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).