии с шихтой.

При плавке с 30% 0 2 , начиная с уровня 0,7 м от плоскости фурм, где отбиралась первая проба газа, и далее вверх, наблюдалось су­ щественное снижение содержания СО и рост С 0 2 - Отсюда следует, что при плавке на обогащенном кислородом дутье зона, в которой протекает восстановление С 0 2 до СО, отсутствовала. Поскольку в от­ ходящих газах содержание С 0 2 было выше, чем на воздушном дутье, а содержание СО — ниже, исследование подтвердило более полное использование теплотворной способности кокса при плавке на обо­ гащенном кислородном дутье.

внутрь печи по направлению своего движения в плоскости фурм,, где развиваются процессы горения. Газы поднимаются вверх вдоль

газов близок к составу воздуха. На расстоянии 250 мм от стенки кессона содержание кислорода снизилось до 5%. Относительно высо­ кая концентрация углекислоты 9,6% и окиси углерода 12,8% (С0 2 :

(с содержанием 2% 0 2 ) , но анализы показывают, что она находилась выше 0,5 м от плоскости фурм.

Выше на уровне сыпи в отходящих газах оставалось менее 2% 0 2 > содержание С 0 2 и СО выравнивалось (С0 2 : СО = 1,05—0,83). В от­ дельных пробах отходящих газов, отобранных у стенки кессона,, отмечалось более высокое содержание кислорода, свидетельствовав­ шее о наличии продувов.

Приведенные анализы показали, что в близлежащем к кессонам вертикальном столбе шихты горение вверх было развито сравнительно далеко, а кислород дутья использовался весьма полно.

В следующем вертикальном столбе шихты, ограниченном расстоя­ нием от 250 до 500 мм от стенки кессона, в плоскости на расстоянии 0,5 м от фурм концентрация кислорода снижалась до 2,5%, а отно­ шение СО 2 : СО до 0,48. На уровне сыпи содержание кислорода не превышало 1%, а С 0 2 было выше, чем на нижнем горизонте. Таким образом, в этом вертикальном столбе кислородная зона горения со­ кращалась по высоте и ее граница была примерно на расстоянии 0,5 м от плоскости фурм, а восстановительная способность газов воз­ растала.

Далее к центру печи на уровне 0,5 м от плоскости фурм концен­ трация СО возросла с 18,5 до 21,5%, а на уровне сыпи снизилась до 14,7, содержание С 0 2 увеличилось и соотношение С 0 2 : СО составило 0,89. Снижение содержания СО может быть объяснено протеканием реакций восстановления окислов железа, разбавлением газов угле-

84

кислотой от разложения известняка, а также перемешиванием струи газов, проходящих вверх не строго вертикально.

Приведенные данные по газообразованию показывают, что реак­ ции восстановления С 0 2 углеродом в шахтной печи развиты в мень­

20\

\\

Обогащение дутья кислородом приводило к заметному повыше­ нию в кислородной зоне концентрации С 0 2 и снижению СО. Макси­ мальная концентрация С 0 2 имела место ближе к стенке кессона,, а граница кислородной зоны проявляла тенденцию к сокращению. На уровне сыпи содержание С 0 2 также было более высоким, чем на В О З Д У Ш Н О М дутье, а соотношение С 0 2 : СО увеличивалось до 0,90—1,81.

Повышение полноты сжигания топлива сопровождалось более высокими удельным проплавом агломерата и температурой выходив-

85

шего из печи шлака при снижении удельного расхода кокса в пол­ ном соответствии с закономерностями, установленными для горения твердого топлива в слое с одновременным плавлением шихты.

Режим дутья и явления передува

По мере обогащения дутья кислородом в большей части испытанных'режимов наблюдалось усиление настылеобразования и появление"зависаний шихты над фурмами. В поисках причин нестабиль­ ного хода печи было обра­ щено внимание на явление

передува.

Исследованиями шахт­ ной плавки на воздушном дутье на комбинате «Юж­ уралникель» ранее была установлена прямая про­ порциональность между расходом дутья и удель­ ным проплавом агломе­ рата; было также показано, что снижение расхода кок­ са приводит к повышению проплава [45, 95].

тают с повышенным давлением под колошником для увеличения ве­ сового количества вдуваемого воздуха.

Д. А. Диомидовский [99, с. 688] для условия, когда сила тяжести кусков шихты превышает динамическое давление восходящей струи газов, вывел уравнение для расчета предельного количества допусти­ мого дутья.

И. Д. Резник [100] показал, что при расходе воздушного дутья свыше 50—56 мъІ(мг • мин) при шахтной плавке окисленных никеле­ вых руд на печи сечением в области фурм 1,3 ж2 наступало явление передува. Это видно из рис. 35, на котором приведены показатели

86

восьми режимов плавки. При расходе воздуха меньше 50 м3І(м2 х X сутки) печь шла устойчиво. Попытки поднять уровень сыпи сверх 2,8 м или уменьшить расход кокса ниже 33% от массы агломерата неизменно приводили к образованию настылей и к зависаниям шихты. Избыток кокса сверх 34% не влиял на устойчивость хода

позволило вести плавку при заданном расходе дутья на пределе устойчивой работы.

При максимальном расходе дутья, равном 70 м3І(м2• мин), в ходе плавки образовывались большие настыли, имели место продувы и частые зависания; показатели плавки были низкие.

Как видно из рис. 35, увеличение расхода дутья с 40 до 56 м3І(м2 х X мин) не повышало полноту сгорания кокса до С 0 2 и не увеличи­ вало интенсивность его сжигания. При подаче воздуха свыше 56 м3І(м2 • мин) интенсивность сжигания кокса заметно уменьшалась, удельный проплав снижался, содержание никеля в шлаках повыша­ лось. Таким образом было зафиксировано максимальное количество

87

кислородной смеси, содержавшей около 30% 0 2 , сгорало 27 тІ(м2Х. X сутки) кокса. В газогенераторе на заводе Леуна при вдувании смесей кислорода с водяным паром или углекислым газом интенсив­

нению степени неравномерности распределения газов по сечению печи в связи с сокращением кислородной зоны горения.

Для изучения передува при обогащенном до 27% 0 2 и воздушном дутье был исследован состав газов и измерена температура в шахте

личие кислорода (на уровне 0,3 м от плоскости фурм было 13,7% 0 2 , на уровне 1,5 — в среднем 7,7%), тогда как при устойчивом ходе содержание кислорода в центре печи не превышало 0,9%. Темпера­ тура на уровне 0,3 м при передуве была равна 1650° С, а при устой­ чивом ходе печи 1440—1500° С. Анализ газов показал, что при ясно выраженном передуве имеет место проскок неиспользованного кисло­ рода дутья через шахту печи. Расчет подтвердил, что наличие не-

89