Подготовка рудных материалов

Свойства окатышей. В нашей стране производят неофлюсованные окатыши и офлюсованные с основностью 0,4—1,25. Окатыши разных заводов содержат, %: Fe 58-67; Si0₂ 3,3-12; CaO 0,1-4,8; Al₂0₃ 0,2-1,1; MgO 0,2-1,1; S 0,001-0,08; P 0,007-0,01.

Крупность окатышей должна составлять 5-18 мм, допускается содержание не более 3 % фракций крупностью менее 5 мм.

Холодную прочность  окатышей определяют по величине усилия, необходимого для раздавливания  окатыша, и результатам испытаний во вращающемся барабане, проводимых как и при испытании прочности агломерата. Усилие раздавливания составляет 1,5-2,5 кН на окатыш; барабанная проба (выход фракции крупностью более 5 мм) холодных окатышей составляет 82—97 % при норме не менее 95 %.

Горячую прочность (прочность  при восстановлении) определяют по величине раздавливающего усилия восстановленного до определенной степени горячего или охлажденного окатыша, и по газопроницаемости и усадке восстанавливаемого слоя окатышей, находящихся под нагрузкой. Установлено, что горячая прочность сильно снижается по мере восстановления окатыша. Горячая прочность возрастает при увеличении плотности структуры окатыша, в частности, при обжиге с получением определенного количества жидкой фазы.

Восстановимость определяется удельной поверхностью доступных для  газа-восстановителя пор и размером окатыша. Наилучшая восстановимость у окатышей, обожженных при 1000-1150 °С с упрочнением по твердофазному механизму и с пористой неоплавленной структурой. Но из-за малой прочности таких окатышей обжиг ведут при 1200—1350 °С. Появление при этих температурах жидкой фазы и оплавленных участков в окатыше несколько снижает восстановимость. Восстановимость падает по мере роста диаметра окатышей и особенно резко при диаметре более 16—18 мм.

По сравнению с агломератом  производство окатышей характеризуется меньшим отсевом мелочи, дополнительным расходом топлива; у окатышей выше содержание железа и ниже основность, а себестоимость их производства примерно одинакова. Основным преимуществом окатышей является более высокая холодная прочность, что позволяет транспортировать их на большие расстояния; однако их горячая прочность ниже, и содержание мелочи в шахте печи при проплавке агломерата и окатышей выравнивается.

Металлизованные окатыши. В последнее время в доменном производстве опробованы металлизованные окатыши, в которых часть оксидов железа восстановлена до железа. Повышение степени металлизации окатышей на каждые 10% обеспечивают снижение расхода кокса на 4,5—6 % и увеличение производительности доменной печи на 5—7 %. На металлизацию расходуется топлива больше, чем кокса на восстановление железа в доменной печи, но это более дешевое и менее дефицитное топливо, чем кокс (уголь, природный газ).

7. Топливо и огнеупоры

Основным топливом доменной плавки является кокс — кусковой пористый материал из спекшейся углеродистой (83—88 % С) массы, получающейся при прокаливании каменного угля без доступа воздуха. Вследствие своей прочности, термостойкости (способности не растрескиваться) и способности не спекаться кокс сохраняет форму кусков на всем пути движения шихты от колошника до горна. Благодаря этому кокс разрыхляет столб шихты в печи, обеспечивая необходимую ее газопроницаемость. В нижней части печи (в заплечиках и горне) только кокс остается в твердом состоянии, образуя как бы подвижную дренажную решетку (коксовую насадку), через которую в горн стекают жидкие продукты плавки, а вверх проходят газы.

Естественные твердые  виды топлива не пригодны для доменной плавки вследствие низкой термостойкости и из-за склонности к спекаемости, поэтому кокс не может быть заменен другим топливом; возможна лишь частичная замена кокса газообразным, жидким и пылеугольным топливом.

Как топливо кокс, сгорая у фурм, обеспечивает доменную печь теплом, необходимым для нагрева  и расплавления шихты и протекания процессов восстановления железа из оксидов. Кроме того, углерод кокса является восстановителем и служит для науглероживания железа, а продукт сгорания кокса — газ СО также является восстановителем.

Кокс получают сухой  перегонкой (нагревом до 1100 °С без доступа воздуха) коксующихся каменных углей в коксовых печах, представляющих собой камеры из динасового кирпича высотой 5—7, длиной 15—17 и шириной 0,4—0,45 м; их объем составляет 30—42 м³. В камеру объемом 30 м³ загружают 22 т шихты.

Плоские камеры объединены в коксовые батареи (рис. 18) по 60—80 параллельно расположенных камер. С торцов каждая камера герметично закрыта съемными дверями, а в своде камер есть 3-4 люка для загрузки шихты из бункеров загрузочного вагона 11. производительность батареи достигает 2000 т/cут.

Рис. 18. Общий вид коксовой батареи:

1 - приемный бункер для сырого каменного угля; 2 — конвейер; 3 — рампа выгрузки охлажденного кокса; 4 - тушильный вагон; 5 - кокс; 6 - регенераторы; 7 — камера коксования; 8 — штанга коксовыталкиватееля; 9 — коксовыталкиватель; 10 — отвод коксового газа; 11 — загрузочный вагон; 12 — распределительная башня; 13 — тушильная башня; 14 — отделение для дробления и смешивания угля

 

 

Коксовые печи отапливают доменным и коксовым газами, сжигаемыми в простенках между камерами — в вертикалах (рис. 19). Для получения в вертикалах высокой температуры пла-7 мени (1400 °С) воздух и доменный газ перед подачей в вертикалы нагревают в регенераторах 1. Под каждым вертикалом расположено по два регенератора (камеры), которые заполнены решетчатой кладкой из огнеупорного кирпича. В каждую пару регенераторов поочередно с интервалом в 20—30 мин то направляют из вертикалов горячие дымовые газы, нагревающие насадку, то холодные воздух и доменный газ (раздельно), которые нагреваются, охлаждая насадку. Из регенераторов нагретые воздух и доменный газ поступают в вертикалы, а дымовые газы через борова уходят в трубу.

Для коксования применяют  коксовые, паровично-жирные, паровично-спекающиеся  и газовые угли. Предварительно уголь дробят и обогащают для снижения зольности. Далее составляют шихту, смешивая разные угли в требуемом соотношении. Затем шихту подвергают окончательному дроблению и помолу и направляют в распределительную башню (рис. 18, поз. 12). В шихте должны быть фракции размером менее 3 мм, так как это способствует получению кокса с меньшим количеством трещин.

Коксование загруженной  в камеру порции шихты длится 14,5—16 ч. В процессе нагрева при температурах 350—500 °С происходит размягчение и плавление угля и начинается сильное выделение летучих веществ, которые ьспучивают массу   и   делают   ее   пористой.   При   500—600 °С   масса   интен сивно разлагается с выделением летучих; по мере их выде ления в массе возрастает содержание углерода, увеличивается вязкость массы и она затвердевает, переходя в полукокс. При дальнейшем нагреве до 1100 °С выделяются все летучие, и аморфный углерод превращается в кристаллический графит, обладающий высокой твердостью и прочностью. Коксовый пирог, открыв торцевые двери камеры, выталкивают (рис. 18) с помощью штанги 8 коксовыталкивателя 9 в тушильный вагон 4, доставляющий кокс в башню 13, где его заливают водой, либо на установку сухого тушения, где кокс охлаждают потоком азота. После водяного тушения кокс из тушильного вагона через рампу 3 выгружают на конвейер 2, доставляющий кокс в доменный цех. Сухое тушение, внедряемое в последние годы, предпочтительнее по следующим причинам: а) уменьшается растрескивание кокса, т.е. его потери в виде мелочи; б) снижается влажность кокса (0,5— 1,0 % вместо 2—5 % при тушении водой); в) тепло нагретого азота используется для выработки пара, а при тушении водой безвозвратно теряется.

Выделяющиеся из коксовой печи летучие ("грязный коксовый газ" в количестве 300—320 м³ т/шихты) направляют в химические цехи, где из них извлекают смолы, аммиак и бензол, из которых при дальнейшей переработке получают до 500 других ценных продуктов (лаки, краски, растворители, лекарства, пек и др.). После химических цехов очищенный коксовый газ содержит, %: 56-60 Н₂; 23-26 СН₄; 2-4 С_тН„; 5—7 СО; 2—3 СО_г; 3—7 N₂. Его теплота сгорания составляет 16,8—18,4 МДж/м³. Газ используют в качестве топлива на металлургическом заводе.

Рис. 19.    Схематический    разрез

коксовой  батареи: 3 4 5

1 — регенераторы;

2 — обогреваемые вертикалы;

3 — обводной канал;

4 — отверстия для 
загрузки    шихты;

5 —    камера коксования

 

 

Свойства кокса. Кокс содержит 83—88 % углерода; 8—13 % золы; 0,7-1,5% летучих; 0,5-5% влаги; 0,4-1,8% серы; 0,02—0,05 % фосфора. Кокс хорошего качества светло-серого цвета и при ударе куска о кусок издает легкий звон. Удельное количество тепла при сгорании кокса 28000—31500 кДж/кг. Наряду с высокой теплотой сгорания кокс как доменное топливо должен обладать определенным комплексом свойств, эти основные свойства следующие:

— высокая прочность, чтобы кокс не был раздавлен столбом вышележащей шихты в печи и не истирался при движении от колошника до фурм, а также высокая термостойкость, чтобы   он   не   растрескивался  при   нагреве.   В  случае   измельчения в печи кокса сильно снижается газопроницаемость шихты. Прочность кокса определяют в барабане диаметром 1м и длиной 1 м, на внутренней поверхности которого по всей длине приварены четыре угловых профиля. Для истирания берут 50 кг кокса. Барабан вращается с частотой 25 об/мин в течение 4 мин. Затем кокс рассеивают на сите. Показателями прочности кокса служат величины выхода класса более 40 мм (показатель М40) и менее 10 мм (показатель М10), выраженные в процентах. Величина М40 должна составлять 72-82, а М10 8,5-10%;

• малое содержание золы, основными составляющими которой являются Si0₂ и А1₂О_э. Для их ошлакования необходимо увеличивать расход флюса, что увеличивает количество шлака. Увеличение зольности кокса на 1 % вызывает снижение производительности печи на 1,3% и увеличение расхода кокса на 1,3 %. Зола также снижает прочность кокса;
• неспекаемость в условиях доменного процесса;
• определенный размер кусков— от 25 до 60мм; загружать в печь более мелкий кокс недопустимо, так как при этом ухудшается газопроницаемость шихты;
• малое содержание вредных примесей серы и фосфора. Содержание фосфора в коксе невелико — < 0,05 %. Для перевода при плавке поступающей с коксом серы в шлак необходимо увеличивать расход флюса, что ведет к снижению производительности печи и увеличению расхода кокса. Количество серы в коксе определяется ее содержанием в исходном угле; кокс из кузнецких, печорских, карагандинских углей содержит 0,4—0,7% серы, кокс из донецких углей 1,4—1,8 %;
• малое и, что особенно важно, постоянное содержание влаги. Неучитываемые колебания количества влаги во взвешиваемом коксе при его дозировании приводят к тому, что действительное количество поступающего в печь кокса будет отличаться от расчетного, а это нарушает заданный тепловой режим работы печи. При сухом тушении влажность кокса составляет 0,4—1 %, при тушении водой 2—5 %;
• высокая пористость, благодаря чему достигается высокая скорость сгорания кокса. Обычно пористость кокса находится в пределах 37—53 %.

Другие виды топлива. Кокс является дорогостоящим и дефицитным материалом, поскольку запасы коксующихся углей во многих странах невелики. В связи с этим в последние годы при доменной плавке часть кокса заменяют природным газом, мазутом или пылевидным топливом. Природный газ содержит 90—98% углеводородов (главным образом, СН₄ и С₂Н₆) и небольшое количество азота (около 1%, а в газе Ишимбайского месторождения до 10%).

Мазут представляет собой  тяжелый остаток прямой перегонки и крекинга нефти. Горючая масса мазута содержит 84-88% С, 10-12% Н₂, 0,3-0,5% О, и 0,5-4% S. В качестве пылевидного топлива обычно используют молотый каменный уголь.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Библиографический список

1. Воскобойников В.Г, Кудрин В.А, Якушев А.М. Общая металлургия. – М.: ИКЦ « Академкнига », 2005. – 768 с.: 253 ил.
2. Скоров В.А. Обогатитель горнорудной промышленности. – М.: ГОСГОРТЕХИЗДАТ, 1961. – 309 с.
3. http://dic.academic.ru/
4. http://ru.wikipedia.org/wiki/