Главная


Новые процессы получения металла (металлургия железа)




Листать книгу
Листать
Страницы: 1 ... 20 ... 60 ... 100 ... 140 ... 180 ... 220 ... 260 ... 300 ... 315
120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159


скачать книгу Новые процессы получения металла (металлургия железа)




Для всех шахтных печей металлизации характерно ограни­чение максимальных значений температуры, связанное с явлением спекания гранул, и образование гроздей и конгло­мератов кусков. Это явление иногда характеризуют термина­ми слипание или сваривание гранул. Образование спеков кусков резко нарушает газопроницаемость слоя шихты, дезорганизует равномерное распределение газа-восстановителя по сечению и объему шахтной печи, что в свою очередь приводит к неоднородности тепловой и хими­ческой обработки слоя шихтовых материалов. Практика рабо­ты шахтных печей показала, что при возникновении в печи спеков интервал колебания степени металлизации в отдель­ных участках на выходе из восстановительной зоны печи возрастает в несколько раз и может составлять 10—98%.
...
При возникновении этого явления и движение шихты зна­чительно нарушается, возникают зависания, образуются отдельные застойные зоны, где шихта практически не дви­гается вовсе. Технологи постоянно контролируют темпера-
...
турный режим процесса, исходя из определенных заранее предельных температур, при которых шихта данного химичес­кого и фракционного состава еще не подвержена спеканию. Чаше всего явление спекания гранул соответствует интерва­лу 700-800 °С.
...
Наиболее высокая температура газа-восстановителя, достигнутая в промышленных шахтных печах восстановления, составляет 950 °С. Это вызывает пониженные скорости про­цессов и, следовательно, снижение производительности агрегатов. Между тем, по данным фирмы ХиЛ (Мексика), каж­дым 7°С газа-восстановителя соответствует прирост произ­водительности шахтной печи в размере 1 %. Это характери­зует важность обсуждаемой проблемы. К сожалению, изучение процесса спекания гранул в шахтной печи начато недавне, к процесс исследован недостаточно глубоко.
...
Поверхность слипшихся частиц представляет собой плот­ную корку толщиной до 1,5—2,0 мм, состоящую преимущест­венно из металлического железа. Спекшихся гранул с оксид­ной перемычкой между ними в шахтных печах восстановления не обнаружено. Можно считать, что основными факторами, определяющими процесс спекания гранул, являются темпера­тура, механическая нагрузка на гранулу и свойства гранул (восстановимость, состав пустой породы, размер и др.).
...
Учитывая, что в шахтной печи восстановление рудных кусков происходит под нагрузкой, обусловленной давлением слоя вышерасположенных шихтовых материалов, наиболее ве­роятен механизм самопроизвольного слипания гранул яри приложении извне силы, вызывающей течение вещества в при-контактной области. Термодинамическая целесообразность переноса вещества в область контактного перешейка между Двумя гранулами обусловлена тем, что происходящее при этом перемещение поверхности перешейка сопровождается уменьшением общей поверхности двух гранул, следователь­но, суммарной поверхностной энергии системы. При этом надо также иметь в виду, что слипание гранул сопровож­дается уменьшением расстояния между центрами гранул. Спе­кание частиц происходит в два этапа: перенос вещества в область контакта гранул и пластическое течение вещества в приконтактной области и деформация гранул с образованием конгломерата частиц.
...
турный режим процесса, исходя из определенных заранее предельных температур, при которых шихта данного химичес­кого и фракционного состава еще не подвержена спеканию. Чаше всего явление спекания гранул соответствует интерва­лу 700-800 °С.
...
Наиболее высокая температура газа-восстановителя, достигнутая в промышленных шахтных печах восстановления, составляет 950 °С. Это вызывает пониженные скорости про­цессов и, следовательно, снижение производительности агрегатов. Между тем, по данным фирмы ХиЛ (Мексика), каж­дым 7°С газа-восстановителя соответствует прирост произ­водительности шахтной печи в размере 1 %. Это характери­зует важность обсуждаемой проблемы. К сожалению, изучение процесса спекания гранул в шахтной печи начато недавне, к процесс исследован недостаточно глубоко.
...
Поверхность слипшихся частиц представляет собой плот­ную корку толщиной до 1,5—2,0 мм, состоящую преимущест­венно из металлического железа. Спекшихся гранул с оксид­ной перемычкой между ними в шахтных печах восстановления не обнаружено. Можно считать, что основными факторами, определяющими процесс спекания гранул, являются темпера­тура, механическая нагрузка на гранулу и свойства гранул (восстановимость, состав пустой породы, размер и др.).
...
Учитывая, что в шахтной печи восстановление рудных кусков происходит под нагрузкой, обусловленной давлением слоя вышерасположенных шихтовых материалов, наиболее ве­роятен механизм самопроизвольного слипания гранул яри приложении извне силы, вызывающей течение вещества в при-контактной области. Термодинамическая целесообразность переноса вещества в область контактного перешейка между Двумя гранулами обусловлена тем, что происходящее при этом перемещение поверхности перешейка сопровождается уменьшением общей поверхности двух гранул, следователь­но, суммарной поверхностной энергии системы. При этом надо также иметь в виду, что слипание гранул сопровож­дается уменьшением расстояния между центрами гранул. Спе­кание частиц происходит в два этапа: перенос вещества в область контакта гранул и пластическое течение вещества в приконтактной области и деформация гранул с образованием конгломерата частиц.
...
турный режим процесса, исходя из определенных заранее предельных температур, при которых шихта данного химичес­кого и фракционного состава еще не подвержена спеканию. Чаше всего явление спекания гранул соответствует интерва­лу 700-800 °С.
...
жущихся гранул спекание их зависит от соотношения между силами сцепления и силами обрыва. Наиболее полно процесс спекания гранул при восстановлении их в шахтной печи исследован в МИСиС (Ю.С.Юсфин, В.Р.Гребенников, В.В.Дань-шин). В качестве критерия для описания явления спекания приняли температуру спекания— максимально возможную тем­пературу газа-восстановителя, при которой доля спекшихся под нагрузкой гранул равна нулю при достижении ими степе­ни восстановления 93-95 %.
...
Изучение аншлифов спеков гранул показало, что слипание происходит в результате спекания металлических частиц в соприкасающихся окатышах. При этом в месте контакта обра­зуется очень плотная шейка, пористость которой на 30-50 % ниже средней по окатышу. Изучение кинетики процесса спе­кания показало, что наиболее интенсивно процесс начинает протекать после достижения окатышами степени восстановле­ния 70—80 %. Причем возможны два механизма спекания: ког­да не происходит деформация окатыша и когда идет деформа­ция, при этом резко увеличивается диаметр шейки и проч­ность спека.
...
Процесс слипания получает развитие только в том слу­чае, если спекание окатышей идет по второму механизму, т.е. когда прикладываемая нагрузка превышает предел теку­чести окатыша. Очевидно, что для исключения слипания ока­тышей надо стремиться к тому, чтобы процесс спекания на протяжении всего времени шел только по первому механиз­му. Решение этой задачи возможно, когда нагрузка не пре­вышает предела текучести. Исходя из этого, становится актуальной задача определения влияния свойств окатышей и газа-восстановителя на предел текучести окатыша. Необхо­димо также отметить, что предел текучести материалов су­щественно уменьшается с ростом температуры.
...
рис. 32 приведена связь температуры спекания с пористостью гранул. По-видимому, положительное влияние роста пористости гранул на увеличение температуры спека­ния и уменьшение склонности гранул к слипанию объясняется тем, что поры являются концентраторами напряжений и уве­личение их количества способствует повышению предела те­кучести кусков. Кроме того, с ростом пористости умень­шается число точечных контактов между веществом различных кусков.
...
Ввод флюса оказывает обратное действие, позволяя су­щественно повысить температуру спекания. Причем уменьше­ние склонность гранул к спеканию наблюдается только при вводе соединений кальция и магния (рис. 34).
...
та, в первую очередь содержания углерода. Это приводит к. снижению удельных капитальных затрат в цехе, а также рас­ходов по переделу.
...
Офлюсование шихты имеет еще одно преимущество при ме­таллизации гранул в шахтных печах. Очень высокое содержа­ние железа и низкое (< 3-3,5 %) содержание пустой породы в шихте создают определенные трудности при окусковании этих шихт. Так, при производстве окатышей из богатых кон­центратов и их окислительном обжиге в них образуется ог­раниченное количество расплава, оказывающего решающее влияние на горячую прочность окатышей. Снижение прочност­ных свойств окатышей из-за низкого содержания пустой по­роды вынуждает увеличить время обжига, следовательно, сни­зить производительность обжигового агрегата (на 10—20 %). Добавление СаО (в виде известняка или извести) значитель­но повышает холодную и горячую прочности окатышей, что позволяет не снижать производительности обжиговых агрега­тов без ухудшения свойств окатышей.
...
Введение СаО в виде извести вносит дополнительный по­ложительный эффект, позволяя вывести из шихты (частично или полностью) связующее вещество — бентонит, так как известь обладает вяжущими свойствами. Вывод бентонита из шихты означает повышение в ней содержания железа (на 0,3—1 %), снижение доли шлакообразующих веществ в метал­лизованном материале и, следовательно, снижение затрат на переработку шлака в электросталеплавильном производстве.
...
Содержание в шихте кислых компонентов пустой породы оказывает некоторое влияние на температуру спекания гра-нУл, несколько ее снижая за счет снижения контактов металл—металл при соприкосновении гранул, а также за счет Роста предела текучести. Состав газа-восстановителя влия-ет на процесс спекания гранул косвенно, через скорость восстановления кусков и время появления на поверхности металлического железа. Сажистый углерод, который мог бы препятствовать спеканию, при степени восстановления 70—80%, необходимой для проявления спекания, в значи-1ельном количестве отсутствует. Кроме того, сажистый уг­лерод в основном выделялся в порах гранул.
...
Таким образом, максимальное влияние на процесс спека-ЙИя гранул оказывают доля флюса в шихте, нагрузка на гра-ИУлу, структура ее (размер и пористость). Для лебединско-
...
та, в первую очередь содержания углерода. Это приводит к. снижению удельных капитальных затрат в цехе, а также рас­ходов по переделу.
...
Офлюсование шихты имеет еще одно преимущество при ме­таллизации гранул в шахтных печах. Очень высокое содержа­ние железа и низкое (< 3-3,5 %) содержание пустой породы в шихте создают определенные трудности при окусковании этих шихт. Так, при производстве окатышей из богатых кон­центратов и их окислительном обжиге в них образуется ог­раниченное количество расплава, оказывающего решающее влияние на горячую прочность окатышей. Снижение прочност­ных свойств окатышей из-за низкого содержания пустой по­роды вынуждает увеличить время обжига, следовательно, сни­зить производительность обжигового агрегата (на 10—20 %). Добавление СаО (в виде известняка или извести) значитель­но повышает холодную и горячую прочности окатышей, что позволяет не снижать производительности обжиговых агрега­тов без ухудшения свойств окатышей.
...
Введение СаО в виде извести вносит дополнительный по­ложительный эффект, позволяя вывести из шихты (частично или полностью) связующее вещество — бентонит, так как известь обладает вяжущими свойствами. Вывод бентонита из шихты означает повышение в ней содержания железа (на 0,3—1 %), снижение доли шлакообразующих веществ в метал­лизованном материале и, следовательно, снижение затрат на переработку шлака в электросталеплавильном производстве.
...
Содержание в шихте кислых компонентов пустой породы оказывает некоторое влияние на температуру спекания гра-нУл, несколько ее снижая за счет снижения контактов металл—металл при соприкосновении гранул, а также за счет Роста предела текучести. Состав газа-восстановителя влия-ет на процесс спекания гранул косвенно, через скорость восстановления кусков и время появления на поверхности металлического железа. Сажистый углерод, который мог бы препятствовать спеканию, при степени восстановления 70—80%, необходимой для проявления спекания, в значи-1ельном количестве отсутствует. Кроме того, сажистый уг­лерод в основном выделялся в порах гранул.
...
Таким образом, максимальное влияние на процесс спека-ЙИя гранул оказывают доля флюса в шихте, нагрузка на гра-ИУлу, структура ее (размер и пористость). Для лебединско-
...
та, в первую очередь содержания углерода. Это приводит к. снижению удельных капитальных затрат в цехе, а также рас­ходов по переделу.
...
го концентрата при прочностном определении температуры спекообразования в шахтной печи восстановления можно ре. комендовать следующие эмпирические зависимости.
...
где Тс — температура спекания гранул, °С (в пределах 650-1100); D - диаметр гранул, мм (10-20); е - пористость гранул, % (20-50); (СаО)- содержание СаО в гранулах, % (0-7); F- нагрузка на гранулу, МПа (0,1-0,3).
...
Более сложным при металлизации является поведение се­ры. Сера попадает в восстановительный агрегат с железо­рудным материалом и (если оно используется) с твердым восстановителем в виде, главным образом, сульфидов железа и органической среды. Среди сульфидов железа наиболее часто встречающимися соединениями серы являются пирит или марказит (FeS2) и пирротин (FeS1+^). Троилит (FeS) в сво­бодном состоянии в природе практически не встречается. При нагреве пирит диссоциирует на свободную серу и твер­дый раствор серы в троилите. В окислительной атмосфере, начиная с 300—400 °С, пирит переходит в оксиды серы. Ниже 600—650 °С, когда упругость паров серы невелика, превра­щение идет по схеме:
...
Термодинамические расчеты свидетельствуют о том, что сера в газе находится в виде SOz и S03, причем выше 1000 °С почти 95 %S находится в виде S02, а ниже 600 °С в газе много S03.
...
Механизм окисления пирита до конца не выяснен. По оксидной теории первоначальными продуктами окисления пи-РИта являются оксиды, которые, сульфатизируясь посредст­вом S02, переходят в сульфаты. По сульфатной теории сна­чала образуются сульфаты, которые, реагируя с остаточным сульфидом, переходят в оксид железа и сернистый ангидрид. Однако следует считаться с возможностями обоих механизмов, поэтому считают, что происходит образование Промежуточных метастабильных комплексов типа оксида серы ПРИ хемосорбции кислорода на поверхности сульфида. При Низких температурах и высоком содержании кислорода в га-
...
Более сложным при металлизации является поведение се­ры. Сера попадает в восстановительный агрегат с железо­рудным материалом и (если оно используется) с твердым восстановителем в виде, главным образом, сульфидов железа и органической среды. Среди сульфидов железа наиболее часто встречающимися соединениями серы являются пирит или марказит (FeS2) и пирротин (FeS1+^). Троилит (FeS) в сво­бодном состоянии в природе практически не встречается. При нагреве пирит диссоциирует на свободную серу и твер­дый раствор серы в троилите. В окислительной атмосфере, начиная с 300—400 °С, пирит переходит в оксиды серы. Ниже 600—650 °С, когда упругость паров серы невелика, превра­щение идет по схеме:
...
В восстановительной атмосфере при использовании угле­род- и водородсодержащих восстановителей сера, переходя в газ, может находиться в свободном состоянии в виде S и S2 и в составе соединений: CS; CS2; COS; H2S; HS, а в окис­лительной атмосфере — в виде SO, S02 и S03.
...
В.Гедройц одним из первых обратил внимание на то, что в присутствии извести сера из газовой фазы активно погло­щается шихтой. В других исследованиях было показано, что диоксид серы и газообразная сера могут поглощаться окси­дами железа, кальция, магния, ферритами и силикатами кальция и другими соединениями с образованием трудно раз­лагаемых сульфатов. При металлизации офлюсованных окаты­шей, изготовленных из сернистых концентратов, сера нахо­дится в основном в виде сульфатов. Приводимые отдельными авторами температуры начала разложения сульфатов сильно различаются: 480-510 °С для FeS04; 940-970 °С для MgSCy, 960-1200 °С для CaS04.
...
Наиболее устойчивым соединением среди перечисленных является сульфат кальция. По данным А.Д.Маркова, при 1360 °С за 20 мин разлагается лишь половина сульфата. И.А.Копырин и Ю.М.Борц полагают, что при 1100-1300 °С в отсутствие оксидов железа, кремния и алюминия сульфат кальция не разлагается совсем. Однако все эти рассуждения относятся к окислительным условиям. При восстановительном характере газовой среды реакция разложения сульфата CaS04 = СаО + S02 + 0,5О2 должна иметь большее развитие. В этом случае общий итог десульфурации связан с величина­ми скоростей реакций металлизации железа и разложения сульфата. Первые порции металлического железа активно поглощают серу. Учитывая, что разложение сульфата кальция протекает при повышенных температурах, при проведении восстановления в шахтных печах, где верхний уровень тем­ператур процесса ограничен, а также на основе практичес­ких данных следует заключить, что приблизительно 70% всей поступающей серы переходит в конечный продукт.
...
В связи с вышеизложенным железорудный материал, под­вергаемый металлизации в шахтных печах, должен иметь строгие ограничения по содержанию серы (как и по фосфору-меди и мышьяку). При проведении металлизации в других
...
В восстановительной атмосфере при использовании угле­род- и водородсодержащих восстановителей сера, переходя в газ, может находиться в свободном состоянии в виде S и S2 и в составе соединений: CS; CS2; COS; H2S; HS, а в окис­лительной атмосфере — в виде SO, S02 и S03.
...
В.Гедройц одним из первых обратил внимание на то, что в присутствии извести сера из газовой фазы активно погло­щается шихтой. В других исследованиях было показано, что диоксид серы и газообразная сера могут поглощаться окси­дами железа, кальция, магния, ферритами и силикатами кальция и другими соединениями с образованием трудно раз­лагаемых сульфатов. При металлизации офлюсованных окаты­шей, изготовленных из сернистых концентратов, сера нахо­дится в основном в виде сульфатов. Приводимые отдельными авторами температуры начала разложения сульфатов сильно различаются: 480-510 °С для FeS04; 940-970 °С для MgSCy, 960-1200 °С для CaS04.
...
Наиболее устойчивым соединением среди перечисленных является сульфат кальция. По данным А.Д.Маркова, при 1360 °С за 20 мин разлагается лишь половина сульфата. И.А.Копырин и Ю.М.Борц полагают, что при 1100-1300 °С в отсутствие оксидов железа, кремния и алюминия сульфат кальция не разлагается совсем. Однако все эти рассуждения относятся к окислительным условиям. При восстановительном характере газовой среды реакция разложения сульфата CaS04 = СаО + S02 + 0,5О2 должна иметь большее развитие. В этом случае общий итог десульфурации связан с величина­ми скоростей реакций металлизации железа и разложения сульфата. Первые порции металлического железа активно поглощают серу. Учитывая, что разложение сульфата кальция протекает при повышенных температурах, при проведении восстановления в шахтных печах, где верхний уровень тем­ператур процесса ограничен, а также на основе практичес­ких данных следует заключить, что приблизительно 70% всей поступающей серы переходит в конечный продукт.
...
В связи с вышеизложенным железорудный материал, под­вергаемый металлизации в шахтных печах, должен иметь строгие ограничения по содержанию серы (как и по фосфору-меди и мышьяку). При проведении металлизации в других
...
В восстановительной атмосфере при использовании угле­род- и водородсодержащих восстановителей сера, переходя в газ, может находиться в свободном состоянии в виде S и S2 и в составе соединений: CS; CS2; COS; H2S; HS, а в окис­лительной атмосфере — в виде SO, S02 и S03.
...
В.Гедройц одним из первых обратил внимание на то, что в присутствии извести сера из газовой фазы активно погло­щается шихтой. В других исследованиях было показано, что диоксид серы и газообразная сера могут поглощаться окси­дами железа, кальция, магния, ферритами и силикатами кальция и другими соединениями с образованием трудно раз­лагаемых сульфатов. При металлизации офлюсованных окаты­шей, изготовленных из сернистых концентратов, сера нахо­дится в основном в виде сульфатов. Приводимые отдельными авторами температуры начала разложения сульфатов сильно различаются: 480-510 °С для FeS04; 940-970 °С для MgSCy, 960-1200 °С для CaS04.
...
агрегатах (конвейерная машина, вращающаяся печь) возни­кают условия, позволяющие в значительной степени снизить содержание серы в металлизованном продукте. К ним следует прежде всего отнести более высокие температуры процесса, возможность создания в отдельных зонах окислительной атмосферы, а также использование флюса для поглощения се­ры.
...
В этих агрегатах, как правило, применяется твердый восстановитель, который является основным поставщиком се­ры. В различных твердых топливах содержится 0,5-2,0 % S. При металлизации рудоугольных окатышей удаление серы сос­тавляет 10—60%. Удаление серы при высоком и низком ее содержании в рудоугольных окатышах происходит неодинако­во. Так, с повышением температуры восстановительного об­жига степень удаления серы из высокосернистых окатышей снижается, а из низкосернистых возрастает. Из высокосер-кистых (0,6 % S) рудоугольных окатышей по сравнению с кизкосернистыми (0,12 % S) удаляется меньшее относитель­ное и большее абсолютное количество серы. Это объясняют тем, что при низком содержании сера успевает до образо­вания металлического железа перейти в газ в основном в зоне подогрева.
...
Большое значение для эффективного хода процесса вос­становления в агрегатах шахтного типа имеют показатели Движения газового потока сквозь слой шихтовых материалов, так как технико-экономические характеристики восстановле­ния во многом зависят от скорости и полноты протекания химических реакций, а также теплообмена. Равномерное омы-Вание кусков шихты газом-восстановителем создает лучшие возможности для достижения более высоких показателей.
...
Количество газа, подаваемого в шахтный агрегат, не мо-*ет бесконечно расти, так как сначала резко увеличиваются Потери напора и, следовательно, совершаемая работа уплот­нения, а затем слой шихты перестает быть стабильным и s
...
агрегатах (конвейерная машина, вращающаяся печь) возни­кают условия, позволяющие в значительной степени снизить содержание серы в металлизованном продукте. К ним следует прежде всего отнести более высокие температуры процесса, возможность создания в отдельных зонах окислительной атмосферы, а также использование флюса для поглощения се­ры.
...
В этих агрегатах, как правило, применяется твердый восстановитель, который является основным поставщиком се­ры. В различных твердых топливах содержится 0,5-2,0 % S. При металлизации рудоугольных окатышей удаление серы сос­тавляет 10—60%. Удаление серы при высоком и низком ее содержании в рудоугольных окатышах происходит неодинако­во. Так, с повышением температуры восстановительного об­жига степень удаления серы из высокосернистых окатышей снижается, а из низкосернистых возрастает. Из высокосер-кистых (0,6 % S) рудоугольных окатышей по сравнению с кизкосернистыми (0,12 % S) удаляется меньшее относитель­ное и большее абсолютное количество серы. Это объясняют тем, что при низком содержании сера успевает до образо­вания металлического железа перейти в газ в основном в зоне подогрева.
...
При восстановлении железорудных окатышей слой шихтовых материалов состоит из шаров близкого размера. Допущение о том, что куски шихты представляют собой шары равного диа­метра, позволяет существенно упростить математические зависимости. При небольших скоростях газа в слое между кусками шихты устанавливается ламинарное движение газа. При более высоких скоростях происходит постепенный пере­ход в область турбулентного движения.
...
На основе многочисленных экспериментальных работ полу­чена математическая формула, устанавливающая универсаль­ную связь сопротивления газовому потоку и свойств газа и шихты для ламинарного и турбулентного режимов. Для полу­чения этой зависимости использованы критерии сопротивле­ния (ф)
...
где d — диаметр куска шихты, м; Ар — потеря напора слоя, Па; е — порозность (отношение объема пустот в слое к объему всего слоя), м3/м3; Н — высота слоя, м; р-плотность газа, кг/м3; г/— динамическая вязкость газа, кг/(м - с); м — скорость газа, отнесенная ко всей площади поперечного сечения слоя, м/с; g — ускорение силы тяжес­ти, м/с2; Ф — коэффициент формы, равный 1,0 для шаров и 0,6—1,0 для тел другой формы.
...
Данное выражение для критерия Рейнольдса отличается от формулы (53): в него введены величины Ф и (1-е), так как скорость газа относится не к живому, а всему сечению слоя.
...
Статистическая природа констант, входящих в уравнения (186) и (187), проявляется в некоторых колебаниях их зна­чений, но принципиальная сущность коэффициента сопротив­ления, отражающая влияние соотношения сил инерции и сил трения, остается неизменной.
...
При небольших значениях критерия Рейнольдса (Re < 10, ламинарная область) первое слагаемое в обеих формулах имеет большее значение. При высоких значениях критерия Рейнольдса (Re > 1000, турбулентная область) перевешивает второе слагаемое. При очень высоких значениях критерия Рейнольдса первый член уравнений (186) и (187) становится пренебрежимо малым, при этом стабилизируется коэффициент сопротивления.
...
Пример. В цилиндрической шахте диаметром 1 и высотой 5 м восстанавливаются окатыши размером 0,02 м. Восстано-вителем является водород, который подают при нормальном Давлении в количестве 2500 м*/ч, температура восстановле­ния 600 °С. Определить потерю напора в слое.
...
При 600 °С для водорода р = 0,028 кг/м3, т» = 1,83х *10~5 кг/(м • с). Порозность слоя определяют эксперимен-тально или по формуле (204). Принимаем е = 0,37; коэффи. циент формы Ф = 1, тогда 
...
Известно, что слои с различными размерами кусков нель­зя характеризовать средним арифметическим диаметром кус­ка. В многокомпонентном слое промежутки между крупными кусками могут быть заполнены более мелкими. В этом случае порозность может оказаться ниже ее значения для самой плотной укладки в условиях однокомпонентной фракции, что сильно снижает газопроницаемость слоя. Результаты замера сопротивления проходу газа выполнены Р.Ешаром и приведены в табл. 8 и на рис. 36.
...
Характер кривых рис. 36 показывает, что по мере умень­шения количества крупных кусков мелочь сначала заполняет объемы межкусковых промежутков. При этом порозность слоя уменьшается, а насыпная плотность материала увеличивает-
...
ся. В случае, когда все резервы размещения мелочи в объеме межкусковых промежутков будут исчерпаны, мелкие частицы заменяют крупные куски. При этом часть объема, занятого сплошным материалом, замещается материалом более мелким, но имеющим промежутки между кусками, поэтому по­розность должна снова возрастать. Если исходный материал представлен мелкими частицами и в него добавляют крупные куски, то ход рассуждений идет в обратном порядке.
...
Таким образом, только в первый момент добавления как более мелкого, так и более крупного материала к слою ухудшается его структура, снижается порозность и растет сопротивление газовому потоку.
...
Все приведенные рассуждения относятся, как правило, к слоям из шаров двух размеров. На практике часто исполь­зуют смесь кусков неправильной формы. Полагают, что при этом можно использовать выражения (186) и (187), если вместо диаметра шара представить гидравлический диаметр d = 6/F, где F—
...
Практика работы восстановительных агрегатов с шихтой, частицы которой резко отличаются по размеру (например, доменная печь), показала, что действительная зависимость порозности слоя намного сложнее и отличается от приведен­ной на рис. 36. Так, для кокса и агломерата увеличение размера кусков вызывает рост порозности слоя. Можно пред­положить, что в большей мере сказывается неправильная форма кусков шихты. Эта неправильная форма присуща агло­мерату, порозность которого в насыпном слое с увеличением размера куска растет быстрее, чем порозность кокса.
...
Распределение температур в слое материалов, подвер­гающихся восстановлению, является важнейшим фактором, определяющим развитие и скорость процессов восстановле­ния. В свою очередь температурное поле в неподвижном или движущемся слое материалов зависит от теплообмена между газом-теплоносителем и шихтовыми материалами. Несмотря на то, что в восстановительных агрегатах можно использовать различные виды топлива (твердое, жидкое, газообразное), носителем тепла является образующийся при сжигании топли­ва газ, а поглотителем тепла — твердые или жидкие мате­риалы. Теплоноситель подается, как правило, в выходную зону восстановительного агрегата, но тепло не может быть использовано полностью только материалами, находящимися в этой последней стадии обработки. Значительная часть тепла переносится в зоны, соответствующие протеканию начальных стадий процесса, что приводит к росту степени использо­вания тепла в агрегате.
...
Теплопередача в слое кусковых материалов— сложное явление. Нагрев твердых тел осуществляется, главным обра­зом, конвекцией и теплопроводностью. При получении твер­дых продуктов восстановления излучение, видимо, не играет какой-либо заметной роли. Основным типом теплопередачи от газа к материалам является конвекция. Теплопроводностью передается тепло при прогреве кусков от поверхности к Центру, поэтому чем меньше размер куска шихты, тем мень­шее значение имеет теплопроводность в процессе теплообме­на, и наоборот.
...
температура на поверхности кускового материала, сос­тавляющего слой, определяется не только передачей тепла 01 газа к слою (внешний теплообмен), но и отводом тепла внутрь куска (внутренний теплообмен);
...
внешняя передача тепла при температурах шахтных печей осуществляется теплопроводностью, конвекцией и излуче­нием; внутренняя передача тепла зависит от размера куска, его теплопроводности и формы; формы кусков реальных мате-
...
Распределение температур в слое материалов, подвер­гающихся восстановлению, является важнейшим фактором, определяющим развитие и скорость процессов восстановле­ния. В свою очередь температурное поле в неподвижном или движущемся слое материалов зависит от теплообмена между газом-теплоносителем и шихтовыми материалами. Несмотря на то, что в восстановительных агрегатах можно использовать различные виды топлива (твердое, жидкое, газообразное), носителем тепла является образующийся при сжигании топли­ва газ, а поглотителем тепла — твердые или жидкие мате­риалы. Теплоноситель подается, как правило, в выходную зону восстановительного агрегата, но тепло не может быть использовано полностью только материалами, находящимися в этой последней стадии обработки. Значительная часть тепла переносится в зоны, соответствующие протеканию начальных стадий процесса, что приводит к росту степени использо­вания тепла в агрегате.
...
Теплопередача в слое кусковых материалов— сложное явление. Нагрев твердых тел осуществляется, главным обра­зом, конвекцией и теплопроводностью. При получении твер­дых продуктов восстановления излучение, видимо, не играет какой-либо заметной роли. Основным типом теплопередачи от газа к материалам является конвекция. Теплопроводностью передается тепло при прогреве кусков от поверхности к Центру, поэтому чем меньше размер куска шихты, тем мень­шее значение имеет теплопроводность в процессе теплообме­на, и наоборот.
...
температура на поверхности кускового материала, сос­тавляющего слой, определяется не только передачей тепла 01 газа к слою (внешний теплообмен), но и отводом тепла внутрь куска (внутренний теплообмен);
...
j 9 ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛООБМЕНА ПРИ МЕТАЛЛИЗАЦИИ
...
Не все из перечисленных факторов одинаково воздейст­вуют на теплообмен. В некоторых случаях можно исключить один или несколько факторов, что значительно облегчает решение задачи.
...
Для слоя, состоящего из кусков, имеющих правильную форму шара, можно пренебрегать теплообменом теплопровод­ностью между отдельными кусками. Такой слой можно назвать идеальным. В практике он не встречается. В реальном слое некоторые куски касаются друг друга, и теплообмен проис­ходит способом теплопроводности. Однако количество тепла, передаваемого слою теплопроводностью, в общем тепловом балансе составляет незначительную долю, которой можно пренебречь.
...
Внешний теплообмен в слое складывается, главным обра­зом, из передачи тепла от одной частицы слоя к другой и от газа конвекцией и излучением. Роль излучения газа при нагреве слоя невелика, так как размеры каналов между кус­ками небольшие, а концентрации трехатомных газов также невелики. В связи с этим основным типом теплопередачи от газа к материалам в зоне умеренных температур при процес­сах металлизации является конвекция.
...
При нормальном ходе шахтной печи шихта опускается вниз, навстречу газам почти с одинаковой скоростью. В каждом горизонте устанавливаются постоянные температуры газов и шихты, не зависящие от времени, что характерно для нагрева в противотоке. Следовательно, температуры га­за и кусков шихты однозначно определяются высотой их по­ложения (Я). Можно считать, что температура газа fr = /#> а температура шихты tm
...
После ввода в уравнение значения теплот реакций и по­терь получили значения кажущихся водяных эквивалентов (W'r и Wm):
...
зону материала, но этого тепла не хватит, чтобы нагреть шихту до начальной температуры газов (рис. 38). С тече­нием времени разность температур шихты и газа не умен*, шится, а возрастет, и тем значительнее, чем больше Wm/W
...
При малой теплопроводности кусков нагрев лимитируется внутренним теплообменом, а при высокой— внешним. Обычно величину oCj,
...
где AT— разность температур между поверхностью сыпучего тела и газом; Т — абсолютная средняя температура между поверхностью сыпучего слоя и газом, К; g — гравитационная постоянная, м/с2.
...
два раза по сравнению со временем нагрева (расчетным) тонкой плиты (бесконечной теплопроводности) при том же коэффициенте теплопередачи и той же толщине плиты, т.е.
...
Такая простая закономерность в дальнейшем сохранялась: при Bi = б время удлинялось в три раза, при Bi = 9 - в четыре раза и т.д. Когда полученные закономерности были нанесены на график, обнаружили простую линейную зависи­мость между удлинением времени х^/х^_<я и критерием Био.
...
Этот комплекс имеет размерность коэффициента теплопе­редачи, поэтому его называют суммарным коэффициентом теплопередачи а^,
...
Для определения температуры поверхности и середины нагревающегося куска шарообразной формы можно воспользо­ваться формулами, связывающими эти температуры со средней по массе температурой куска 0Ш):
...
Выбор сырья для металлизации проводят в соответствии с требованиями, предъявляемыми к качеству металлизованного продукта со стороны его дальнейшего передела (доменное или сталеплавильное производство), а также с учетом физико-химических изменений, которым оно подвергается в процессе металлизации.
...
Железорудные материалы для производства губчатого же­леза должны удовлетворять следующим основным требованиям: по возможности высокому содержанию железа при низком со­держании серы, фосфора, щелочей и примесей цветных метал­лов (медь, никель, хром, цинк, свинец и др.), оказывающих большое влияние на качество стали и технико-экономические показатели выплавки ее в электропечах; высокой газопрони­цаемости шихты в восстановительном агрегате; высокой вос-становимости; отсутствию склонности шихты к слипанию ври достаточно высоких температурах восстановления; высокой прочности при восстановлении.
...
Химический состав. В связи с тем, что процессы метал­лизации при получении губчатого железа протекают при уме­ренных температурах (без расплавления), пустая порода и примеси в исходном сырье полностью переходят в металли-зованный продукт. Известно, что содержание железа и кис­лой пустой породы в губчатом железе существенно влияет на стоимость выплавки стали, так как они влияют на расход Металлизованного продукта для выплавки 1 т стали, расход электроэнергии для расплавления образующегося шлака, рас­ход извести, потери железа со шлаком. С этих позиций со­держание железа должно быть максимальным, а содержание кремнезема - минимальным.
...
Расчет и практика производства показали, что содержа-ние железа в железорудных материалах желательно иметь в пределах * 68-69 %, а количество кислых оксидов не должно превышать 3 % (в металлизованном 5 %), так как в против­ном случае использование методов бездоменного получения металла становится экономически невыгодным. Однако очень низкое содержание кремнезема может привести к разрушению, разбуханию и слипанию шихты при восстановлении, что сни­жает эффективность процесса.
...
В связи с этим возникает проблема использования в ка­честве шихты для металлизации офлюсованных железорудных материалов. Присутствие в шихтовых материалах оксидов кальция и магния повышает их восстановимость и прочность при восстановительно-тепловой обработке, уменьшает разру­шение при низких и склонность к слипанию при высоких тем­пературах, улучшает условия науглероживания окатышей в процессе их металлизации. Требования к основности разли­чаются в зависимости от свойств исходных железорудных ма­териалов и типа процесса металлизации. Так, если для установок Мидрекс значение основности специально не оговаривается (обычно оно составляет 0,5—0,8), то для установок ХиЛ оно должно быть * 0,9. Для процесса метал­лизации в условиях Оскольского электрометаллургического комбината основность окатышей из богатого лебединского концентрата рекомендуется * 1,0—1,2.
...
При определенных условиях может возникнуть целесооб­разность получения и применения легированных металлизо­ванных окатышей. Идея добавки в шихту окатышей легирующих добавок представляется интересной, так как дает возмож­ность более равномерно распределить эти добавки в массе стали, а иногда применять эти добавки в виде оксидов, ко­торые подвергнутся восстановлению вместе с железом в вос­становительном агрегате, что значительно снизит цену на эти легирующие добавки.
...
Учитывая тот факт, что в процессе восстановления вред­ные примеси практически из шихты не удаляются, следуе! восстанавливать железорудные материалы с минимальным со­держанием вредных примесей (серы, фосфора, меди, мышьяка и др.). Верхний предел их содержания определяется маркой выплавляемой стали и типом сталеплавильного процесса, однако в любом случае содержание серы и фосфора не 152
...
Расчет и практика производства показали, что содержа-ние железа в железорудных материалах желательно иметь в пределах * 68-69 %, а количество кислых оксидов не должно превышать 3 % (в металлизованном 5 %), так как в против­ном случае использование методов бездоменного получения металла становится экономически невыгодным. Однако очень низкое содержание кремнезема может привести к разрушению, разбуханию и слипанию шихты при восстановлении, что сни­жает эффективность процесса.
...
В связи с этим возникает проблема использования в ка­честве шихты для металлизации офлюсованных железорудных материалов. Присутствие в шихтовых материалах оксидов кальция и магния повышает их восстановимость и прочность при восстановительно-тепловой обработке, уменьшает разру­шение при низких и склонность к слипанию при высоких тем­пературах, улучшает условия науглероживания окатышей в процессе их металлизации. Требования к основности разли­чаются в зависимости от свойств исходных железорудных ма­териалов и типа процесса металлизации. Так, если для установок Мидрекс значение основности специально не оговаривается (обычно оно составляет 0,5—0,8), то для установок ХиЛ оно должно быть * 0,9. Для процесса метал­лизации в условиях Оскольского электрометаллургического комбината основность окатышей из богатого лебединского концентрата рекомендуется * 1,0—1,2.
...
При определенных условиях может возникнуть целесооб­разность получения и применения легированных металлизо­ванных окатышей. Идея добавки в шихту окатышей легирующих добавок представляется интересной, так как дает возмож­ность более равномерно распределить эти добавки в массе стали, а иногда применять эти добавки в виде оксидов, ко­торые подвергнутся восстановлению вместе с железом в вос­становительном агрегате, что значительно снизит цену на эти легирующие добавки.
...
Учитывая тот факт, что в процессе восстановления вред­ные примеси практически из шихты не удаляются, следуе! восстанавливать железорудные материалы с минимальным со­держанием вредных примесей (серы, фосфора, меди, мышьяка и др.). Верхний предел их содержания определяется маркой выплавляемой стали и типом сталеплавильного процесса, однако в любом случае содержание серы и фосфора не 152
...
Расчет и практика производства показали, что содержа-ние железа в железорудных материалах желательно иметь в пределах * 68-69 %, а количество кислых оксидов не должно превышать 3 % (в металлизованном 5 %), так как в против­ном случае использование методов бездоменного получения металла становится экономически невыгодным. Однако очень низкое содержание кремнезема может привести к разрушению, разбуханию и слипанию шихты при восстановлении, что сни­жает эффективность процесса.
...
В связи с этим возникает проблема использования в ка­честве шихты для металлизации офлюсованных железорудных материалов. Присутствие в шихтовых материалах оксидов кальция и магния повышает их восстановимость и прочность при восстановительно-тепловой обработке, уменьшает разру­шение при низких и склонность к слипанию при высоких тем­пературах, улучшает условия науглероживания окатышей в процессе их металлизации. Требования к основности разли­чаются в зависимости от свойств исходных железорудных ма­териалов и типа процесса металлизации. Так, если для установок Мидрекс значение основности специально не оговаривается (обычно оно составляет 0,5—0,8), то для установок ХиЛ оно должно быть * 0,9. Для процесса метал­лизации в условиях Оскольского электрометаллургического комбината основность окатышей из богатого лебединского концентрата рекомендуется * 1,0—1,2.
...
При определенных условиях может возникнуть целесооб­разность получения и применения легированных металлизо­ванных окатышей. Идея добавки в шихту окатышей легирующих добавок представляется интересной, так как дает возмож­ность более равномерно распределить эти добавки в массе стали, а иногда применять эти добавки в виде оксидов, ко­торые подвергнутся восстановлению вместе с железом в вос­становительном агрегате, что значительно снизит цену на эти легирующие добавки.
...
Учитывая тот факт, что в процессе восстановления вред­ные примеси практически из шихты не удаляются, следуе! восстанавливать железорудные материалы с минимальным со­держанием вредных примесей (серы, фосфора, меди, мышьяка и др.). Верхний предел их содержания определяется маркой выплавляемой стали и типом сталеплавильного процесса, однако в любом случае содержание серы и фосфора не 152
...
должно превышать 0,015-0,02%. Серу в большей степени можно удалить при производстве окисленных окатышей из же­лезорудного концентрата. Фосфор при окислительном обжиге не удаляется, поэтому для металлизации можно применять лишь руду с низким содержанием фосфора.
...
Наличие оксидов щелочно-земельных металлов (Na20; К20) . нежелательно (допускается до 0,02 %), так как они способ­ствуют разбуханию и разрушению материалов в процессе вос­становления и тем самым к ухудшению газопроницаемости столба шихты и показателей процесса металлизации.
...
Физические свойства. Эффективность процесса восстанов­ления в движущемся слое в значительной степени зависит от высокой проницаемости столба шихты, способствующей хоро­шему контакту газовой и твердой фаз. Высокая газопрони­цаемость достигается при применении материалов с узким фракционным составом и высокой прочностью на сжатие и истирание. Требования к физическим свойствам железорудно­го сырья (прочности, фракционному составу, истираемости и др.) в значительной мере различаются в зависимости от специфики процесса металлизации, единые критерии оценки качества отсутствуют. Например, для процессов металлиза­ции с использованием газообразных восстановителей (в шахтных печах, ретортах) крупность окатышей должна нахо­диться в пределах 10—30 мм, содержание мелочи (< 5 мм) не должно превышать 5 %, механическая прочность в исходном состоянии— не ниже 2000Н/окатыш, доля окатышей фракции 9,5-16 мм должна составлять 85—95 %; доля фракции > 6,35 мм при испытании в барабане - не менее 95 %; дедя Фракции < 0,6 мм - не более 4 %. Как видно, требования к содержанию мелочи в шихте для шахтных печей металлизации железа жестче, чем для доменных, так как в первых отсутствует кокс, разрыхляющий шихту и служащий опорным каркасом столба шихты.
...
Для вращающихся печей, в которых слой восстанавливае­мого материала невелик и его газопроницаемость не влияет значительно на скорость процесса и производительность Установки, требования к фракционному составу и прочности Железорудного сырья не являются такими жесткими, как для Щахтных печей. Это расширяет возможность более широкого выбора сырья для металлизации во вращающихся печах. Известны примеры работы вращающихся печей не только на
...
должно превышать 0,015-0,02%. Серу в большей степени можно удалить при производстве окисленных окатышей из же­лезорудного концентрата. Фосфор при окислительном обжиге не удаляется, поэтому для металлизации можно применять лишь руду с низким содержанием фосфора.
...
Наличие оксидов щелочно-земельных металлов (Na20; К20) . нежелательно (допускается до 0,02 %), так как они способ­ствуют разбуханию и разрушению материалов в процессе вос­становления и тем самым к ухудшению газопроницаемости столба шихты и показателей процесса металлизации.
...
Физические свойства. Эффективность процесса восстанов­ления в движущемся слое в значительной степени зависит от высокой проницаемости столба шихты, способствующей хоро­шему контакту газовой и твердой фаз. Высокая газопрони­цаемость достигается при применении материалов с узким фракционным составом и высокой прочностью на сжатие и истирание. Требования к физическим свойствам железорудно­го сырья (прочности, фракционному составу, истираемости и др.) в значительной мере различаются в зависимости от специфики процесса металлизации, единые критерии оценки качества отсутствуют. Например, для процессов металлиза­ции с использованием газообразных восстановителей (в шахтных печах, ретортах) крупность окатышей должна нахо­диться в пределах 10—30 мм, содержание мелочи (< 5 мм) не должно превышать 5 %, механическая прочность в исходном состоянии— не ниже 2000Н/окатыш, доля окатышей фракции 9,5-16 мм должна составлять 85—95 %; доля фракции > 6,35 мм при испытании в барабане - не менее 95 %; дедя Фракции < 0,6 мм - не более 4 %. Как видно, требования к содержанию мелочи в шихте для шахтных печей металлизации железа жестче, чем для доменных, так как в первых отсутствует кокс, разрыхляющий шихту и служащий опорным каркасом столба шихты.
...
Для вращающихся печей, в которых слой восстанавливае­мого материала невелик и его газопроницаемость не влияет значительно на скорость процесса и производительность Установки, требования к фракционному составу и прочности Железорудного сырья не являются такими жесткими, как для Щахтных печей. Это расширяет возможность более широкого выбора сырья для металлизации во вращающихся печах. Известны примеры работы вращающихся печей не только на
...
должно превышать 0,015-0,02%. Серу в большей степени можно удалить при производстве окисленных окатышей из же­лезорудного концентрата. Фосфор при окислительном обжиге не удаляется, поэтому для металлизации можно применять лишь руду с низким содержанием фосфора.
...
Наличие оксидов щелочно-земельных металлов (Na20; К20) . нежелательно (допускается до 0,02 %), так как они способ­ствуют разбуханию и разрушению материалов в процессе вос­становления и тем самым к ухудшению газопроницаемости столба шихты и показателей процесса металлизации.
...
Физические свойства. Эффективность процесса восстанов­ления в движущемся слое в значительной степени зависит от высокой проницаемости столба шихты, способствующей хоро­шему контакту газовой и твердой фаз. Высокая газопрони­цаемость достигается при применении материалов с узким фракционным составом и высокой прочностью на сжатие и истирание. Требования к физическим свойствам железорудно­го сырья (прочности, фракционному составу, истираемости и др.) в значительной мере различаются в зависимости от специфики процесса металлизации, единые критерии оценки качества отсутствуют. Например, для процессов металлиза­ции с использованием газообразных восстановителей (в шахтных печах, ретортах) крупность окатышей должна нахо­диться в пределах 10—30 мм, содержание мелочи (< 5 мм) не должно превышать 5 %, механическая прочность в исходном состоянии— не ниже 2000Н/окатыш, доля окатышей фракции 9,5-16 мм должна составлять 85—95 %; доля фракции > 6,35 мм при испытании в барабане - не менее 95 %; дедя Фракции < 0,6 мм - не более 4 %. Как видно, требования к содержанию мелочи в шихте для шахтных печей металлизации железа жестче, чем для доменных, так как в первых отсутствует кокс, разрыхляющий шихту и служащий опорным каркасом столба шихты.
...
обожженных окатышах и кусковых рудах, но также на тонко-измельченных концентратах (Новая Зеландия) и сырых окаты-шах из пыли и шламов металлургического производства (Япония). Для аппаратов с кипящим слоем применяют обычно неокускованное сырье в виде железорудного концентрата определенного фракционного состава, обеспечивающего необ­ходимые газодинамические условия процесса без значитель­ного выноса мелкой фракции.
...
В процессах производства губчатого железа в агрегатах с использованием газообразного восстановителя в качестве железорудного сырья применяют как окатыши, так и кусковые руды, при этом доля окатышей на установках этого типа составила ~ 80 % (без учета установок с реакторами кипя­щего слоя). Предпочтение, которое отдается окатышам, не­смотря на их высокую стоимость, объясняется такими преи­муществами, как узкий фракционный состав и однородность формы, что облегчает контакт твердой и газовой фаз; мень­шее количество мелочи, которую необходимо отделять и обрабатывать; большая однородность химического и минера­логического состава; более низкое количество мелочи в восстановленном продукте. Свойства окатышей можно легко регулировать и приспособить к требованиям соответствующе­го процесса металлизации. Вместе с тем расширяется использование кусковых руд, добавка которых к окатышам предотвращает слипание шихты и позволяет повысить темпе­ратуру восстановления на 100-150 °С и производительность шахтной печи. Физико-химические свойства некоторых видов хселезорудного сырья, опробованного в промышленных усло­виях приведено в табл. 9.
...
Разработанная технология производства окатышей, используемых в доменных печах, как правило, применима и для производства окатышей, подвергаемых металлизации, однако имеет ряд специфических особенностей. Например, в режиме обжига с целью получения окатышей с низким содер­жанием монооксида железа предусматривается более плавный нагрев, а для обеспечения узкого фракционного состава окатышей процесс окомкования осуществляется с отсевом не только мелкой, но и крупной фракций, что обусловливает применение замкнутого цикла даже при использовании чаше-вого окомкователя. Добавка бентонита в шихту для окомко­вания должна быть как можно меньше, или совсем исключена 154
...
обожженных окатышах и кусковых рудах, но также на тонко-измельченных концентратах (Новая Зеландия) и сырых окаты-шах из пыли и шламов металлургического производства (Япония). Для аппаратов с кипящим слоем применяют обычно неокускованное сырье в виде железорудного концентрата определенного фракционного состава, обеспечивающего необ­ходимые газодинамические условия процесса без значитель­ного выноса мелкой фракции.
...
В процессах производства губчатого железа в агрегатах с использованием газообразного восстановителя в качестве железорудного сырья применяют как окатыши, так и кусковые руды, при этом доля окатышей на установках этого типа составила ~ 80 % (без учета установок с реакторами кипя­щего слоя). Предпочтение, которое отдается окатышам, не­смотря на их высокую стоимость, объясняется такими преи­муществами, как узкий фракционный состав и однородность формы, что облегчает контакт твердой и газовой фаз; мень­шее количество мелочи, которую необходимо отделять и обрабатывать; большая однородность химического и минера­логического состава; более низкое количество мелочи в восстановленном продукте. Свойства окатышей можно легко регулировать и приспособить к требованиям соответствующе­го процесса металлизации. Вместе с тем расширяется использование кусковых руд, добавка которых к окатышам предотвращает слипание шихты и позволяет повысить темпе­ратуру восстановления на 100-150 °С и производительность шахтной печи. Физико-химические свойства некоторых видов хселезорудного сырья, опробованного в промышленных усло­виях приведено в табл. 9.
...
Разработанная технология производства окатышей, используемых в доменных печах, как правило, применима и для производства окатышей, подвергаемых металлизации, однако имеет ряд специфических особенностей. Например, в режиме обжига с целью получения окатышей с низким содер­жанием монооксида железа предусматривается более плавный нагрев, а для обеспечения узкого фракционного состава окатышей процесс окомкования осуществляется с отсевом не только мелкой, но и крупной фракций, что обусловливает применение замкнутого цикла даже при использовании чаше-вого окомкователя. Добавка бентонита в шихту для окомко­вания должна быть как можно меньше, или совсем исключена 154
...
обожженных окатышах и кусковых рудах, но также на тонко-измельченных концентратах (Новая Зеландия) и сырых окаты-шах из пыли и шламов металлургического производства (Япония). Для аппаратов с кипящим слоем применяют обычно неокускованное сырье в виде железорудного концентрата определенного фракционного состава, обеспечивающего необ­ходимые газодинамические условия процесса без значитель­ного выноса мелкой фракции.
...
В процессах производства губчатого железа в агрегатах с использованием газообразного восстановителя в качестве железорудного сырья применяют как окатыши, так и кусковые руды, при этом доля окатышей на установках этого типа составила ~ 80 % (без учета установок с реакторами кипя­щего слоя). Предпочтение, которое отдается окатышам, не­смотря на их высокую стоимость, объясняется такими преи­муществами, как узкий фракционный состав и однородность формы, что облегчает контакт твердой и газовой фаз; мень­шее количество мелочи, которую необходимо отделять и обрабатывать; большая однородность химического и минера­логического состава; более низкое количество мелочи в восстановленном продукте. Свойства окатышей можно легко регулировать и приспособить к требованиям соответствующе­го процесса металлизации. Вместе с тем расширяется использование кусковых руд, добавка которых к окатышам предотвращает слипание шихты и позволяет повысить темпе­ратуру восстановления на 100-150 °С и производительность шахтной печи. Физико-химические свойства некоторых видов хселезорудного сырья, опробованного в промышленных усло­виях приведено в табл. 9.
...
Разработанная технология производства окатышей, используемых в доменных печах, как правило, применима и для производства окатышей, подвергаемых металлизации, однако имеет ряд специфических особенностей. Например, в режиме обжига с целью получения окатышей с низким содер­жанием монооксида железа предусматривается более плавный нагрев, а для обеспечения узкого фракционного состава окатышей процесс окомкования осуществляется с отсевом не только мелкой, но и крупной фракций, что обусловливает применение замкнутого цикла даже при использовании чаше-вого окомкователя. Добавка бентонита в шихту для окомко­вания должна быть как можно меньше, или совсем исключена 154
...
обожженных окатышах и кусковых рудах, но также на тонко-измельченных концентратах (Новая Зеландия) и сырых окаты-шах из пыли и шламов металлургического производства (Япония). Для аппаратов с кипящим слоем применяют обычно неокускованное сырье в виде железорудного концентрата определенного фракционного состава, обеспечивающего необ­ходимые газодинамические условия процесса без значитель­ного выноса мелкой фракции.
...
В процессах производства губчатого железа в агрегатах с использованием газообразного восстановителя в качестве железорудного сырья применяют как окатыши, так и кусковые руды, при этом доля окатышей на установках этого типа составила ~ 80 % (без учета установок с реакторами кипя­щего слоя). Предпочтение, которое отдается окатышам, не­смотря на их высокую стоимость, объясняется такими преи­муществами, как узкий фракционный состав и однородность формы, что облегчает контакт твердой и газовой фаз; мень­шее количество мелочи, которую необходимо отделять и обрабатывать; большая однородность химического и минера­логического состава; более низкое количество мелочи в восстановленном продукте. Свойства окатышей можно легко регулировать и приспособить к требованиям соответствующе­го процесса металлизации. Вместе с тем расширяется использование кусковых руд, добавка которых к окатышам предотвращает слипание шихты и позволяет повысить темпе­ратуру восстановления на 100-150 °С и производительность шахтной печи. Физико-химические свойства некоторых видов хселезорудного сырья, опробованного в промышленных усло­виях приведено в табл. 9.
...
Разработанная технология производства окатышей, используемых в доменных печах, как правило, применима и для производства окатышей, подвергаемых металлизации, однако имеет ряд специфических особенностей. Например, в режиме обжига с целью получения окатышей с низким содер­жанием монооксида железа предусматривается более плавный нагрев, а для обеспечения узкого фракционного состава окатышей процесс окомкования осуществляется с отсевом не только мелкой, но и крупной фракций, что обусловливает применение замкнутого цикла даже при использовании чаше-вого окомкователя. Добавка бентонита в шихту для окомко­вания должна быть как можно меньше, или совсем исключена 154
...
за счет ввода других добавок (нонтронитовых глин, извести и др.), так как он повышает содержание пустой породы в металлизованном продукте.
...
Основная масса окисленных окатышей для процессов ме­таллизации производится на обжиговых конвейерных машинах (74,6 %), 18,8 % в шахтных печах и 6,6 % в комбинирован­ных установках типа решетка—трубчатая печь. Преимущест­венное использование конвейерных машин связано с получе­нием на них окатышей более однородных по форме и крупнос­ти, образующих меньше мелочи, а также с возможностью быстрого регулирования технологических параметров и ка­чества окатышей в широких пределах. Окатыши, обжигаемые на установках решетка—трубчатая печь, пользуются меньшим спросом из-за повышенного расхода бентонита и плотной низкопористой структуры, образующейся в результате уплот­нения окатышей во вращающейся печи. Такая структура ока­тышей, с одной стороны, уменьшает скорость восстановления их, что снижает производительность шахтных печей, с дру­гой стороны, она повышает прочность окатышей при восста­новлении, что улучшает газопроницаемость столба шихтовых материалов. В связи с этим вопрос применения таких окаты­шей для процессов металлизации должен решаться в зависи­мости от конкретных условий.
...
В большинстве случаев, в частности при металлизации в шахтных печах, стремятся к получению окисленных окатышей с ббльшей пористостью, обеспечивающей высокую окислен-ность их на стадии обжига и высокую восстановимость на стадии металлизации. При восстановлении высокоокисленных
...
(гематитовых) окатышей образуется мелкопористая струк­тура, в результате чего зерна гематита восстанавливаются полностью до железа. При восстановлении зерен магнетита, присутствующего в окатышах при неполном окислении, вокруг них образуется плотная металлическая оболочка, что пре­пятствует их дальнейшему восстановлению, затрудняет до­стижение высокой степени металлизации окатышей. На рис 39 показана зависимость между содержанием двухвалентного железа в окатышах фирмы ЖАБ (Швеция) и продолжитель­ностью их восстановления до степени восстановления 95%.
...
за счет ввода других добавок (нонтронитовых глин, извести и др.), так как он повышает содержание пустой породы в металлизованном продукте.
...
Основная масса окисленных окатышей для процессов ме­таллизации производится на обжиговых конвейерных машинах (74,6 %), 18,8 % в шахтных печах и 6,6 % в комбинирован­ных установках типа решетка—трубчатая печь. Преимущест­венное использование конвейерных машин связано с получе­нием на них окатышей более однородных по форме и крупнос­ти, образующих меньше мелочи, а также с возможностью быстрого регулирования технологических параметров и ка­чества окатышей в широких пределах. Окатыши, обжигаемые на установках решетка—трубчатая печь, пользуются меньшим спросом из-за повышенного расхода бентонита и плотной низкопористой структуры, образующейся в результате уплот­нения окатышей во вращающейся печи. Такая структура ока­тышей, с одной стороны, уменьшает скорость восстановления их, что снижает производительность шахтных печей, с дру­гой стороны, она повышает прочность окатышей при восста­новлении, что улучшает газопроницаемость столба шихтовых материалов. В связи с этим вопрос применения таких окаты­шей для процессов металлизации должен решаться в зависи­мости от конкретных условий.
...
В большинстве случаев, в частности при металлизации в шахтных печах, стремятся к получению окисленных окатышей с ббльшей пористостью, обеспечивающей высокую окислен-ность их на стадии обжига и высокую восстановимость на стадии металлизации. При восстановлении высокоокисленных
...
(гематитовых) окатышей образуется мелкопористая струк­тура, в результате чего зерна гематита восстанавливаются полностью до железа. При восстановлении зерен магнетита, присутствующего в окатышах при неполном окислении, вокруг них образуется плотная металлическая оболочка, что пре­пятствует их дальнейшему восстановлению, затрудняет до­стижение высокой степени металлизации окатышей. На рис 39 показана зависимость между содержанием двухвалентного железа в окатышах фирмы ЖАБ (Швеция) и продолжитель­ностью их восстановления до степени восстановления 95%.
...
Поведение при восстановлении. Производительность вос­становительного агрегата, в частности шахтной печи, в значительной степени определяется восстановимостыо и по­ведением железорудных материалов при восстановлении. При выборе железорудных материалов для прямого восстановления необходимо учитывать, что некоторые виды из них обладают хорошей восстановимостью до степени восстановления 60 % и очень плохой в интервале 60-90%. Такое различие в ско­ростях восстановления объясняют различием механизмов вос­становления, действующих на начальной и конечной стадиях процесса. Если до степени восстановления 60 % процесс восстановления определяется химической реакцией и диффу­зией газа по порам, то при последующем восстановлении решающее влияние на Процесс оказывает диффузия в твердой фазе., в связи с чем восстановимость определяется уже не пористостью, а структурой и строением восстанавливаемой фазы.
...
Имеются материалы (отдельные плотные кусковые руды), которые невозможно восстановить на 90 % при обычных тем­пературах восстановления и любой продолжительности про­цесса. Такие материалы, вполне пригодные для использова­ния в доменных печах, совершенно не подходят для устано­ви прямого восстановления. Поэтому при оценке материалов Для прямого восстановления важно знать время, необходимое Для достижения максимально возможной степени восстановле­ния, или какой степени восстановления можно достичь за определенный промежуток времени.
...
ным железорудным материалам, является их высокая проу. ность при восстановлении (горячая прочность) и малое Со. держание мелких фракций (0-5 мм). Однако уже давно из­вестно, что при восстановлении все железорудные материалы теряют прочность, только одни в большей, другие в меньшей степени. Многочисленными исследованиями установлено, что заметное падение прочности железорудных материалов проис­ходит начиная с 500 °С, с дальнейшим повышением темпера­туры это явление сначала проявляется сильно, а затем (с 950—1000 °С) слабее. Минимальная прочность соответствует степени восстановления 20-50%, т.е. относится, главным образом, к области существования вюстита.
...
Потеря прочности материала, как правило, сопровождает­ся увеличением его объема (разбуханием), оказывающим отрицательное влияние на газопроницаемость слоя. Катаст­рофическим считается увеличение объема более чем на 25—30%. Однако отсутствие заметного разбухания не озна­чает, что разупрочнения не происходит.
...
Железорудные материалы, полученные с образованием при их термообработке большого количества расплава, находяще­гося в их структуре в виде застывшей связки, как правило, имеют большую прочность при восстановлении. В связи с этим агломераты чаще всего имеют более высокую горячую прочность, чем руды и окатыши. Однако прямая связь между количеством расплава в окускованном материале и его проч­ностью при восстановлении отсутствует, так как кроме ко­личества жидкой фазы на горячую прочность влияют ее физи­ко-химические свойства (вязкость, смачивание твердой сос­тавляющей, поверхностное натяжение, состав), условия ее кристаллизации и др. На поведение материалов при восста­новлении оказывает также состав газа. При восстановлений оксидом углерода при низких температурах железорудные материалы теряют свою прочность в большей мере, чем при восстановлении водородом.
...
Потеря прочности железорудных материалов в процессе восстановления происходит в основном по следующим причи­нам. При низкотемпературном восстановлении кристалло-химические превращения гематита в магнетит происходя1 через промежуточное соединение маггемит, появление кото­рого (до 900 °С) экспериментально было подтвержден» Ю.Б.Войтсковским и С.М.Крейниным, и сопровождается знако-158
...
ным железорудным материалам, является их высокая проу. ность при восстановлении (горячая прочность) и малое Со. держание мелких фракций (0-5 мм). Однако уже давно из­вестно, что при восстановлении все железорудные материалы теряют прочность, только одни в большей, другие в меньшей степени. Многочисленными исследованиями установлено, что заметное падение прочности железорудных материалов проис­ходит начиная с 500 °С, с дальнейшим повышением темпера­туры это явление сначала проявляется сильно, а затем (с 950—1000 °С) слабее. Минимальная прочность соответствует степени восстановления 20-50%, т.е. относится, главным образом, к области существования вюстита.
...
Потеря прочности материала, как правило, сопровождает­ся увеличением его объема (разбуханием), оказывающим отрицательное влияние на газопроницаемость слоя. Катаст­рофическим считается увеличение объема более чем на 25—30%. Однако отсутствие заметного разбухания не озна­чает, что разупрочнения не происходит.
...
Железорудные материалы, полученные с образованием при их термообработке большого количества расплава, находяще­гося в их структуре в виде застывшей связки, как правило, имеют большую прочность при восстановлении. В связи с этим агломераты чаще всего имеют более высокую горячую прочность, чем руды и окатыши. Однако прямая связь между количеством расплава в окускованном материале и его проч­ностью при восстановлении отсутствует, так как кроме ко­личества жидкой фазы на горячую прочность влияют ее физи­ко-химические свойства (вязкость, смачивание твердой сос­тавляющей, поверхностное натяжение, состав), условия ее кристаллизации и др. На поведение материалов при восста­новлении оказывает также состав газа. При восстановлений оксидом углерода при низких температурах железорудные материалы теряют свою прочность в большей мере, чем при восстановлении водородом.
...
Потеря прочности железорудных материалов в процессе восстановления происходит в основном по следующим причи­нам. При низкотемпературном восстановлении кристалло-химические превращения гематита в магнетит происходя1 через промежуточное соединение маггемит, появление кото­рого (до 900 °С) экспериментально было подтвержден» Ю.Б.Войтсковским и С.М.Крейниным, и сопровождается знако-158
...
ным железорудным материалам, является их высокая проу. ность при восстановлении (горячая прочность) и малое Со. держание мелких фракций (0-5 мм). Однако уже давно из­вестно, что при восстановлении все железорудные материалы теряют прочность, только одни в большей, другие в меньшей степени. Многочисленными исследованиями установлено, что заметное падение прочности железорудных материалов проис­ходит начиная с 500 °С, с дальнейшим повышением темпера­туры это явление сначала проявляется сильно, а затем (с 950—1000 °С) слабее. Минимальная прочность соответствует степени восстановления 20-50%, т.е. относится, главным образом, к области существования вюстита.
...
Потеря прочности материала, как правило, сопровождает­ся увеличением его объема (разбуханием), оказывающим отрицательное влияние на газопроницаемость слоя. Катаст­рофическим считается увеличение объема более чем на 25—30%. Однако отсутствие заметного разбухания не озна­чает, что разупрочнения не происходит.
...
Железорудные материалы, полученные с образованием при их термообработке большого количества расплава, находяще­гося в их структуре в виде застывшей связки, как правило, имеют большую прочность при восстановлении. В связи с этим агломераты чаще всего имеют более высокую горячую прочность, чем руды и окатыши. Однако прямая связь между количеством расплава в окускованном материале и его проч­ностью при восстановлении отсутствует, так как кроме ко­личества жидкой фазы на горячую прочность влияют ее физи­ко-химические свойства (вязкость, смачивание твердой сос­тавляющей, поверхностное натяжение, состав), условия ее кристаллизации и др. На поведение материалов при восста­новлении оказывает также состав газа. При восстановлений оксидом углерода при низких температурах железорудные материалы теряют свою прочность в большей мере, чем при восстановлении водородом.
...
Потеря прочности железорудных материалов в процессе восстановления происходит в основном по следующим причи­нам. При низкотемпературном восстановлении кристалло-химические превращения гематита в магнетит происходя1 через промежуточное соединение маггемит, появление кото­рого (до 900 °С) экспериментально было подтвержден» Ю.Б.Войтсковским и С.М.Крейниным, и сопровождается знако-158
...
переменным изменением объема вследствие изменения типа кристаллической решетки. Возникающие напряжения приводят к образованию трещин и потере прочности (и даже разруше­нию) образца.
...
На стадии восстановления железа из вюстита в высоко­температурной области происходит образование волокон или игл металлического железа, нарушающих сплошность структу­ры и разрушающих образец. Но это явление наблюдается не всегда, и причины его выяснены недостаточно, но одной из них может служить внедрение ионов щелочных и щелочно­земельных металлов в решетку оксидов железа, усиливающих анизотропию восстановления по различным кристаллографи­ческим осям решетки оксидов железа.
...
Снижению прочности железорудных материалов при восста­новлении может способствовать также отложение сажистого углерода, происходящее лишь в низкотемпературной области. В зависимости от условий может преобладать первый или второй механизм разупрочнения или сразу оба.
...
Как правиле, увеличение скорости процесса восстановле­ния образца отрицательно сказывается на его горячей проч­ности, поскольку напряжения не'успевают релаксировать и реализуются в виде трещин и других нарушений структуры образцов. А поскольку на первом этапе восстановления ско­рость процесса зависит от площади контакта газа-восстановителя с твердым оксидом, основным фактором, влияющим на поведение железорудных материалов при восста­новлении, является их структура. Чем выше удельная по­верхность пор, тем более вероятно протекание восстановле­ния во всем объеме окатышей и выше скорость восстановле­ния, тем ниже прочность и выше разрушаемость окатышей. По Данным ЮсфинаЮ.С. и Трофимова В.П., для окатышей различ­ного состава, изготовленных из Лебединского концентрата, прочность при восстановлении (водородом при 800 °С) зави­сит от скорости восстановления следующим образом:
...
переменным изменением объема вследствие изменения типа кристаллической решетки. Возникающие напряжения приводят к образованию трещин и потере прочности (и даже разруше­нию) образца.
...
На стадии восстановления железа из вюстита в высоко­температурной области происходит образование волокон или игл металлического железа, нарушающих сплошность структу­ры и разрушающих образец. Но это явление наблюдается не всегда, и причины его выяснены недостаточно, но одной из них может служить внедрение ионов щелочных и щелочно­земельных металлов в решетку оксидов железа, усиливающих анизотропию восстановления по различным кристаллографи­ческим осям решетки оксидов железа.
...
В связи с вышеизложенным все мероприятия, обеспечиваю, щие получение окатышей с более плотной структурой, приво. дят к росту горячей прочности окатышей.
...
Значительное влияние на поведение окатышей при восста­новлении оказывает количество расплава, источником кото­рого служит пустая порода железорудного материала. Между тем, как было указано ранее, для металлизации желательно использовать железорудные материалы с минимальным содер­жанием пустой породы. Такие материалы дают при окисли­тельном обжиге очень мало расплава. Так, если предполо­жить образование в качестве источника расплава силиката железа
...
с учетом молярных масс кремнезема (60) и фаялита (204), из единицы кремнезема может образоваться 204:60 = 3,4 единицы расплава. Практика показала, что для получения прочных при восстановлении образцов следует иметь в структуре * 10—12 % связки. Из приведенной реакции видно, что при наличии в железорудном материале 2—3% Si02 (с общим содержанием пустой породы 4—5 %), даже если все они перейдут в связку, указанного количества связки не полу­чается, и окатыши будут иметь пониженную горячую проч­ность. В связи с этим в Швеции, на фабрике Кируна, при производстве окатышей для доменного производства из бога­того концентрата вынуждены были повысить содержание крем­незема с 1,0 до 4,3 % (пустой породы с 2,3 до 7,5 %) и тем самым поднять горячую прочность окатышей.
...
В этих условиях фактором, существенно повышающим горя­чую прочность окатышей, является офлюсование. Опыты, про­веденные в МИСиС, показали, что офлюсованные окатыши, изготовленные из богатых концентратов, имеют более высо­кую горячую прочность, чем неофлюсованные, что существен­но повышает эффективность процесса металлизации, а опти­мальная основность зависит от содержания пустой породы1 чем меньше пустой породы, тем выше основность окатышей.
...




    Технология термической обработки металлов
    Сварка и свариваемые материалы: В 3-х т. Т. 1. Свариваемость материалов. Справ. изд.
    Двойные и тройные карбидные и нитридные системы переходных металлов: Справ, изд.
    Новые процессы получения металла (металлургия железа)
    Суперсплавы II: Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок. Книга 1
    Суперсплавы II: Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок. Книга 2
    Сплавы с эффектом памяти формы

    rss
    Карта