BCCT -

Няк

(11,6 кг)

Кок — - 0,37 — 0,54 1,19 0,61 0,26 0,12 — 0,15 0,004

0,07 — 0,10 0,14 0,05 6,03 0,30 0,02 — 0,005

Итого 73,81 31,0 71,02 6,99 2,68 8,93 1,27 0,13 0,15 0,079 Получено:

Окатыши 59,06 73,81 18,96 6,99 2,68 8,93 1,27 0,12 0,10 0,079

Металли-

Эованные

Расчет количества компонентов, вносимых шихтой, опреде­ляется следующим образом.

Железорудный концентрат вносит: Feo6ui = 113 • 0,6493 = s 73,37 кг; Fe = 113 • 0,2743 = 31 кг и т. д.

Невосстановленное железо в металлизованных окатышах находится в виде FeO, общее количество которого в шихте

Составляет 71,02 • 0,9+ 31,0 = 94,92 кг. При Tj =0,8

Fe

Количество металлического железа в окатышах составит 94,92(56/72) • 0,8 = 59,06 кг, а количество ^ FeO = = (73,81 — 59,06X72/56) = 18,96 кг.

Глава 6. ПОЛУЧЕНИЕ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА

Конечной целью металлургического производства является получение жидкого металла заданного состава. В настоящее время она достигается, главным образом, путем использова­ния двухстадийной схемы: доменный процесс — сталеплавиль­ный передел. Разработка и освоение процессов получения губчатого и кричного железа позволяет устранить одно из звеньев этой схемы — доменный процесс и таким образом снизить потребность в дорогостоящем и дефицитном метал­лургическом коксе, существенно уменьшить капитальные затраты при получении жидкой стали, повысить ее качество.

Однако это не устраняет основного недостатка — двух- стадийности при производстве жидкой стали. Ведь губчатое железо и крица представляют собой лишь вид металлической Шихты для выплавки чугуна и стали в агрегатах различного типа. Это противоречие можно устранить при высокотемпера­турном восстановлении железной руды, когда процессы вос­становления и плавления осуществляются в одном агрегате (одностадийный процесс), либо в нескольких, работающих одновременно в единой технологической цепи (многоступен­чатые процессы).

Процессы прямого получения жидкого металла, осуществ­ляемые при высоких температурах, отличаются большой ско­ростью реакций восстановления, а следовательно, и высокой Удельной производительностью агрегатов. Характерной осо­бенностью является возможность применения некоксующихся, недефицитных углей, других видов энергетических топлив, Важным преимуществом восстановительной плавки являет^ возможность использования интенсивных источников тепла например, энергии электродуговых генераторов.

К настоящему времени в нашей стране и за рубежом пред. ложено много вариантов исполнения высокотемпературных восстановительных процессов, осуществляемых в агрегатах различного типа. Однако большинство из них не вышли из стадии лабораторных или полупромышленных испытаний. Основными недостатками являются низкая стойкость футеров — ки агрегатов, ненадежность управления технологическим ре­жимом, отсутствие необходимой техники для ввода в процесс тепла и восстановителей. Тем не менее, возрастающий инте­рес к бескоксовой металлургии в целом и заманчивым воз­можностям восстановительной плавки в частности, требуют рассмотрения и систематизации известных технологических схем прямого получения жидкого металла.

Очевидно, что высокотемпературный процесс прямого по­лучения жидкого металла может осуществляться по двум схе­мам: восстановление оксидов железа протекает в твердой фазе и завершается до начала плавления железорудных мате­риалов и флюса; восстановлению оксидов железа предшест­вует плавление материалов, т. е. железо восстанавливается из расплава.

Первая схема аналогична процессу получения губчатого железа и отличается от последнего более высоким уровнем температур и качества подготовки шихты для восстановле­ния. Однако температура начала плавления восстанавливае­мого материала ограничивает температурный уровень этих процессов на стадии предварительного восстановления, и следовательно, их удельную производительность. В связи с этим в последние годы предпочтение отдается разработке процессов по второй схеме, которая предполагает восста­новление оксидов железа из рудного расплава путем подачи в него газообразного или твердого восстановителя.

Где 0,9(144/160) — отношение масс FeO и Fe2O3. Баланс железа шихты

+

+ Zj 1 — Ia1(Fe2O3)2 + i)Me^2[0,9(Fe2O3)z + (FeO)z +

+ kSz + (п. п.п.)2 + (A/ZnMny} + i){l - Ia1(Fe2O3)15 + + Пмет(«2(0.9(ре203)0 + (FeO)0 + kSD + (п. п.п.)^ +

Где к - степень удаления серы при металлизации; М_ —

ZnlMn

Доля удаляющихся при обжиге соединений цинка, марганца и др.

Баланс основных и кислых оксидов шихты

Обозначим B= * Мв°— — основность

SiO2 + Al2O3

Металлизованного продукта;

Xl(CaO)x + (MgO)*] + Kf(CaO)y + (MgO)y] + —————————

ArKSiO2)* + (AI2O3)a-] + y[(Si02)y + (Al2O3)y] + + ZI(CaO)z + (MgO)z] + D [(CaO)0 + (MgO2)i,] + Zf(SiO2)z + (Al2O3)z] + Df(SiO2)0 + (Al2O3)0] ‘

Дополнительные уравнения

При использовании в шихте двух видов железорудного Концентрата и необходимости получения готовых окатышей с заранее заданным содержанием железа или марганца состав­ляют дополнительные уравнения— по железу и марганцу:

(Fe)0K = [X(Fe)i - + y(Fe)y + Z(Fe)z + D(Fe)0 +W(Fe)w, + + IZ(Fe)u];

(Mh)ok = [X(Mn)x + Y(Mn)y + Z(Mn)z + ZJ(Mn)0 + w(mnv + + U(Un)u],

^956 257 Где W, U — расходы второго вида железорудного концентрата из марганцевой руды, кг.

Для определения X, Y, Z, W, U нужно решать систему Из пяти уравнений.

Пример расчета (расчет ведут на 100 кг металлизованного продукта)

Химический состав компонентов шихты (%):

Мате — Feo6 FeO Fe2O3 SiO2 Al2O3 CaO MgO SO3 P2O5 n. n.n. So6 Снел V риалы

Желе- 64,93 27,43 62,28 5,01 1,79 2,34 0,75 0,1 0,06 0,24 0,04 —————————

?оруд­ный кон­цент­рат

Кок — 1,96 — 2,80 6,22 3,20 1,36 0,64 — 0,02 — 0,77* 83,89 1,10

Совая

Мелочь

Из — 0,57 — 0,82 1,18 0,40 52,0 2,60 0,2 0,04 42,76 0,016 ————————————

Вестняк

Бенто- 10,5 — 15,0 48,0 11,0 0,80 4,00 — - 21Д0 ———————————————-

Нит

Ограничения серы.

Степень металлизации 7}Дет = 0,80.

Степень удаления серы к = 0,3.

Содержание остаточного углерода 1,0 %.

Расход бентонита 1 кг/100 кг металлизованных окатышей.

Основность окатышей (CaO + MgO): (SiO2 + AI2O3) = 1,0.

Составление и решение уравнений Баланс нелетучего углерода:

100 { ‘ 100

ЖГо,9 — Ц&- + -^JLl + у[0,0625 L loo юо J L

+ 0,8 • 0,139 • 0,9 ] + Z [о,0625 ^ 258

+ 1 • 0,0625 jTTT + 100

+ 0,8 . 0,139 • 0,9 + 1,0;

0.8389У = 0,132* + 0,0046У + 0.0013Z +. 1,024; -0,132* + 0.8343У — 0.0013Z = 1,024.

Баланс железа окатышей:

X[l — 0,1625 + 0,8 • 0,361(0,9 j^f — +

27,43 > 0,04 0,24 1

+ + °’3 100 + 100 J +

+ 0,8 • 0,139 • 0,9

+ у{1 — 0,1625 -^g — + 0,8 • 0,361 • 0,9 -^g — +

100

+ 0,8 . 0,361 . 0,9 Ag — + 0,3 JijgS — + -

+

(o. l625 ^ + 0,8-0,361 X

Х 0,9 — ISifi. + = 100;

0,6552* + 0.975У + 0,569Z = 99,275. Баланс основных и кислых оксидов:

10 _ АГ(2,34 + 0,75) + У(1,36 + 0,64) + 2(52,0 + 2,60) + ‘ Х(5,01 + 1,79) + К(6,22 + 3,20) + 2(1,18 + 0,40) +

0(0.80 + 4,0) . + 1,0(48 + 11,0) ‘

259

А

6,8* + 9,42 Y + I, SSZ + 59 = 3,09* + 2 У + 54, SZ + 4,8;

3,71* + 7,42У — 53,02Z + 54,2 = 0.

Решая три уравнения, получили

-0,132* + 0.8343У — 0.0013Z = 1,024; 0,6552* + 0,975У + 0,5690Z = 99,275; 3,71* + 7,42У — 53.02Z + 54,2 = 0,

В результате чего > ,

. ‘ T

X = ИЗ кг; ;

У = 19,12 кг; Z = 11,6 кг.

Состав металлизованных окатышей, кг/100 кг:

Мате — FeMeT Feogul FeO Fe2O3SiO2 Al2O3CaO MgOSO3 S P2O5 риалы

Затра­чено: v>> желе — - 73,37 31,0 70,38 5,66 2,02 2,64 0,85 0,11 — 0,07 зоруд-

НЫЙ 1

KOH — ; ‘ ;

Цент — рат

(113 кг)

Совая мелочь (19,2 кг) из — —

Ri = OiZOui = 0,5С02/(С02 + O1SCO); откуда С0/С02 = (0,5 -

При Ri = 0,2СО/СО2 = 3; при Д, = 0,15СО/СО2 = 4,6. Таким образом, в большинстве случаев СО : CO2 = 3+4,6.

Летучие вещества твердого топлива

При использовании углей, богатых летучими веществами (бурые угли, буроугольный полукокс и пр.), следует, исхо­дя из проектируемой технологии, определить использование их в качестве восстановителя. При этом надо иметь в виду, что если летучие выделяются при низких температурах (ни­же 300—400 0C), их участием в восстановительном процессе можно пренебречь. Это предполагают при сдвиге области выделения летучих в район более высоких температур (500-700 °С) и при металлизации на конвейерной машине. В указанном диапазоне температур в слой подают теплоноси­тель достаточно высокого окислительного потенциала, кото­рый подавляет восстановительные возможности летучих. В отдельных благоприятных случаях можно допустить восста­новление летучими веществами твердого топлива некоторого количества Fe2O3 до FeO.

Поведение попутных элементов,„ v.»,

При металлизации рудоугольных окатышей обычно прини­мают: степень восстановления оксида цинка и перевода в газовую фазу металлического цинка 80—100 %; степень уда" ления мышьяка в виде As2O3 90—100%; степень восстановле — 254 ния меди, никеля, кобальта 100; оксиды марганца полностью восстанавливаются до MnO; степень удаления серы 30-50%; хром, ванадий восстанавливаются до низших оксидов; титан, фосфор, кремний не восстанавливаются.

Составление балансовых уравнений

Определение относительных массовых потерь рудоугольных окатышей при восстановлении Оксидов железа углеродом

При С0/С02 = 4 можно записать восстановление оксидов железа твердым углеродом следующим образом:

6Fe203 + 5С = 12FeO + 4СО + CO2; 12FeO + IOC = 12Fe + 8СО + 2СОг;

6Fe203 + 15С = 12Fe + 12CO + 3C02.

При этом предполагают, что 1/5 часть кислорода на обеих стадиях реакции отнимает продукт прямого восстанов­ления — монооксид углерода. Поэтому вторую реакцию можно записать, как

IOFeO + IOC = IOFe + ЮСО; 2FeO + 2СО = 2Fe + 2СО,;

L2FeO + IOC = 12Fe + 8CO + 2СОг.

Потеря массы смеси углерода и оксида железа при вое — становлении Fe2O3 до FeO (кг/кг Fe2O3): 1

«I = (4 • 28 + 44): (б • 160) = 0,1625.

Потеря массы смеси углерода и FeO при воссхановлекии FeO до Fe:

«г = (8 • 28 + 2 • 44)/(12 • 72) = 0,361.

Расход углерода при восстановлении 1 кг Fe2O3 до FeO:

- 60/(6 • 160) = 0,0625 кг С/кг Fe2O3.

Расход углерода при восстановлении 1 кг FeO до Fe: Ъг = 120/(12 • 72) = 0,139 кг С/кг FeO. Баланс нелетучего углерода шихты

Обозначим: X— расход железорудной смеси, кг/100 кг металлизованного продукта; Y — расход твердого восстано­вителя, кг/100 кг металлизованного продукта; Z — расход флюса, кг/100 кг металлизованного продукта; D — расход добавок, кг/100 кг металлизованного продукта; Fe2O3; FeO и т. д. — содержание соответствующих соединений и элемен­тов в компонентах шихты, доли единицы; Cocr — остаточное содержание углерода в металлизованном продукте, кг/100 кг металлизованных окатышей; Снел — содержание нелетучего углерода в твердом восстановителе, доли единицы.

1 ….

15

11

3-1 …………………………………

1 ,

22 <

И

1-0 …………………………………

9

23

30

Степень восстановления, %

67 H

51

71

Восстановимость металлизованных окатышей-спеков полу­чилась промежуточной между ее значением для агломерата, в образовании которого значительная роль принадлежит жидкой фазе, и для окатышей ССГОК, полученных без заметного участия жидкой фазы. Разрушаемость спеков в процессе вос — 252 становления значительно меньше, чем у агломерата и обыч­ных окатышей. Характер разрушения также различен. Окатыши разрушаются с образованием больших количеств тонкой пыли (<1мм). Агломерат дает меньше тонкой пыли, сумма мелких фракций 5—0 мм после восстановления в нем получается такой же, как у окатышей (50%). Доля этих фракций в спе — ках почти в пять раз меньше.

Использование металлизованного спека в доменных печах обеспечит более высокую газопроницаемость столба шихтовых материалов, чем при работе на агломерате и обычных окаты­шах, ввиду большей прочности спека при восстановлении. Это особенно важно для мощных доменных печей. Для успеш­ной реализации процесса металлизации рудоугольных окаты­шей в промышленном масштабе необходимо решить ряд проб­лем, таких как герметизация обжиговой машины, создание регулируемой атмосферы (имеются разработки ВНИИМТ), воз­можность охлаждения металлизованного продукта, интенсифи­кации процесса металлизации для повышения производитель­ности установки и снижения затрат.

Расчет расхода компонентов при получении металлизованных окатышей из рудоугольной шихты

Шихта для получения рудоугольных окатышей состоит из железорудной части, твердого восстановителя, флюса и раз­личных добавок (связующее вещество, возврат и пр.). Рас­чет предполагает возможность определения расхода всех компонентов шихты. Однако, как показала практика, исполь­зование добавок, их количество определяется не требова­ниями технологического процесса, а другими факторами — регулированием свойств промежуточной продукции, количест­вом поступающих извне отходов и т. д. Поэтому целесообраз­нее задаваться в расчете определенным расходом добавочных компонентов.

Исходные данные. •

Степень металлизации продукта "¦¦"* ?

В общем случае возможно получение продукта с широким Диапазоном колебаний степени металлизации (0-95 %). Ее

253

Выбор определяют, исходя из конкретных условий (тип агре­гата, пути использования продукта и т. д.).

Развитие прямого и непрямого восстановления

Опыты металлизации рудоугольных окатышей на конвейер­ных машинах показали, что 15—20% кислородной шихты отни­мается газом, остальное твердым углеродом, поэтому коли­чество CO2 в отходящем газе чаще всего составляет:

2.Медленное развитие процесса восстановления при сравнительно умеренных температурах (1100-1150 °С), обусловленное наличием градиента температур по высоте слоя окатышей, способствует образованию большого коли­чества монооксида железа, вследствие чего образуется расплав. В этом случае оплавление предшествует металли­зации и задерживает ее ход. Превышение необходимого вре­мени сушки и подогрева на обжиговой машине AK "Тульчер — мет" дополнительно увеличивало вероятность оплавления и спекания.

3.Вытекание железистого расплава из металлизованного образца, обусловленное спеканием частиц металлического железа и низкой адгезией расплава к металлу и наиболее резко проявляющееся при достижении высоких степеней ме­таллизации и при заметном содержании пустой породы.

Спекание в определенной степени зависит и от количест­ва пустой породы. Металлизация бедных железом материалов должна сопровождаться образованием большего количества расплава.

Хотя тенденция к спеканию проявляется весьма четко, этот процесс не следует считать неизбежным. Опыты на обжиговой машине AK "Тулачермет" с малой продолжитель­ностью обжига и низкой высотой слоя не привели к образо­ванию спеков. Быстрый нагрев окатышей до высокой темпера­туры, возможный в тонком слое, обусловливает высокую ско­рость металлизации. Отсутствие существенного температур­ного градиента, вызывающего различия в ходе процесса Металлизации по высоте и обусловливающего возможность вторичного окисления, позволило получить отдельные грану­лы без их заметного спекания. Однако подобный режим про­цесса связан с малой производительностью и низкой эконо­мической эффективностью.

В зависимости от условий процесса спеки могут иметь Различную структуру. Чрезмерное развитие вторичного окис­ления приводит даже к получению монолита — сырья, исполь­зование которого очень усложнено (выход оборудования из строя при этом тоже получается повышенным). Вытекание жидкости из высокометаллизованных окатышей ввиду слабого смачивания расплавом твердой фазы и малого количества расплава приводит к образованию очень слабых и легко рас­сыпающихся спеков. Однако такие спеки могут образоваться лишь при использовании суперконцентратов с небольшим со­держанием пустой породы и при значительной затрате време­ни на процесс, что возможно только при получении сырья для сталеплавильных печей.

При соответствующем режиме обжига получающиеся метал — лизованные спеки имеют высокую прочность, пористость и восстановимость. По структуре они напоминают аглоспек. Основным скрепляющим элементом в них является силикатная связка. Получение спеков значительно облегчает условия процесса и, что немаловажно, увеличивает производитель­ность установки вследствие уменьшения потерь железа.

Металлизованный на 40 % спек, полученный на обжиговой машине AK "Тулачермет", обладает высокими металлургичес­кими свойствами: пористость 40-50 %, барабанная проба 6—10 %; содержание фракции 5—0 мм после четырехкратного сбрасывания с высоты 1,8 м в нем составляет всего 4%. Поведение спека, металлизованного на 42 % (МС), в сравне­нии с обычными окатышами Соколовско-Сарбайского ГОК (О) н агломератом (А) из высокогорской руды в процессе их вос­становления, было изучено в ЦНИИЧМ на установке Линдера: