Магнетизирующий обжиг железо графитовых отходов в плотном движущемся слое Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ВЕСТНИК

ПРИАЗОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИ TETA

1999г

Вып.№8

УДК 669.046

Маслов В.АЛ Трофимова Л.А.2, Пустовалов Ю.Г1.!

МАГНЕТИЗИРУЮЩИЙ ОБЖИГ ЖЕЛЕЗО ГРАФИ I ОВЫХ ОТХОДОВ В ПЛОТНОМ ДВИЖУЩЕМСЯ СЛОЕ

В работе исследовано изменение удельной намагниченности насыщения, сг* желе-зографитовых отходов металлургического производство при магнетизирующем обжиге их в реакторе с ппотнодвижущимся слоем. Найдена математическая зависимость величины </ж от времени пребывания ЖГО в терлюстабильной зоне реактора при 620-650 °С.

В процессе переработки железору дного сырья в чугун, а затем ~ в сталь интенсивно образуются железографитовые отходы (ЖГО). Источниками образования ЖГО являются участки перелива жидкого чугуна в миксерных отделениях, участки перелива и продувки в отделениях десульфурации чугуна на металлургических предприятия'; [1,2 |. ЖГО представляют собой смесь частиц чугуна, оксидов железа, шлака и графита. Из ЖГО при специальной обработке выделяют товарный графит [1]. Однако, как показали исследования [3], после определенной обработки из ЖГО металлургического производства можно получить специальные графиты магнитные, обладающие уникальным комплексом электрофизических свойств.

Основным параметром, характеризующим магнитные свойства дисперсных материалов

Г"'

является удельная намагниченность насыщения, Из входящих в состав ЖГО углерода, остатков металлического железа, вюстита, гематита, магнетита уровень магнитных свойств обусловливает, главным образом, магнетит ^м/ы). ^ исходном состоянии материал обладает

недостаточно высокой удельной намагниченностью насыщения!'^ ^ Ам/кг ), чт0 не

позволяет использовать его в качестве специальных материалов с магнитными свойствами.

Одним из эффективных средств повышения магнитных; свойств является магнетизирующий обжиг. Так как исходный материал содержит все оксиды железа, то для переработки этого материала необходимо проведение комплекса окислительно-восстановительных процессов, которые протекают при избытке углерода. В результате их осуществления протекает совокуп ность окислительно-восстановительных реакций: 1) окисление остатков металлического железа до вюстита; 2) окисление вюстита до магнетита; 3) восстановление гематита до магнетита.

Целью настоящей работы является исследование процесс;;! магнетизирующего обжига ЖГО в плотном движущемся слое В качестве обрабатываемого материала использовали ЖГО миксерного отделения МК "А'зовсталь". содержащие 43 % углерода, ГеО, ГеаОЗ Рс,,.. , дисперсностью менее 400 мкм =22Д6 Ам/кг.

В качестве рабочей температуры была выбрана температура 650 °С. Выбор объясняется тем, что в системе 'Те - О - С" при этой температуре образуется газовая атмосфера, в которой возможно существование только магнетита. Полагали, что наличие углерода в обрабатываемом материале и вносимый с материалом в реакционную зону кислород воздуха создают в ней исходную, требуемую для протекания магнетизируещего обжига, атмосферу СО - СО?.

Была смонтирована лабораторная установка, представляющая собой вертикально установленную электропечь, внутри которой находится кварцевый реактор. Длина реактора превышает длину печи. Под нижним срезом реактора установлено разгрузочное устройство, представляющее собой тарельчатый питатель, приводимый в движение электродвигателем Зазор между тарелкой и срезом реактора позволяет непрерывно разгружать обработанный

1 ПГТУ. д-р техн. наук, проф

2 ПГ'ТУ. ассистент

3 ПГТУ. соискатель

материал и переносить его в приемник. На верхней части реактора, выступающей над печыо, имеются метки, позволяющие контролировать скорость продвижения материала через реакционную зону. Сверху в реактор введена термопара, которую можно перемещать вдоль всего реактора. Уплотнение реакционной зоны осуществляется за счет столба материала ниже н выше реакционной зоны

Эксперимент проводили следующим образом. В реактор засыпали материал, подлежащий обработке. Печь выводили на изотермический режим, а затеем начинали разгрузку реактора, периодически добавляя в верхнюю часть новые порции материала. Обработанный в печи материал подвергали магнитному анализу по известной методике | Т|.

Исследование проводилось при скоростях движения малериала 0,5 и 1,0 см/мин. Термопара при этом опускалась вдоль реактора вместе с материалом, что позволяло контролировать температуру материала в различных зонах реактора (рис. 1).

% %

И

м

V и Р Л

ь

о о

Я

(А

2100

1800

1500

1200

600

300 -

200

300

600

400 500 Температура Ъ , °С Рис.1 - Распределение температуры материала в печи ■ - У = 1,0 см/мин; х - V = 0,5 см/мин; * - V = 0.

700

В ходе экспериментов было установлено, что протяженность термостабильной зоны реактора, т.е. той. в которой материал имел темпгратуру 620 - 650 °С, изменялась в зависимости от скорости движения материала.

Так, при скорости движения. V, 1 см/мин ее протяженность была. - 700мм; при скорости движения. V, 0,5 см/мин -660 мм, а в случае, когда материал не перемешался, т.е. У-=0. протяженность - 520 мм. В первом случае материал проходил изотермическое расстояние за 70 мин, во лтором - за 132 мин. Обращает на себя внимание также то. что с увеличением скорости термостабильная зона смещается к низу печи по ходу движения материала. Результаты магнитного анализа, полученного продукта представлены на рис.2. Зависимость величины а, от времени прохождения материалом термостабильной зоны, может быть, описана уравнением вида:

<тл. = кт + Ь,

где значения коэффициентов к и Ь, найденные расчетным путем равны:

(1)

к =0,16; Ь =22,16.

Анализ рис.2 и уравнения (1) показывает, что при условиях эксперимента, магнетизирующий обхшг позволяет повысить величину 5 по сравнению с исходной примерно в 2 раза,

т.е. с 22,16 до 43,75 Ам2/кг. Так как удельная намагниченность насыщения пропорциональна доле магнитной составляющей материала, то можно спрогнозировать время технологического процесса, которое

обеспечит заданную величину ст, при данном исходном химическом со

0S, ДчАкг 45

40

35

30

25

20

Так, например, при 43 % углерода и суммарном содержании примесей 6 % в исходных

ЖГО максимальная теоретическая величина при степени превращения близкой 100 % ( 47,84 А м2/кг ) может быть получена при магнетизирующем обжиге в плотном движущемся слое при 620 - 650 "С примерно за 160 мин. ( см. рис.2.).

--- --- ---- Отах

/

У |/1

у /1

¿4 ---. - —__ Оисх --- —...

30 60 Бремя выдержки,

90 , мин

120

Выводы

Проведенное исследование показало, что магнегширующий обжиг в плотном движущемся слое нвляется эффективным методом повышения магнитных свойств ЖГО и может быть проведен в производственных условиях й вертикальной муфельной печи.

Рис.2 - Зависимость удельной намагниченности насыщения.а, , от времени магнетизирующей обработки^.

" - экспериментальные точки;

• расчетная точка

перечень ссылок

1. Гуров НИ., Рыболов В.А., Зинякин КМ. Разработка технологии переработки графитосодер-

жащих металлоотходов на металлургических заводах // Заготовка и переработка вторичных черных металлов. - М.. 1980. - Вып.8,- С. 12 - 15.

2. Доценко A.M., Левитасов Я.М., Старк С.Б. Пылегазовые выбросы миксеров .металлургиче-

ских заводов//' Промышленная энергетика. - 1981 -№10,- С 8-11. 1. Магнитный композиционный материал из отходов производства / В.А.Маслов, К А. Капустин, Т.Ф.Масловаи др. // Порошковые магнитные материалы. - К.,1987.-С.29- 33.

3. Тулъчинский Л.Н., Дубров А..Н., Крымский МД. Определение магнитных характеристик порошков в устройствах с замкнутым магнитопроводом // Проблемы магнитных измерений и магнитоизмерительной аппаратуры. - J1., 1983. - С. 132 - 134

Маслов Владимир Александрович. Д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой теплофизики и теплоэнергетики металлургического производства, окончил Ждановский металлургический институт в 1970 году. Основные направления научных исследований ~ исследование и разработки технологий по переработке ЖГО металлзргического производства.

Трофимова Лариса Алексеевна. Ассистент кафедры литейного производства черных и цветных металлов, окончила Ждановский металлургический институт в 1984 году. Основные направления научных исследований - разработка технологии мапй глазирующего обжига в плотном движущемся слое.

Пустовалов Юрий Пантелеевич. Соискатель, окончил Донецкий государственный университет в 1986 году. Основные направления научных исследований - разработка технологии получения термически расширенного графита из ЖГО металлургического производства.