Файл: Циклонная плавка. (Теоретические основы, технология и аппаратурное оформление).pdf

Степень восстановления окислов железа до FeO в зависимости от ре­ жима работы циклона составляла 22—28%.

Последующей продувкой расплава в конвертере удавалось вос­ становить 95 % и более введенного железа.

Полученный чугун отличается чистотой по содержанию фос­ фора, кремния и магния, что позволяет упразднить большую часть операций рафинирования при последующих переделах чугу­ на в сталь.

Ц и к л о н н о-в и х р е в о й с п о с о б . Одной из разновидностей аппаратурного оформления частичного восстановления железной ру­ ды является восстановительный обжиг руды в вихревой камере, где обеспечиваются необходимые для интенсификации процесса усло­ вия — наиболее полное использование в диффузном режиме реаги­ рующей поверхности материалов и высокие скорости рабочих газов относительно обжигаемых частиц [4]. Этот вариант обжигового аппа­ рата имеет благоприятные перспективы для руд, находящихся в при­ роде в диспергированном состоянии, например, солитовых бурых железняков Лисаковского месторождения, которые представлены преимущественно классом 0,25—1 мм.

Исследования по восстановительному обжигу лисаковских руд проводились [5] на стендовой вихревой установке, состоящей из си­ стемы подачи руды, вихревой камеры диаметром 205 мм, длиной 1300 мм, циклона-отделителя и печи для сжигания коксового газа. Раскаленные газы из печи сжигания вдуваются в вихревую камеру тангенциальными соплами, расположенными в шахматном порядке по всей длине камеры. Подаваемая руда под воздействием закручи­ вающего газового потока после короткого вращательно-поступатель­ ного движения вдоль оси камеры отбрасывается на периферию и про­ должает спиральное движение в пристенном пограничном слое в сто­ рону выхода. Пройдя вихревую камеру, поток газа и руды поступает в циклон-отделитель, после чего обожженная руда оседает в бак с во­ дой, а газы выбрасываются в атмосферу. Производительность установ­ ки составляла около 150 кг руды в час. Максимально достигнутая при температуре обжига 950° степень восстановления РегОз до Рез04 42%.

ОКИСЛИТЕЛЬНАЯ ЦИКЛОННАЯ ПЛАВКА

Обжиг серного сырья для получения сернистого газа — важней­ шее звено производства серной кислоты.

Перспективы повышения технологической и энергетической эф­ фективности процесса обжига серного сырья открываются при высо­

352

стендовой установке МЭИ с циклоном диаметром 0,4 т и высотой 1,38 м производительностью колчедана 2—2,5 т/сутки [6]. Колче­ дан с первичным воздухом вводился в камеру через вертикальную турбулентную горелку со скоростью 5—6 м/сек. Вторичный воздух подводился тангенциально по двум соплам со скоростью 9—16 м/сек.

Газ и жидкий огарок с температурой 1350—1400° выводились через летку в днище камеры.

Наличие в исходном сырье достаточного количества кремнезема (не менее 10%) обеспечивает получение высокого содержания закиси железа и образование легкоплавкого огарка. Огарок после циклон­ ной установки не содержит FeS2, Fe20 3 и сульфидной серы. Преобла­ дающий окисел железа в огарках FeO, а суммарное содержание железа 50—55%. Остаток серы в огарке (в основном в виде FeS) составлял 1,5% и менее. Полученные высокие показатели (произво­ дительность 10—11 т/мг ■сутки, концентрация S02 в обжиговом газе 12—14% при колебаниях серы в огарке в среднем в пределах 0,5— 2%, к. п. д. улавливания огарка до 90%) позволили разработать схему промышленной энерготехнологической обжиговой установки произ­ водительностью 70—80 т/сутки. Установка состояла из вертикальной циклонной камеры (первоначально футерованной хромомагнезитом, в последствии замененной гарниссажной футеровкой с принудитель­ ным охлаждением), экранного парового котла на давление 40 атм и рекуператора для нагрева дутья [7].

Работа установки подтвердила возможность и эффективность высокотемпературного обжига колчедана с получением газов, при­ годных для производства серной кислоты и расплава огарка, пред­ ставляющего самостоятельную промышленную ценность.

Выход огарка в циклонных обжиговых установках составляет 0,7—0,75 т на тонну исходного колчедана, а огарок состоит в основ­ ном из закиси железа при общем содержании железа около 50—55%. Высокотемпературный обжиг колчедана дает возможность использо­ вать расплавленный огарок для получения чугуна. Расплавленный огарок из печи может поступать в ванну-копильник, в которой вос­ станавливаются окислы железа. Имеющаяся в расплаве сера (0,3 — 1,5%) удаляется наведением соответствующих шлаков или продувкой десульфуризующими веществами [8]. Восстановление железа из рас­ плавленного огарка исключает затраты тепла на его нагрев и плав­ ление, что является достоинством этого метода в сравнении с другими, в частности с разработанным в Канаде, который предусматривает выплавку чугуна в электропечи из смеси пиритных огарков, извест­

няка и кокса.

Исследование процесса непосредственного восстановления рас­ плавленного пиритного огарка [9] показало, что в присутствии флюса

(извести) можно получать на тонну колчедана около 0,3 т чугуна,, содержащего 92—95% железа, 3—3,5 углерода и 0,03—0,06% серы.

В целом проводимые в МЭИ исследования по высокотемператур­ ному обжигу серного колчедана и непосредственному восстановлению пиритного огарка имеют большие перспективы и способ может найти широкое применение в черной и цветной металлургии. Другим вари­ антом является разработанная институтами УНИпромедь и ВНИИМТ схема комплексной переработки пиритных концентратов в двухсту­ пенчатой циклонной установке [10]. Процесс заключается в окисли­ тельной циклонной плавке пиритного концентрата с применением горячего дутья, обогащенного кислородом, с последующим хлориро­ ванием расплавленного пиритного огарка во второй ступени установ­ ки. Тепло, выделяющееся при окислении серы, используется для хлоридовозгонки пиритных огарков. Хлоридовозгоны (смесь хлоридов меди, цинка и незначительное количество хлоридов железа) могут направляться на спецобработку, а железистый расплав в виде гра­ нул — на заводы черной металлургии в качестве сырья для доменной плавки.

ЦИКЛОННАЯ ПЛАВКА ФЕРРОСПЛАВОВ-

Рафинированные ферросплавы выплавляются в дуговых электро­ печах. При этом значительная часть электроэнергии расходуется на плавление шихты и лишь небольшая ее часть — на процессы рафини­ рования [11]. Для лучшего использования технологических возмож­ ностей электрической печи целесообразно процесс плавления рудно­ известковых шихт проводить в отдельном агрегате, осуществляя в электропечи лишь процессы восстановления и рафинирования. При такой схеме производительность электропечи возрастает в 3—4 раза по сравнению с существующей. Благоприятные условия для тепло- и массообмена в циклонной плавильной камере создают возможность получить весьма высокие тепловые нагрузки, превышающие почти на порядок значения этой величины, достигнутые для дуговых рафи­ нировочных электропечей (15—20)-106 и (3—5)-ІО5 ккал/м3-час соот­ ветственно.

Сучетом опыта применения циклонных камер в энергетических

итехнологических установках было опробовано расплавление мар­ ганцевых концентратов Никопольского месторождения на стендовой установке МВТУ им. Баумана и последующее восстановление полу­ ченного расплава в дуговой электропечи мощностью 100 ква [12].

По результатам этих экспериментов была спроектирована и по­ строена опытная установка циклон-электропечь производительностью 24 т/сутки [12]. Основным узлом установки «УЭП-ДМетИ» является

354

циклонная плавильная камера диаметром 0,52 м и высотой 1 м, внутг ренняя поверхность которой ошипована и обмазана хромомагнезитоЕой массой. В качестве топлива применялся природный газ, воздуш­ ное дутье обогащалось кислородом до 50% Ог. Горячие газы вводились в плавильный циклон от двух тангенциально расположенных камер предварительного сжигания (форкамер) через входные туннельные патрубки со скоростью 150—160 м/сек.

Циклонная плавильная камера устанавливалась на одном из торцов ванны дуговой электропечи прямоугольного сечения, пред­ назначенной для осуществления второго периода плавки — проведе­ ния восстановительных процессов.

На этой установке проведена серия опытных плавок получения различных ферросплавов, флюсов для электрошлакового переплава и синтетических шлаков для обработки стали в ковше.

Исследования показали принципиальную возможность получе­ ния различных ферросплавов методом дуплекс-процесса в агрегате циклон — электропечь. Эффективная работа его, как и всякого высоко­ температурного агрегата, невозможна без использования тепла отхо­ дящих газов, которые уносят от 60 до 70% всего затраченного тепла. Поэтому в проекте опытно-промышленной установки предусматрива­ лась работа установки по энерготехнологической схеме, состоящей из плавильного циклона-электропечи и радиационного парового котла со встроенным воздухоподогревателем.

Расчеты промышленных установок различной производительно: сти для разных шихт при нескольких вариантах температуры подо­ гретого воздуха показывают, что паросиловая установка, работающая на тепле отходящих газов, вырабатывает такое количество электро­ энергии, которое обеспечивает потребность электропечи, собственные нужды и, кроме того, 35—55% электроэнергии может быть отдано в сеть.

Тепловой баланс комбинированного агрегата, вырабатывающего расплав и электроэнергию, достигает результативного к. п. д. около

55% [13].

Анализ работы циклонных аппаратов применительно к процес­ сам плавления, окисления сульфидных материалов или частичного восстановления железных руд и концентратов показывает, что на первой ступени — собственно в плавильном циклоне — может осуще­ ствляться окислительный обжиг пиритных концентратов и достига­ ется практически полное восстановление ТегОз до FeO. Количество металлического железа при восстановлении не превышает 15—20% от общего содержания железа в полученном продукте.

Таким образом, циклонную камеру в применении к процессам черной металлургии следует рассматривать лишь как аппарат для

356