Влияние состава топливо-плавильных материалов на скорость восстановления Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНДМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА им. С. М. КИРОВА

Том 260 тот-

ВЛИЯНИЕ СОСТАВА ТОПЛИВО-ПЛАВИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА СКОРОСТЬ ВОССТАНОВЛЕНИЯ

В. С. АРХИПОВ, С. И. смольянинов

(Представлена научно-методическим семинаром химико-технологического факультета)

При изготовлении топливо-плавильных материалов (ТПМ) на основе торфа важное значение имеет выбор соотношения между рудной и торфяной составляющими не только с точки зрения прочности, но и с точки зрения восстановимости окислов железа.

При переработке ТПМ в шахтной печи можно выделить следующие пути восстановления:

1. Газами сгорания кокса (горновые газы).

2. Парогазовыми продуктами пиролиза торфа.

3. Твердым углеродом торфяного кокса.

В условиях шахтной печи могут одновременно действовать все три фактора, однако действие второго и третьего преимущественно ограничено вполне определенными зонами. Восстановление парогазовыми продуктами пиролиза протекает в верхней зоне печи, а восстановление твердым углеродом наиболее интенсивно происходит в зоне высоких температур, там, где процесс коксования уже завершен.

Введение торфа в шихту может вызвать следующие последствия в восстановлении:

Таблица 1

Характеристика шихтовых материалов

Технический анализ, % Химический состав, %

Материал Лс Снзп Реобщ 5Ю2 СаО А1203 п.п.п.

Кокс 10,6 1,7 87,7 0,6 5,3 0,6 2,3

Известняк 0,14 2,36 52,80 1,05 41,44

ТПМ I испытание 45,2 43,9 10,9 2,1,7 5,27 3,05 2,93

ТПМ II испытание 29,8 49,7 ?0,5 п,з 6,4 3,6 1,4

1. Отъем тепла в верхней зоне печи с охлаждением шахты и снижением скорости восстановления.

2. Повышение скорости восстановления за счет обогащения газа парогазовыми продуктами пиролиза торфа.

3. Повышение скорости восстановления в результате относительного повышения содержания торфяной составляющей в ТПМ [1].

Выяснение влияния состава ТПМ на восстановление железа явилось одной из задач, поставленных при испытании ТПМ на основе торфа в лабораторной шахтной печи объемом 200 л [2].

Таблица 2

Показатели режима

Испытание

Показатели I II

Продолжительность испытания час — мин 27—30 15-17

Кокс 1000 10Э0

Состав шихты, г ТПМ 650 2145

Известняк ПО 111

Расчетные коэффициенты кг\кг металла Расход кокса 6,99 5,86

Выход шлака 1,50 1,54

Основность тройного шлака 1,03 0,8

Дутье Расход, нмЦяас 91 69

Температура в кольцевом воздухопроводе, °С 400 638

Температура колошникового газа, °С 448 313

Интенсивность горения кокса в фурменной зоне, кг\л$'Час 186 154

Было проведено 2 испытания, в которых использовались ТПМ, изготовленные из магнетитового концентрата Абагурской аглофабрики и низинного торфа. В первом испытании использовались ТПМ с отношением нелетучего углерода к железу 0,5, во втором — 1,82 (табл. 1).

Применение кокса в шихте и его высокий расход на 1 кг металла вызваны большими теплопотерями печи. С точки зрения теплового режима условия восстановления благоприятнее в первом испытании. Это объясняется более высоким расходом кокса на 1 кг металла (табл. 2), повышенной интенсивностью хода печи и меньшим отъемом тепла в верхней зоне на коксование торфа. Показателем теплового состояния печи может служить температура колошникового газа, которая в первом испытании держалась на уровне 450°, а во втором постепенно снижалась и к концу плавки составляла 200°С.

Различия в составе газовой фазы незначительны: во втором испытании высокое содержание ТПМ в шихте (63%) приводит к появлению в газе водорода и метана (табл. 3).

Таблица 3

Средний состав газа по данным анализов на хроматографе ХЛ-3

Испытание СО со2 н2 СН4 о2

I 30,0 2,0 65,6 2,4

II 30,7 2,3 3,8 0,8 61,0 1,4

Результаты анализа (табл. 4) показывают значительную разницу в ходе восстановления. Если в первом испытании металлическое железо появляется в слое 900—800 мм над уровнем фурм, то во втором испытании в этом слое процесс восстановления уже завершен. Восстановление в первом испытании не удалось проследить до зоны фурм, так как

Таблица 4 Анализ тпм, извлеченных из печи

Слой шихты, мм над уровнем фурм I испытание II испытание

Ре об щ Ге 1 мет Реобщ Ге 1 смет

1500-1400 26,8 0,2 11,0 0,5

1400—1300 28,0 0,4 13,8 0,5

1300-1200 32,1 0,1 16,0 0,5

1200-1100 18,6 8,0

1100-1000 38,6 0,2 18,6 19,0

1000-900 42,5 0,1 20,9 20,6

900-800 40,0 1,7 21,8 17,5

800-700 40,4 3,5 24,5 20,6

700—600 41,0 4,8 26,2 21,3

600-500 40,4 5,6 27,2 24,5

500-400 24,7 22,2

400—300 38,6 27,3 24,0

300-200 32,1 27,8 25,7

200—100 29,8 28,7 25,3

100—0 41,2 ' 27,4 19,3

нижние слои шихты окислились при охлаждении, однако повышенное содержание железа в шлаках первой плавки (1,4—10,4%) по сравнению со второй (1,8—6,0%) свидетельствует о неполном восстановлении в первом испытаний.

Судя по зольности и выходу летучих (рис. 1,2), коксование заканчивается в слое 1000—900 мм. Таким образом, во втором испытании процессы коксования и восстановления завершаются одновременно, в первом же испытании восстановление продолжается и ниже зоны коксования, очевидно, вплоть до уровня фурм.

Таким образом, проведенные испытания позволяют совершенно определенно утверждать, что повышение содержания торфа в ТПМ значительно интенсифицирует восстановительные процессы, несмотря на снижение температуры шахты печи. Резкое различие в картине восста-

& ¡200

^/000 I

600 400 200

<4

•

N < \

о \ •

\

А <

\ « 1

\ э О Ч

30 40 50 60 70 80

зольность, %

Рис. 1. Изменение зольности ТПМ ;по [высоте печи: 1 — первое испытание, 2 — второе испытание

\t460 X

\

51200

э

$1000

§ воо

4

600 400

гоо

оХ

\ •

»

•

« » |

•

е 1

ю го зо 40 , потеря /гетумх, %

Рис. 2. Потеря летучих ТПМ по высоте -печи: 1 — первое испытание, 2 — второе испытание

новления в обоих испытаниях указывает на преобладающую роль торфа и продуктов его разложения как восстановителя и подчиненное значение обычного механизма восстановления в шахтных печах горновыми газами.

Выводы

1. Проведены металлургические испытания торфорудных формовок в крупной лабораторной шахтной печи.

2. Изучены процессы восстановления окислов железа в формовках с различным содержанием торфяной составляющей.

3. Показана резкая интенсификация реакций восстановления продуктами термического разложения торфа.

ЛИТЕРАТУРА

1. П. В. Гел ьд. Уси. химии, 26, стр. 1070—1083, 1957.

2. А. М. Чернышев и др. Новые методы подготовки топливных и топливно рудных материалов и их металлургическая переработка. ИГИ, т. 22, 1963.