Файл: Кудрявцев, В. С. Металлизованные окатыши.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 30.10.2024

Просмотров: 59

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

новления начинаются в первую очередь с поверхности окатыша, где образуются крупные, термодинамически более устойчивые зерна железа. Высокая температура способствует ускорению диффузии частиц железа из

• Рис. 20. Зависимость макроструктуры металлнзованиых окатышей от температуры, °С:

/ — 1200; 2 — 1250; 3 - 1300; 4 — 1350

внутренних слоев окатыша к образовавшимся на пери­ ферии крупным зернам, в результате чего образуется пустотелый окатыш, металлическая оболочка которого, обладая повышенной пластичностью, расплющивается при относительно небольшом давлении.

СКОРОСТЬ ГАЗА-ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ

Влияние скорости движения газа на кинетику процес­ са восстановления рудо-угольных окатышей исследуют' путем непрерывного измерения убцущ массы образен 9

28

токе

-нагретого

до

1050°С

 

Vw~

 

аргона. С повышением

ско­

 

 

 

рости

поступления

аргона

 

 

 

время

 

восстановления

rw

 

 

 

уменьшается и при скорос­

 

 

 

ти

~

1

м/с -оно

снижается

 

 

 

вдвое

(рис. 21,

кривая

1),

 

 

 

причем наблюдается

прямо­

 

 

 

линейная

зависимость

меж­

 

 

 

ду временем восстановления

 

 

 

и

квадратным

корнем

из

 

 

 

скорости

газа

(кривая

2).

 

 

 

Коэффициент

теплоотдачи

 

 

 

конвекцией

пропорционален

Рис. 21. Влияние скорости аргона

квадратному

корню

из

ско­

на продолжительность

восстанов­

ления рудо-угольных

окатышей

рости

газа [ЭЗ]

 

 

 

 

диаметром 20 мм при Ю50°С (сте­

 

 

 

 

пень восстановления 90%)

 

 

 

 

 

 

ак =

К'

V w,

 

(7)

где Як — коэффициент

 

теплоотдачи

конвекцией,

 

 

 

Дж / (м2-ч-°С);

 

 

 

 

 

 

К — коэффициент;

 

 

 

 

 

w— скорость газа, м/с.

Врезультате снижение продолжительности восстанов­ ления при движении газа-теплоносителя, очевидно, про­ исходит за счет увеличения конвективной составляющей коэффициента теплоотдачи. При этом продолжитель­

ность восстановления можно выразить следующим обра­ зом:

xw = x w=0 ( l — K V и»).

(8)

где Xw— продолжительность восстановления при скоро­ сти газа w, мин;

т№=о — то же, при скорости газа, равной нулю, мин.

. Коэффициент К, по-видимому, зависит от свойств га­ за, и для аргона в пределах скорости до 1 м/с, как это следует из рис. 21, он равен 0,5. Таким образом, скорость газа-теплоносителя существенно влияет на интенсивность металлизации рудо-угольных окатышей.

На практике рассмотренные выше факторы действуют одновременно, поэтому целесообразно найти аналитиче­ ское выражение их влияния на кинетику процесса вос­ становления.

КИНЕТИЧЕСКИЕ КРИВЫЕ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОКАТЫШЕЙ

Авторами была предпринята попытка определить вид кинетической кривой восстановления рудо-угольных ока­ тышей в зависимости от температуры, реакционной спо­ собности восстановителя, размера окатыша. Оказалось, что экспериментальные точки для различных значений перечисленных факторов, приведенные к относительным

^/Ъпол'

Рнс. 22. Кинетические кривые восстановления рудо-угольных ока­ тышей:

Точка

Восстановитель, температура

Диаметр

Температура

 

его

прокаливания,

окатыша, мм

восстановле­

 

 

 

°С

 

ния, °С

1

Буроугольный полукокс, 900

25

1700

2

То^же,ч'І500

20

900

3

> j f , * 600

7

900

4

»

,

600

is

1000

б

»

,

600

20

1300

6

Кокс

 

 

20

1000

30

значениям времени, хорошо укладываются на одну кри­ вую (рис. 22), т. е. восстановление во всех случаях под­ чиняется одному закону, на основании которого можно рассчитать степень восстановления в любой момент.

Прямолинейная зависимость времени металлизации от размера окатышей предполагает постоянную линей­ ную скорость продвижения фронта реакции в глубь ока­ тыша. Для подтверждения этого вывода было проведено сравнение кинетических кривых процесса восстановле­ ния, полученных расчетом и опытным путем. При равно­ мерном продвижении фронта реакции к центру окатыша степень восстановления ср будет равна отношению объе­ ма прореагировавшего вещества Ѵв к общему объему окатыша К0бщ:

Ф = ѴВ / 1 /об,ц,

(9 )

откуда

6 X

12 X2

 

8 X3

( 10)

D

D2

 

D3

’

 

 

 

где X — толщина прореагировавшего слоя, мм;

 

D — диаметр окатыша.

 

 

 

 

 

Так как х = ѵ х (где ѵ — скорость продвижения

фрон­

та реакции, мм/мин), то

 

 

 

 

 

 

б и т

12 а2 т2 .

8 V3 т3

( П )

 

D

D2

'

Б3“

 

 

При полном времени восстановления

окатыша

тПОл =

= D/2v

 

 

 

 

 

 

Графически зависимость

(12)

представлена на

рис. 27. Экспериментальные точки степени металлизации, полученной при различных восстановителях, переменных величинах диаметра окатышей и температур, удовлетво­ рительно совпадают с этой кривой, что подтверждает правильность представления о равномерности продвиже­ ния фронта реакции в глубь окатыша. Конечно, нельзя представлять фронт реакции как линию разграничения полностью восстановленного и невосстановленного мате­ риала. Он, по-видимому, имеет определенную протяжен­ ность в глубину окатыша, и восстановление идет со­ гласно принципу последовательности А. А. Байкова.

В пределах от 15 до 90% степень восстановления пря­ мо пропорциональна корню квадратному из времени вос-

31

становления (рис. 27) и может быть выражена формулой

Ф = К " л / — -------ь,

^3)

Г Тпол

 

где К", b — коэффициенты.

 

Зная влияние отдельных факторов на кинетику вос­

становления рудо-угольных окатышей,

скорость движе­

ния фронта реакции в окатыше можно выразить как

'рп

(14)

V — N

(.В — гп R) (1 — К ]r w) ’

где N — коэффициент.

 

Тогда в соответствии с формулами

(11) и (14) для

любого момента времени, меньшего тПОл, степень восста­ новления будет равна:

 

C

f ,

Г т I

 

 

Ф =

н;—

Mi

D (B — m R) (1 —К V w)

 

~ B ,

 

Tn X

+

 

_D (B — m R) (1 —К У w)

 

 

 

 

 

+

C,

 

Tn X

 

(15)

D (B — m R) (1 — К V w)

 

 

 

 

 

где і4 ь Bi, С1 — коэффициенты.

В пределах степени восстановления 15—90% удобнее

пользоваться более

простой формулой, полученной из

формулы (13):

_________ Т Тп

 

С

(16)

ф = А

D (В — гп R) (1 — К

Сстех

 

где А2 , С2 — постоянные величины.

Для окатышей из Коршуновского концентрата разме­

ром от 5 до

30 мм в интервале температур 900— 1700°С

при реакционной способности

восстановителей

от 1 до

10 мл/(г-с)

и скорости аргона

до 1 м/с эта

формула

приобретает конкретное выражение:

 

 

___________7Дт__________

 

Ф = 46 • 10

L У - D (1,66—0,066 R) (1—0,5р'ш)

-10. (17)

Точность выражения (17) равна ±5% . Включая шесть величин, определяющих скорость и степень метал­ лизации рудо-угольных окатышей, формула (17) не учи­ тывает других возможных факторов, ускоряющих или замедляющих процессы восстановления п вторичного окисления железа. Некоторые рассмотрим ниже.

32

ВЛИЯНИЕ УЛЬТРАЗВУКА НА СКОРОСТЬ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОКИСЛОВ ЖЕЛЕЗА

Г. Шенк и И. Глот установили, что пульсация газового потока ультразвуковой частоты значительно ускоря­ ет процесс диффузии газовых реагентов через поры [34]. Нами исследовано влияние ультразвука на скорость окислительно-восстановительного процесса и его отдель­ ных стадий.

■Обработка образцов ультразвуком производилась на установке (рис. 23), имеющей реакционную трубку 1, по-

Ö

,

~

Подача

ф

воздуха

у'

Отсос

 

Воздуха

Рнс. 23. Схема установки для изучения воздействия ультразвуковых ко­ лебаний на процесс восстановления окислов железа

мещенную в печь 2 и соединенную с весами непрерывно­ го взвешивания 3 через трубку 4 для подачи газа. Открытый конец реакционной трубки обращен к диффу­ зору ультразвуковой сирены 5 типа УЗГ-7Г мощностью до 150 дБ и частотой 54000 Гц. Питание ультразвуковой сирены осуществлялось от преобразователя частоты 6 типа АіМ.Г-101'0, сжатый воздух подавался от заводской сети под давлением 4 ат. Температуру в реакционной зоне измеряли платина-платинородиевой термопарой 7. Температура поддерживалась на одном уровне автома­ тически с точностью ±10°С. Газ (СО, С 02, Н2, Аг) очи­ щался от влаги и кислорода 8 и подавался в реакцион­ ную трубку через расходомер 9 в количестве 3 л/мин, поскольку предварительными опытами было установле­ но, что увеличение расхода газа более 2 л/мин не влияет на скорость реакции восстановления и окисления.

2 Зак. 662

33

 

•Предварительно высушенные исследуемые материалы помещали в нагретую реакционную трубку, через кото­ рую пропускали газ, затем включали ультразвуковую си-

Рис. 24. Влияние ультразвука на процесс восстановле­ ния рудо-угольных окатышей (13% С) при 950°С (диа­ метр окатышей 15 мм, атмосфера аргона):

I — без ультразвука; 2 — интенсивность

ультразвука

150 дБ

 

рену и установку непрерывного взвешивания. Изменение массы образца записывалось на диаграмме и по окон­ чании опыта проводился его химический анализ. Для сравнения каждый опыт проводили с ультразвуком и без него. Исследовали процессы восстановления рудных, ру­

34

Смотрите также файлы