Топливо и восстановитель для металлургии железа.
Процессы получения восстановительного газа из жидкого топлива не отличаются от аналогичных процессов с применением газообразного топлива, однако имеют свои особенности. Для восстановительного газа с повышением содержанием СО характерна склонность к образованию сажистого углерода. Еще более благоприятные условия для выделения сажи создаются при применении воздушной конверсии жидких углеводородов, при которой до 30% топлива не газифицируется, что приводит к наличию в восстановительном газе до 57 г сажистого углерода на 1 м3 сухого газа. Помимо содержания в восстановительном газе сажистого углерода, существенным недостатком описанных процессов является также снижение восстановительной способности получаемого газа за счет присутствия в нем значительного количества азота, переходящего из воздуха. Горючее, употребляемое для доменной плавки, служит не только для нагрева шихты и ее расплавления, но также и как основной химический реагент для восстановительных процессов в печи и науглероживания железа. Для доменного процесса требуется прочное и неспекающееся твердое топливо. Следует учитывать, что твердое топливо занимает значительный объем доменной печи и большая его часть должна сохраниться твердой, кусковой и прочной вплоть до сжигания у фурм печи, с тем чтобы обеспечить высокую газопроницаемость столба шихтовых материалов. Такое топливо можно лишь частично заменить другим (жидким, газообразным и пылевидным). К твердому топливу предъявляют основные требования: 1. Высокая теплота сгорания и пирометаллургическая способность. 2. Достаточная прочность и термостойкость, чтобы не образовывалось много мелочи при нагреве топлива и прохождении его через печь. 3. Неспекаемость в условиях доменного процесса. 4. Достаточная чистота по содержанию вредных примесей — серы и фосфора. Желательно также, чтобы в топливе было немного золы, особенно кремнезема и глинозема, требующих применения флюсов. Топлива естественных видов не удовлетворяют этим требованиям главным образом вследствие низкой термостойкости и спекаемое. Поэтому для доменной плавки приходится специально изготовлять твердое топливо: кокс или древесный уголь. 30. Получение жидкого металла по схеме «восстановление – плавление». Разделение низкотемпературной («восстановление») и высокотемпературной («плавление») областей и создание комбинации из двух агрегатов — шахты и горна. Опыт действующей установки Корекс позволяет определить некоторые условия и перспективы развития направления восстановление — плавление. 1. Процесс получения жидкого металла с использованием углей и высокой степенью утилизации химического потенциала горновых газов может быть в зависимости от конкретных условий экономически и технологически приемлемым 2. В отличие от жидкофазного восстановления процесс «восстановление—плавление» обеспечивает возможность получения как передельных, так и литейных чугунов, а также чугунов с повышенным содержанием марганца. 3 Расход угля на производство 1 т чугуна, по-видимому, не может быть ниже 800—900 кг, причем лимитирующими являются условия восстановления железа в шахтной печи. 4 Для процесса требуется обязательное обеспечение техническим кислородом в количестве 600- -700 м3/т. 5. Процесс может быть осуществлен лишь при наличии кусковою железорудного сырья. Следовательно, наличие фабрик окускования обязательно. 6. Наличие двух агрегатов и требования синхронизации их работы создают трудности для нормального функционирования установки получения чугуна. 7. По сравнению с агрегатом ПЖВ установка Корекс отличается более низкой удельной производительностью. 8. Плохо просматриваются методы управления процессом (регулирование состава чугуна, температуры в плавильном агрегате и т. д.). 9. Неясны основные ресурсо-экологические характеристики. Неизвестны коэффициенты распределения элементов между чугуном, шлаком и газом. 10. Не просматривается роль этого процесса в реализации глобального рециклинга. Наиболее освоенной схемой процесса восстановление — плавление является вариант шахтная печь — горн, т. е. две части доменной печи, разрезанной по горизонтали, поставленные рядом друг с другом. Это позволяет решить, по существу, лишь одну задачу: замену кокса недефицитным видом твердого топлива. Вторая задача, решаемая процессом жидкофазного восстановления, — использование неокускованной железорудной шихты — не достигается. Процесс Корекс. Обожженные окисленные окатыши или кусковая руда вместе с кусками известняка или доломита (размеры кусков шихты 6—20 мм) сгружаются в первый агрегат — шахтную печь высотой 19 м и внутренним диаметром 5 м. Снизу через фурмы в шахту вдувается газ-восстановитель из второго (плавильного) агрегата при температуре 820 °С. Таким образом, в шахтной печи протекают процессы, аналогичные процессам металлизации в шахтных печах твердофазного восстановления. Отходящий из шахтной печи газ частично используется для охлаждения газа-восстанови теля, выходящего из плавильного агрегата. Время пребывания шихты в шахтной печи 7—9 ч, конечная степень металлизации 93%. Металлизованные окатыши направляются во второй (плавильным) агрегат (аналог горна доменной печи), где в токе кислорода при температуре около 2500 °С сгорает твердое топливо и формируются чугун и шлак. Температура жидких продуктов плавки выше 1500 С. В отличие от процессов жидкофазного восстановления в одном агрегате в установке Корекс в горне происходит активное восстановление кремния, марганца, фосфора, десльфурация чугуна шлаком, науглероживание металла. Корекс-процесс выплавки жидкого чугуна на основе угля вместо кокса. Данный процесс газифицирует некоксующийся уголь в плавильном реакторе, и газ также используется для производства жидкого чугуна. Газифицированный уголь подается в шахтную печь, где он вступает в реакцию с кислородом железной руды, окатышей или агломерата. После этого полученный чугун подается в плавильный реактор. Состоит из 2-х частей: 1. восстановительная шахта, 2. плавильный агрегат (газификатор). Восстановление до губчатого железа. Потом подаётся шнековым транспортёром в плавильную газификационную камеру. T=1600 C. Состав чугуна: 4,24 С, 0,6 Si, 0,33 S, 0,16 P. Расход угля 1180 кг/т.ч. Подаётся уголь и вдувается кислород.
31. Получение жидкого металла по схеме «плавление – восстановление». Исключение низкотемпературной области процесса и совмещение процессов плавления и восстановления в одной области. При этом идет преимущественно прямое восстановление оксидов, химическая и тепловая энергия отходящих газов не используется (схема «плавление — восстановление»). Процесс Ромелт. Продуктом процесса является чугун, выплавляемый в агрегате типа горн из необогащенной железной руды и недефицитного угля, размер кусков которых не контролируется. Таким образом, для этого процесса из современной трехступенчатой схемы производства исключаемся первая стадия: обогащение и окускование железорудного сырья и обогащение углей и их коксование. Перспективы процесса жидкофазного восстановления в одном агрегате: - Достигается экономически выгодный расход топлива; -Получение в агрегатах жидкофазного восстановления особо чистых по примесям чугунов; -Использование агрегатов для жидкофазного восстановления для переработки цинксодержащих материалов; -Применение печей для жидкофазного восстановления может успешно использоваться для переработки техногенных и бытовых отходов определенного типа; -Использование агрегатов ПЖВ для газификации твердых топлив различного вида; -Использование процессов жидкофазного восстановления для целей микрометаллургии. Через нижние фурмы вдувается кислородно-воздушная смесь, которая интенсивно перемешивает шлак. На уровне нижних фурм располагаются кессоны (водоохлаждаемые стенки). На них образуется плотный шлаковый гарнисаж. Для дожигания выделяющихся газов (CO, H2) и возврата тепла в ванну через верхние фурмы подаётся кислород. Шихта непрерывно загружается сверху. Снизу на разных уровнях вытекает чугун (ниже) и шлак. В плавильно-воссановительной печи Poмелт имеют место все четыре укрупненные зоны, характерные для одностадийных процессов жидкофазного восстановления,а именно: металлическая ванна, шлаковая барботируемая ванна, зона дожигания и зона свободного пространства в верхней части плавильно-восстановительной печи.
Шлаковую ванну на три зоны в соответствии с особенностью протекающих в них процессов и выделяют таким образом в плавильно-восстановителной печи 5 зон, не считая зоны свободного подкупольного пространства печи. 1.Зона спокойного металла (температура 1350—1400 °С) в горне печи. 2.Зона спокойного шлака (температура 1400—1450 °С) подуровнем барботажных фурм. 3. Нижняя часть зоны барботируемого слоя шлака с температурой 1450—1500 °С, расположенная непосредственно над барботажными фурмами. 4. Верхняя часть барботируемого слоя шпака с температурой 1500—1550 °С (поверхностный слой). 5. Зона дожигания (1750—1850 'С).
|