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

затеплоносителя, в большей мере они расходуются на реакцию восстановления окислов железа.

Таким образом, в противоположность металлизации рудо-угольных окатышей в нейтральной или восстано­ вительной среде, в токе окислительного газа применение восстановителей с низкой реакционной способностью способствует повышению степени металлизации и выхо­ да годного металлизованного продукта. Повышение по­ казателей металлизации при использовании высоко­ реакционных восстановителей возможно путем интен­ сификации нагрева окатышей, защиты их от окисления в этот период и снижения окислительного потенциала на­ гревающего газа.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УГЛЕРОДА

Применение дымовых газов в качестве теплоносите­ ля приводит к повышенному расходу углерода окаты­ шей (рис. 35), за счет его окисления и газификации кис-

Рис. 35. Угар углерода в зависимости от типа восстановителя (а) и от со­ держания углерода (б) в окатышах:

/ — буроугольный полукокс; 2 — черногорский уголь; 3 — черемховский по­ лукокс; 4 — кузнецкий кокс; 5 — электродный уголь (с Юстех =0,8)

лородом и двуокисью углерода теплоносителя, назван­ ного нами угаром. Величину угара в процентах опреде­ ляют исходя из массы и химического состава исходных и металлизованиых окатышей по формуле

48

Повышение скорости окислительного газа до 0,5 м/с увеличивает угар, при больших скоростях он остается практически постоянным (данные относятся к металлизованному ядру). Увеличение исходного содержания уг­ лерода в окатышах и повышение реакционной способно­ сти восстановителя приводят к росту его угара. Напри­ мер, в окатышах с буроугольным полукоксом при повы­ шении содержания углерода С/Сстех от 0,39 до 1,06 (см. рис. 35,6, цифры на кривых) угар углерода возрос соот­ ветственно с 2—3 до 25%. В окатышах с электродным углем и коксом угар углерода (при одинаковом исход­ ном его содержании) был в 4—5 раз меньше, чем в ока­ тышах с буроугольным полукоксом.

С увеличением количества восстановителя и его ре­ акционной способности возрастает площадь контакта его с окислительными компонентами газа-теплоносите­ ля, что и ведет к повышенному угару. Приведенные здесь результаты указывают на необходимость осторож­ ного подбора и строгого постоянства окислительного потенциала нагревающего газа при металлизации рудо­ угольных окатышей с высокореакцнонным восстанови­ телем.

ПОВЕДЕНИЕ СЕРЫ И АЗОТА ПРИ МЕТАЛЛИЗАЦИИ ОКАТЫШЕЙ

Из работ [10, 30] известно, что в процессе металли­ зации рудо-угольных окатышей, приготовленных из кон­ центратов и восстановителей, содержащих соответствен­ но 0,1—0,2 и 0,6—3,5% S, ее улет может составлять 10— 60%. С повышением температуры и степени металлиза­ ции показатель десульфурации (газификации серы), по данным [10], увеличивается, а по данным [30], умень­ шается. Результаты исследований [30] показывают, что удаление серы из окатышей диаметром 10 мм происхо­ дит в основном в процессе их нагрева до температур ре­ акции восстановления.

Авторами исследовано поведение серы при металли­ зации рудо-угольных и рудных окатышей переменного размера, приготовленных из концентратов и восстанови­ телей с различным содержанием серы. В концентратах оно составило 0,04—'0,3, а в восстановителях 0,5—2%. Кроме того, изменялось и содержание окиси кальция в окатышах. Температура и продолжительность металли­ зации, как и в исследованиях [10, 30], были близки к ус­

49

Десульфурация рудо-угольных окатышей диаметром

сравнению с низкосернистым удаляется меньшее отно­ сительное н большее абсолютное количество серы.

іС повышением температуры металлизации угар се­ ры из высокосернистых рудо-угольных окатышей умень­ шается (рис. 37) и это удовлетворительно согласуется с результатами исследования [30], но не подтверждается исследованием [11]. В то же время повышение темпера­ туры металлизации низкосернистых окатышей сопровож­ дается повышением степени их десульфурации (рис. 38). Этот вывод согласуется с результатом исследования

[ 1'1 ].

Если основное количество серы вносится в рудоугольные окатыши восстановителем, то на десульфура­ цию окатышей в процессе металлизации в значительной мере влияет поведение серы при 'медленном окислении этого восстановителя. Однако показанное в работе [38] распределение'серы между газовой фазой и остатком

50

Окисляёмого топлива не может быть .полностью анало­ гичным процессу металлизации, так как, с одной стороны, в металлизованном окатыше содержится во много раз больше, чем в золе восстановителя, компонентов, погло­ щающих серу (вюстит, металлическое железо и окись кальция в случае использования офлюсованных окаты­ шей). С другой стороны, в окатыше образуется большое количество реакционного газа, с которым выносятся га­ зообразные соединения серы.

Рис. 38. Влияние температуры на содержание серы, углерода и степень металлизации окатышей с ннзкосерннстым восстановителем в течение опыта (30 мин) при исходном содержании углерода, %:

а— 14; 6 — 12; в — 8; г — 6

Вэкспериментах В. С. Кудрявцева, С. А. Пчелкина сера в окатышах была представлена пиритом, содержа­ вшимся в высокосернистом угле и железорудном концен­ трате, а также ее органическими соединениями в угле.

Расчет, выполненный на основании эксперименталь­ ных данных (рис. 37, .38), показывает (табл. 4), что де­ сульфурация низкосернистых окатышей, в которых ос­ новное количество серы представлено ее органическими соединениями, протекает более или менее синхронно с процессом металлизации, о чем свидетельствуют близ­ кие между собой значения концентраций серы в реакци­ онном газе при 906 и 1200°С. В связи с этим при содер­ жании углерода в окатыш 14— 12% большая часть серы (около 60%) удаляется при высокой температуре (1200°С), при которой достигается большая степень ме­ таллизации.

51

Таблица 4

ПОКАЗАТЕЛИ ДЕСУЛЬФУРАЦИЙ РУДО-УГОЛЬНЫХ' ОКАТЫШЕЙ НИЗКОСЕРНИСТЫХ (№ 1—1) И ВЫСОКОСЕРНИСТЫХ ,(№ 5)

же в %.

Иначе протекает десульфурация высокосернистых окатышей, содержащих пирит. Сера пирита, взаимодей­ ствуя с водородом летучих угля по реакции

при температуре до 600°С, при которой имеется лишь не­ значительное количество вюстита іі металлического же­ леза, удаляется из окатыша в виде сероводорода. В свя­ зи с этим ее средняя концентрация в реакционном газе, выделившемся до 900°С, более чем в 3 раза выше чем при 1200°С (табл. 4). Повышение температуры металли­ зации, ускоряющее процесс появления значительного количества закисного и металлического железа в поверх­ ностных слоях окатыша, увеличивает время их контакта с высокосернистым газом, выделяющимся из его внут­ ренних слоев, где в силу температурного градиента еще не закончилась газификация серы пирита. Концентра­ ция серы в реакционном газе высокосернистого пирит­ содержащего окатыша в период его нагрева до 900°С более чем в 4 раза выше по сравнению с реакционным газом, выделяющимся в этот период из низкосернистого

52

окатыша. Это приводит к интенсификации насыщений' железа и его закиси с повышением температуры, а в итого — к снижению степени десульфурации высокосер­ нистого окатыша с 46% при 900°С до 34% при 1200°С.

іРост диаметра окатыша в любом случае увеличива­ ет температурный градиент по его сечению и тем самым время контакта серупоглощающих фаз с газообраз­ ными сернистыми соединениями, выделяющимися из внутренних слоев окатыша, j5 связи с этим увеличение диаметра окатышей приводит к уменьшению степени их десульфурации (рис. 39).

Повышение содержания окиси кальция, обладающей при температурах интенсивного восстановления железа высокой серупоглотительной способностью, также приво­ дит к снижению показателя десульфурации (рис. 40).

Увеличение времени металлизации рудо-угольного окатыша без доступа воздуха при температуре выше 1200°С, независимо от исходного содержания в нем се­ ры, приводит к повышению степени десульфурации (рис. 36). По мнению авторов, это происходит благодаря про­ теканию реакций

53

которые возможны при двух условиях. Первое заключа­ ется в наличии оптимального количества углерода, ко­ торый обеспечивает высокую 'концентрацию окиси угле­ рода, и,, кроме того, растворяясь в железе при темпера­ туре выше 1200°С, повышает активность серы [39].

Вторым условием протекания реакций (33, 34) явля­ ется снижение парциального давления сероокиси угле­ рода и сероуглерода в окружающей газовой среде ниже равновесного, что достигается длительной выдержкой или применением среды, состоящей из угля, в кото­ ром отношение C a O :S ^ 3 . Таким восстановителем яв­ ляется канско-ачинский бурый уголь, в процессе мед­ ленного окисления которого при температуре до 1200°С концентрация серы в газообразных продуктах ниже чув­ ствительности стандартных методик химического ана­ лиза [38].

В процессе металлизации железорудного окисленно­ го окатыша в случае применения для этой цели высоко­ сернистого восстановителя с низким отношением CaO:S ( < 3 ) сера восстановителя газифицируется [38], вокруг окатыша создается среда с высоким парциальным дав­ лением сернистых соединений. В результате металлиза­ ция сопровождается насыщением восстановленного же­ леза серой. Если применяется восстановитель с высоким отношением CaO:S ( > 3 ) , то при его окислении, сопутст­ вующем процессу металлизаций окатыша, происходит снижение парциального давления ниже равновесного для реакций (33, 34), в результате достигается высокая сте­ пень десульфурации.

Сера св офлюсованных окисленных окатышах в ос­ новном связана в сульфат калыц'ия [40, 4.4], который взаимодействует с восстановленным железом по реак­ ции

CaS04 + 4 Fe = CaO + 3 FeO + FeS — 157680 кДж. • (35)

iB условиях полного 100% чного восстановления ока­ тыша, когда парциальное давление окиси углерода приближается к 400%, а парциальное давление сер­ нистых соединений ничтожно, протекает реакция

FeS + СО = Fe + COS,

благодаря которой металлизация рудного офлюсован­ ного окатыша в трубчатой печи ів течение 2 ч при Ю'00°‘С в слое канско-ачинского бурого угля сопровож-

54