CC BY
8
Ne 3, 2005 г.
85
, УДК 669.181.4
ОСНОВЫ КОМПЛЕКСНОГО ПОДХОДА ПРИ Ж ПОЛУЧЕНИИ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОЙ ■ ПРОДУКЦИИ ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ ЧЕРНОЙ Щ МЕТАЛЛУРГИИ
Яр Г.М. Никитин, А.Г Калиакпаров
'WÊÊê
ЩЁ Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова, I Аксуский завод ферросплавов АО «ТНК «Казхром»
Мащалада металлококс endipicindezi бай кен усацтарын igg§ • металлургияльщ ypdicmepze арналган жаца тотыкрыздандыргыш реагент ЩШ репйнде утилизациялаумен байланысты мэселглвр эцг'меленеЫ.
ЩШ в статье обсуждаются вопросы связанные с утилизацией богатой
ШС рудной мелочи при производстве металлококса как нового восстановительного реагента для металлургических процессов.
The article is discussed questions of utilization of rich ore smaïî things ff§£> by the production of metalcoke as new réduction reagent for metallurgical ¡¡¡gprocesses.
Щ По данным комитета геологии и охраны недр Министерства энергетики и минеральных ресурсов РК, объемы техногенного сырья составляют более 8 млрд. тонн отходов горнорудного производства, количество которых продолжает расти Скопившиеся за многие годы отходы горнометаллургического комплекса Республики Казахстан, на сегодняшний день представляют проблему как для предприятий добывающих и перерабатывающих минеральное сырье, так и для регионов их дислокации. Следует сказать и о топливно-энергетическом комплексе, который также вносит свою «лепту» в эту проблематику. В Казахстане известно более 300 месторождений и проявлений каменных и бурых углей. Из общих Дологических запасов Казахстана, порядка 70% составляют балансовые, прогнозные и кондиционные. В последние грды, огромный интерес представляют месторождения углей ранних стадий углефикации, к примеру такие месторождения как: Майкобе, Шубарколь, Борлы, Алаколь, Кара-Жыра и др.
Особенность современного этапа экономического развития Республики Казахстан, определяет проблем}' эффективного и рационального использования минерально-сырьевых ресурсов и, в том числе, ископаемого топлива.
Преобладающая часть балансовых и прогнозных запасов углей Казахстана, относится к числу некоксующихся. Для одного из основных потребителей твёрдого топлива черной металлургии, предпочтительны качественные, т.е. коксующиеся угли, запасы которых ограничены.
Бурые угли, как правило, характеризуются низким показателем толщины пластического слоя (у), высокой реакционной способностью, а также высоким содержанием летучих составляющих. В силу указанных факторов, бурые угли малопригодны для получения традиционного металлургического (доменного) кокса.
При термической обработке (пиролизе) угля, сопровождаемую удалением значительной части летучих веществ заметим, что коксовый остаток твердого топлива, по сути уже не рядовой уголь, а углеродистый материал с определен-; ными свойствами, который->как самостоятельное сырье, возможно использовать как присадку к шихте для того же коксования или же, в качестве альтернат тивного вида твердого восстановителя.
В связи с разработкой технологии производства углеродсодержащих матери-; алов (рудоугольные окатыши, брикеты и т.д.), и возрастающим интересом к процессам прямого получения металла, необходимы характеристики совместной термической обработки твердого топлива и оксидов металла (углетермическое, уг-леродотермическое восстановление). Само название процесса указывает на то, что в реакции участвует углерод топлива, через твердофазное взаимодействие с оксидами металла, что и определяет повышенную энергоемкость процесса. Ц При сравнительной оценке параметров углетермического восстановления оксидов железа, металлургическим коксом и углем с высоким содержанием] летучих компонентов установлена [1,2], высокая реакционная способность угля при относительно низких температурах (до 1050оС),
Летучая часть твердого топлива по данным хроматографического анали имеет высокий восстановительный потенциал, благодаря присутствию в ней СО СН4, С,^, Н2. Причем, СО и Н2 присутствуют в основной период процесса вое становления от 650 до 1050 °С. Следует отметить, что обычно процессы кокс вания (пиролиза) угля проводят в интервале температур от 20 °С до 1100 °С.
Для определения влияния летучих составляющих на восстановительные проц сы, проведены эксперименты совместной термической обработки бурого угля и о евдов железа в смешанном слое. Ниже приведены данные о количестве суммарно объема выделившегося газа в процессе углетермического восстановления оксид" железа углем из навески массой в Юг (табл. 1). Результаты говорят о том, что
удельный объем газа образовывается в интервале 650-1050 °С, при этом зо его неоднократно повышается и понижается (пульсации), что обусловле-*ом летучих и образованием газообразных продуктов реакции восстановле-§|акой пульсирующий нестационарный режим, оказывает благоприятное влия-1% способствует восстановительным процессам [3], при невысоких температурах. Таблица 1 -Объем (мл) газов в зависимости от температуры
Ш1|Щ£?С V, мл
СО СО СН4 #2
0,3 3,2 11,3 -
500 0,5 5,7 17,0 -
3,3 14,4 63,6 38,6
700 17,3 13,2 53,6 80,6
У 162,4 32,0 13,6 148,4
139,3 18,3 - 51,5
Щт 209,6 21,6 - 49,8
950 96,2 5,6 - 32,0
1000 147,3 5,0 - 19,0
1050 193,4 7,0 - 9,2
¡¡ЩС точки зрения адсорбционно-каталитической теории восстановления, опти-мшируется главным образом, внехлнедиффузионный лимитирующий фактор про-чему способствует уголь равномерно распределенный в объеме тонко-^дисперсного образца, выход летучих из которого обеспечивает беспрепятственный подвод газа, к поверхности реагирования. !| Для оценки доли участия летучих компонентов угля в процессе восстановле-щяг использован показатель степени превращения, в данном случае степень % восстановления, (Я), т.е.
«=А% а)
11;« / исх
Ц >х откуда доля участия летучих компонентов определялась, как
(2)
Цгде Ян - соответственно, достигнутые степень восстановления с участи-летучих и без них.
I I
С повышением температуры, \¥ в процессе углетермического восстановления оксидов железа снижается, так как, основная их часть уже удалена, а при I - 950 °С интенсивно развиваются процессы газификации углерода топлива.
Изложенное выше свидетельствует о том, что летучие компоненты бурого угля способствуют протеканию углетермического восстановления железа, значительно ускоряя взаимодействие оксидов с восстановителем (комбинированное восстановление). Средняя доля участия летучих в процессе углетермического восстановления составила 0,62, а достигнутые степень восстановления углем и коксом соответственно 93 и 35 %. Следовательно, при температуре 1050°С восстановление практически заканчивается в случае использования угля с повышенным содержанием летучих составляющих. Иначе говоря, металл из окисной формы переходит, либо в менее окисленную или в металлическую формы, т.е. предпочтительную для дальнейшей металлургической переработки.
Подобные результаты были получены при восстановлении железорудных материалов летучими продуктами термического разложения бурых углей [4], авторы которых высказали мнение о целесообразности сочетания процесса полукоксования угля с дополнительным пиролизом выделившихся летучих для повышения эффективности использования парогазовых продуктов при восстановлении железорудных материалов.
Очевидно, процессы восстановления тем эффективнее, чем больше развита реакционная поверхность, что в свою очередь достигается использованием смеси тонкодисперсного рудного сырья и восстановителя. Эта идея реализована в технологиях получения рудоугольных материалов (РУМ). Отметим, что восстановление газовой смеськз менее энергоемко [5], в отличие от твердофазного восстановления. В этом смысле, экзотермическая природа выхода летучих и участие их в восстановительной реакции, в целом ослабляет энергоемкость процесса, практически сохраняя углерод твердого топлива. Наличие в Казахстане углей ранних стадии углефикации и больших отвалов тонкодисперсных руд, поставила перед металлургами и обогатителями задачу поиска путей со~ вместного и эффективного их использования в промышленном производстве.
Одним из путей решения данной проблемы является совместная термическая обработка угольно-рудной смеси с получением металл содержащего угольного спека - металлококс, главным предназначением которого является - твердый восстановитель для производства ферросплавов или топливо для аглодо-менного и литейных производств. Данный подход предусматривает частичную замену доли угольной шихты для коксования смесью рудной мелочи и углей ранних стадий зрелости. В процессе совместного их коксования развитая реакционная поверхность обеспечивает благоприятные условия для максимального
№ 3, 2005 г.
89
использования восстановительной энергии летучих составляющих в пирометал-лургических процессах. Полученный продукт в зависимости от рудной составляющей (марганцевая, хромитовая, железная) имеет достаточную прочность и может эффективно использоваться в электротермических процессах.
Попытка реализовать данную идею в железококсе, по разным причинам не осуществилась, поскольку железококс рассматривался прежде всего как топливо для доменного процесса. В настоящее время при бурном развитии как доменного производства, так и ферросплавного, считаем необходимым реанимировать данную идею и рассматривать металлококс, прежде всего как твердый восстановитель для ферросплавных процессов.
Промышленное освоение данного способа обеспечит снижение себестоимости металлургического сырья, за счет вовлечения в металлургический передел некондиционных руд и молодых углей, расширение сырьевых источников, а также ослабление дефицита в качественных видах твердого топлива. Последнее, позволяет считать возможным и целесообразным, совмещение пиролиза углей и восстановительных процессов для пылеватых руд, с получением металлсодержащего углеродистого материала - металлококса.
ЛИТЕРАТУРА
1. Калиакпаров А.Г., Никитин Г.М., Махметов М.Ж. Углетермическое восстановление железа из гематита. // Комплексное использование минерального сырья. - 1993. - №3. - С.38-42.
2. Калиакпаров А.Г., Никитин Г.М. Влияние летучих твердого топлива на процесс твердофазного восстановления железа. // Комплексное использование минерального сырья. - 1994. -№2. - С.84-86.
3. Явойский A.B., Жуховицкий A.A., Григорян В.А. Восстановление в пульса-ционном режиме. // Известие вузов. Черная металлургия. -1970. - №9. - С. 13-16.
4. Нижегородов Т.Е., Симонов В.К., Праздник А.Н. Восстановление железорудных материалов летучими продуктами термического разложения бурых углей.// Физико-химия прямого получения железа. - М.: Наука, 1977. - С. 104-108.
5. Готлиб А.Д. Доменный процесс. М.: Металлургия. 1966. - 504 с.
