Рисунок 1 -Світове виробництво металізованої сировини за технологіями
Рисунок 2 – Процеси у рабочому просторі печі з обертаючимся подом
Актуальність
Актуальна менш витратна технологія вуглетермічного відновлення брикетів, отриманих з техногенних відходів (окалина, пил і шлами сталеплавильного виробництва) з використанням нагрівальної печі, яка доступна металургійним підприємствам України. Ціни, що ростуть, на конкуруючі види сировини: металобрухт і чавун; спадкова забрудненість металобрухту домішками кольорових металів (мідь, цинк, олово, свинець), які практично не видаляються при подальших обробках; накопичення техногенних залізовмісних відходів (прокатна окалина, пил і шлами доменного, конвертерного і електросталеплавильного виробництва), які можуть бути утилізовані при виробництві металізованої сировини; розвиток концепції міні-заводів, в якій реалізується технологічний маршрут: металізована сировина- сталь (ДСП), все це є причинами підвищеного інтересу до металізованої сировини.
Мета
Дослідження процесів вуглетермічного відновлення рудо-вугільних матеріалів, які призначені для використання в якості металошихти для часткового заміщення металобрухту в перспективному електросталеплавильному виробництві.
Термодинамічний аналіз
Утворення заліза (металізація брикета) в умовах вуглетермічного процесу отримання металізованої сировини з рудо-вугільних брикетів, відбуватиметься при наступних параметрах:
Проте термодинамічний аналіз не дозволяє визначити тимчасові рамки і енергетичні витрати процесу вуглетермічного відновлення, необхідні в якості початкових даних для проектування промислової (пілотної) установки отримання металізованої сировини з рудо-вугільних брикетів. Відповіді на ці питання дає аналіз енергетики і кінетики процесу, але, головним чином, експеримент.
Енергетичний баланс процесу відновлення
Виконаний розрахунок енергетичного балансу процесу вуглетермічного відновлення рудо-вугільних брикетів в прохідній печі. На його основі визначені витрати коксового і доменного газів. При річній продуктивності печі 100 тис.т. брикетів витрата коксового газу складає 5556 нм3/год при і 5206 нм3/год при ступені металізації 0,4. Витрата доменного газу складає 23850 нм3/год при ступені металізації 0,8 і 22350 нм3/год при ступені металізації 0,4. Витрата повітря і вихід продуктів горіння для коксового газу складають відповідно 32850 м3/год і 45730 м3/год при ступені металізації 0,8 і 26900 м3/год і 35050 м3/год при ступені металізації 0,4. Витрата повітря і вихід продуктів горіння для доменного газу складають відповідно 27760 м3/год і 56470 м3/год при ступені металізації 0,8 і 22110 м3/год і 45120 м3/год при ступені металізації 0,4. Питома витрата коксового газу 427 м3/т брикетів при ступені металізації 0,8 і 400 м3/т при ступені металізації 0,4. Питома витрата доменного газу 1832 м3/т брикетів при ступені металізації 0,8 і 1716 м3/т при ступені металізації 0,4.
Середній склад продуктів горіння при використанні коксового газу %: N2-72, H2O – 17, CO2 – 11, при використанні доменного газу %: N2-75, H2O – 2,4; CO2 – 22,6.
Нагрів брикета
Виконан розрахунок тривалості нагріву брикетів в печі. З урахуванням теплоти фізико-хімічних процесів в рудо-вугільному брикеті розмірами 80х80х80 мм, його нагрів до середньої по перетину температури 1000 градусів Цельсія відбувається за 15-20 хв (рис. 3)
Рисунок 3 – Динаміка нагріва брикета в печі. Злежність температури, t вісі (х=0), половини товщины (x=0,5S) и поверхні брикета (x=S) від часу (тау), с.
Кінетика процесів углетермического відновлення
Важливим елементом технології вуглетермічного відновлення рудо-вугільних брикетів є узгодження процесу нагріву і процесу відновлення (металізації), що визначатиме продуктивність, а, отже, і конструктивні вирішення агрегату.Аналіз кінетики процесів газифікації вугілля і відновлення оксидів заліза із залізорудного концентрату в рудо-вугільному брикеті розмірами 80х80х80 мм показав, що очікувана тривалість цих процесів 3,5-2,5 години при температурі 1250-1350 градусів Цельсія і вона вимагає уточнення в експерименті.
Рисунок 4 - модель прохідної печі
Література
1. Fastmet, Fastmelt and ITmk3: development of new coal-based ironmaking
processes/Direct from Midrex. Special report. Winter 2007-2008.
2. Nagata K., Kojima R., Murakami T., Susa M., Fukuyama H. Mechanism of
pig-iron making from magnetite ore pellets containing coal at low
temperatures // ISIJ. - Vol. 41 (2001), № 11, р. 1316 – 1323.
3. Горбачев В.А. и др. Принципы выбора технологии прямого получения железа. Сталь, №6, 2006г. С. 42-46.
4. Есин О.А., Гельд П.В. физическая химия пирометаллургических процессов. Часть 1. Свердловск. Металлургиздат, 1962. 672 с.
5. Казанцев Е.И. Промышленные печи. Справочник. М. Металлургия, 1975. -368 с.
6. Кудрявцев В.С., Пчелкин С.А. Металлизованные окатыши. М., Металлургия, 1974. – 136с.
7. Иванов А.И., Сафьянц С.М., Зятьев В.П., Пахомов И.А., Самойленко Л.В. Опытно-промышленная проверка технологии получения тяжеловесного металлизованного сырья./ Теория и практика прямого получения железа. М.: Наука, 1986. С. 218-219.
8. Тайц Н.Ю. Технология нагрева стали. М.: Металлургиздат, 1950.-333с.