Машиностроене и механика

Процеси на производство на метали: суровини за топене на доменни пещи, приготвяне на железни руди - Високотемпературно втвърдяване на пелети

Пелети за изпичане на пелети

В момента повече от 99% от промишлените пелети се произвеждат чрез високотемпературна обработка в калциниращи агрегати. В производствените условия се използват три вида агрегати: конвейерни машини, шахтни пещи и комбинирани инсталации. В Русия конвейерните машини се използват главно за стрелба.

Шахтните пещи са били особено широко използвани в началния период на развитие на производството на пелети. Пещите работят на противопоток: горещите газове се издигат през колона от низходящи пелети. За изгаряне се използва течно или газообразно гориво, изгаряно в отдалечени пещи, разположени от двете страни на шахтата на пещта. В горната част на пещта пелетите се сушат, загряват и пекат, а в долната част пелетите се охлаждат със студен въздух до 100–150 ° С. Температурата на отработените газове е 150-200 ° C.

Процесът на изпичане в обратен поток се характеризира с усъвършенстване на топлопредаването, което осигурява висока степен на поглъщане на топлина, следователно шахтните пещи се характеризират с нисък разход на топлина.

Производството на пелети в шахтни пещи се характеризира с ниски експлоатационни разходи. Елиминира необходимостта от високотемпературни димоотводи, които са трудни за производство и поддръжка. Максималната годишна производителност на този тип пещ обаче не надвишава 0,5 милиона тона поради невъзможността за равномерно разпределение на газовете в пещи с голяма площ на напречното сечение. Освен това при производството на пелети в шахтни пещи се налагат повишени изисквания към свойствата на суровите пелети. В случай на локално топене или унищожаване на материали, по стените на пещта се образуват отлагания и движението на газовия поток в колоната от материали се нарушава. Следователно шахтните пещи са приспособени предимно за производство на нефлуксирани пелети, когато е по-голям, отколкото в случая на флуирани пелети, обхватът на температурните колебания без омекотяване и топене на пелетите е допустим.

Конвейерната машина е подобна по дизайн на лентовите машини за синтероване, но е пригодена да работи при по-високи температури. Отработените газове не се изсмукват от един източник, както при агломерацията, а от няколко. В съответствие с технологията на процеса на изпичане, за по-добро използване на топлината, машината е разделена на технологични зони, покрити отгоре със специални секции на огнището. Термичният режим във всеки участък се задава, като правило, независимо от режима на други участъци. Газовете от всяка зона се изсмукват от отделни димоотводи. Обикновено конвейерната машина се състои от следните зони: сушене (една или две секции), нагряване, изпичане (една до три секции), рекуперация и охлаждане.

Схемата на газовия поток, приета понастоящем за повечето конвейерни машини за печене, предвижда обратното на охлаждащата течност в зоната на сушене, устройството на две зони за охлаждане и директно преливане от първата зона на охлаждане към зоните за отопление, печене и рекуперация (Фиг. 75). Нагретият въздух от звънеца на втората зона за охлаждане се подава към втората зона на охлаждане, за да го засмуче отгоре надолу и, както е необходимо, към горелките на зоните за сушене, отопление, изпичане и възстановяване.

Механизъм и кинетика на втвърдяване на пелети от желязна руда

При изпичане на пелети, високотемпературното синтероване на частици в твърда гранула може да се осъществи в два режима: с отсъствие на течна фаза (твърдофазно синтероване) и в присъствието на определено количество стопилка (течнофазно синтероване) . Температурната граница, разделяща зоните на твърдофазно и течнофазно синтероване, зависи от редокс потенциала на газовата фаза, от количеството и състава на отпадъчните скали. За окислените пелети температурната граница варира от 1150 до 1250 ° С.

Скоростите на твърдофазно втвърдяване са сравнително ниски. Образуването на определено количество течност (течнофазно синтероване) трябва значително да засили процеса на втвърдяване на пелети. Тази разпоредба е изпълнена при условие на висока течливост на стопилката и добра омокряемост на твърдия компонент. Първите порции от стопилката трябва да имат особено ефективен ефект върху укрепването. Запълвайки порите и празнините между частиците на заряда, стопилката действа като адхезив, който задържа частиците заедно и като смазка, която позволява на частиците да се движат една спрямо друга. Всичко това води до рязко увеличаване на границите на зърното и съответно до бързо увеличаване на силата на пелетите.

По този начин дълбочината на обогатяване на железни руди за топене на доменни пещи трябва да се определя не само от разходите за обогатяване и ефекта от намаляването на добива на шлака в процеса на доменната пещ, но и от промените в якостните свойства на агломерираните суровини материали.

От голямо значение е не само количеството стопилка (подходящото му количество е 12-20%), но и нейните физикохимични свойства. На първо място, това се отнася до вискозитета и омокряемостта на оксидите. Втвърдената връзка съдържа 16,5-18% железни оксиди, 45-60% кварц, 20-40% калциев оксид, в зависимост от основността на пелетите. Увеличаването на основността на пелетите е придружено от увеличаване на основността на свързващото вещество, но до определена граница (0.8-0.9). Като се започне от основността на пелетите от 1.0, свързващият състав се стабилизира и в структурата на пелетите се появява евтектика от ферити и калциеви силикати. Синтезът на изкуствен лигамент даде възможност да се определят някои от неговите свойства в течно състояние. По този начин беше установено, че в температурния диапазон на изпичане на пелети (1250-1300 ° C), свързващото вещество има висок вискозитет (70-180 P) и само при температура на изпичане над 1320 ° C намалява до 50 P.

Поведение на вредни примеси

При нормални условия на окислително втвърдяващо печене, повечето от вредните примеси (с изключение на сярата): фосфор, арсен, цинк и др., Не се отстраняват от пелетите. При получаване на неточени пелети от серни концентрати, в които сярата е под формата на железни сулфиди, степента на нейното отстраняване е 95-99%.

Окислителната атмосфера на печене осигурява висока степен на окисляване на сярата, прехвърляйки я в газовата фаза под формата на SO2 и я отстранява от заряда. Въпреки това, в присъствието на варовик, степента на десулфуризация значително намалява. Отбелязва се, че SO2 и газообразната сяра могат да се абсорбират от железни оксиди, калций, магнезий, ферити и калциеви силикати. По този начин задачата за отстраняване на сярата по време на печенето на пелети е свързана с условията за образуване и разлагане на сулфати (главно калциев сулфат).

От термодинамичния анализ беше установено, че CaO в различни форми може да абсорбира SOa вече при 400-800 ° C:

По този начин, при изпичане на флуираните пелети може да се образува определено количество калциев сулфат и крайната степен на десулфуриране зависи от разграждането на този сулфат, който е стабилно съединение. При 1360 ° C само половината от сулфата се разлага за 20 минути, а при 1100-1300 ° C, при липса на желязо, силиций и алуминиеви оксиди, калциевият сулфат изобщо не се разлага.

Отстраняването на сяра до голяма степен зависи от основността на пелетите. За пелети, промяна в основността (CaO + MgO): SiO2 от 0,51 до 1,56 доведе до увеличаване на съдържанието на сяра от 0,02 до 0,063%.

Замяната на варовик в пелети с доломит или доломитизиран варовик води до значително намаляване на съдържанието на сяра в пелетите, тъй като магнезиевият сулфат, тъй като е по-малко силен от калциевия сулфат, съединението започва да се разлага по-рано 100-150 ° C, осигурявайки по-цялостен процес на отстраняване на сярата.

Десулфуризацията зависи и от други причини. Пълнотата му се улеснява от по-дългото време за изпичане, финото смилане на парчета варовик, намаляването на размера на пелетите и др. Освен това е важен съставът на газовата среда. Тъй като съдържанието на кислород в газа се увеличава, окисляването на сулфидите е по-интензивно. Разлагането на сулфатите, напротив, се забавя.