LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Технологія металів. Машинобуд. → Поліпшення металургійних властивостей залізорудних окускованих матеріалів для підвищення ефективності виплавки металу

металізованих залізорудних материалів в домених пічах дозволяє знизити витрати вуглецю на пряме відновлення, а в сталеплавильних агрегатах (замість сталевого лому) – вміст домішок кольорових металів. Металізовані матеріали мають високу міцність в холодному стані і при відновлювально-тепловій обробці, що попереджує утворення дрібної фракції у доменній печі, а також невелику питому масу, що дозволяє їм частково виконувати роль розрихлювача стовпа шихтових материалів. Найбільша ефективність доменого процесу досягається при ступені металізації доменної сировини 30-40 %, що вважається оптимальним рівнем. Губчате залізо для сталеплавильного виробництва виробляють з концентратів, які містять не більш 3 % пустої породи і мінімальну кількість домішок шляхом твердофазного відновлення оксидів заліза.

Сполучення процесів зміцнення і відновлення обкотишів в процесі металізації потребує розробки відновлювального агрегату, в конструкції і схемі теплової роботи і газопотоків якого була б врахована специфіка вихідних материалів: низька міцність вологих обкотишів на зтирання - 10-12%, та на роздавлювання – 1,0-1,5 кг/обк, а для сухих – 20-30 кг/обк. В основу розробленого сполученого процесу металізації і спікання покладена технологія металізації відходів, що містять залізо, на обертовій подовій печі Inmetco. В сучасний період за цією технологією переробляють окалину і пил, які уловлюють при виробництві якісних сталей в електропечах, в суміші із твердим паливом.

В роботі вперше на основі наукових і експериментальних досліджень цієї технології доведена можливість здійснення сполученого процесу спікання і металізації залізорудних обкотишів із концентратів промислового виробництва. Процес включає одержання сирих обкотишів з твердим паливом, загрузку їх шаром в 2-3 обкотиша на гарячий под обертової печі і нагрів шару випромінюванням до 1350С. Відновлення в нерухомому шарі відбувається за рахунок тісного контакту тонко подрібненого твердого палива і оксидів заліза при високих температурах. При відсутності зміцнюючого окислювального відпалу спікання відбувається за рахунок утворення розплаву з шлакоутворюючих оксидів, які інтенсифікують ущільнення структури. Дослідження сполученого процесу спікання і металізації проводили на установці високотемпературного відновлення, яка містить нагрівальну піч з герметичним простором, блок дозування газів CO, CO2, H2, N2, CH4, блок управління температурним режимом і автоматичним контролем складу газу. Для одержання обкотишів використовували залізорудні концентрати - окислений і магнетитовий; тверде топливо – вугілля із різним вмістом летючих речовин і кокс, а також в'яжучі домішки – бентоніт і перідур. Якість металізованого продукту оцінювали по механічній міцності (вихід фракції +6,3 мм і –0,5 мм) і ступеню металізації.

В першій частині досліджень сполучений процес досліджували при існуючих параметрах технології Інметко: шихта містила (%): вуглецю 22, бентоніту 0,3-5 і перідура 0,3. Досліджувані обкотиші (8-12,5 мм) загружали висотою шару 19-30 мм і відновлювали в інтервалі температур 800-1300 C. Результати досліджень показали, що металізований продукт має низьку міцність. Вихід фракції більш 6,3 мм в кращих експериментах знаходився для верхнього шару в інтервалі 64,5-70,0%, а для нижнього – 19,22-22,2%, при ступені металізації 94,6-95,4 і 84,5-81,8%, та вмісті вуглецю 1,9-6,4% і 8,4-16,7%, відповідно. Зниження міцності металізованого продукту в нижньому шарі пов'язано зі збільшенням об'єму обкотишів при відновленні. Температури процесу (1170-1185С) в нижньому шарі нижче, ніж у верхньому, а значення відновлювального газового потенціалу (CO/(CO+CO2)) складає 35-76%. Крім того, час перебування в цьому шарі при низьких температурах є більшим. При цих температурах і складах газу утворюються гольчасті форми виділення заліза, які сприяють збільшенню об'єму. Явища збільшення об'єму можна запобігти за рахунок підвищення швидкості нагріву, зменшуючи тривалість перебування обкотишів в області температур до 1000С.

Процеси вуглецьтермічного відновлення у вузькому шарі рудовуглецевих обкотишів при високотемпературній обробці аналізували по втраті маси проби вагою біля 2 кг. Вирішена задача розділення втрат маси кисню і вуглецю в процесі відновлення. На кривій змінення швидкості відновлення можна виділити дві області: перша (до 800С) характеризується низькою постійною швидкістю відновлення до вюститу, друга (понад 900С) – підвищеною швидкістю відновлення завдяки каталітичному впливу металічного заліза, що утворюється. Склад газу в цієй області є вищим за рівноважний. Для різних умов експерименту ступінь відновлення до цього моменту складає від 60 до 80%. Структурні і мікроскопічні дослідження відновлених обкотишів на різних стадіях процесу показали, що в обкотишах одночасно є присутніми металічне залізо і оксиди, що свідчить про неізотермічні умови процесу. На останніх стадіях швидкість процесу залежить від інтенсивності підводу теплоти для здійснення хімічної реакції відновлення оксидів заліза, газифікації вуглецю та спікання. Зміцнення структури при високотемпературному спіканні в значному ступені відбувається завдяки появі сілікатного розплаву.

Для оптимізації технологічних параметрів сполученого процесу спікання і металізації обкотишів із залізорудного концентрату варіювали наступні фактори, що впливають на якість кінцевого продукту – губчатого заліза: вміст бентоніту – 0,5 – 2,5%, перідуру – 0 – 1%, вуглецю 10 –15%, гранулометричний склад твердого палива, обкотишів і ряд інших технологічних прийомів. Встановлено, що збільшення витрати бентоніту збільшує вихід придатної фракції (+6,3 мм) до 95–100 % при розмірі обкотишів 8–12,5 мм. Поліпшення фізичних властивостей металізованих обкотишів при збільшенні витрати бентоніту пов'язано зі зміцненням зв'язків по границях зерен за рахунок утворення силікатних зв'язок. До початку відновлення, міцність обкотиша зростає в 5 – 6 разів. В інтервалі температур 800 – 11000С поліпшується міцність обкотишів при високотемпературному відновленні. Збільшення витрати бентоніту з 0,5% до 1,5% знижує набрякання обкотишів нижнього шару з 72% до 12%, а усадка верхнього шару зменшується з 40% до 7,0%. Для досягнення необхідного ступеня металізації вміст вуглецю в сирих обкотишах повинен бути більш 15%, а крупність палива не менш 25 мкм. Вугілля з високим вмістом летких речовин (більш 10%) знижує міцність і ступінь металізації. Мінералогічне дослідження показало, що в структурі губчатого заліза верхнього шару (t0С > 13000С) присутні розплавлені фази (наприклад, витманштетовий цементит), а також білий чавун, що містить 4,3% С.

Обкотиші розміром 8-12,5 мм, що містять 19,3% вуглецю, піддавали термообробці у напівпромисловій печі в шарі висотою 17,2 мм (тобто 1,5-2,0 – обкотиша) у температурному інтервалі 1225-13350С. Одержали губчате залізо зі ступенем металізації 89,1-93,4%, вмістом залишкового вуглецю