автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Разработка и внедрение рациональных тепловых схем и конструкций шахтных печей для обжига и металлизации железорудных материалов

^ 'г. ^ • южюкшй Ш'йю-исшдовАТйльсасй ИНСТИТУТ

I ^ТАМУРГИЧЕСКСИ ТЕПЛОТЕХНИКИ (В1ЙШТ)

На правах рукописи

БЛАНК Михаил йетапуллович

РАЗРАьоШ И НЕДРШЕЕ РА1]ИС}1МЫМХ ТЕПЛОВЫХ СХЕМ И КСНСТРУЩЙ1 ШАХ'ПЖ ПЕЧЕЙ ДГЯ ОЕШГА ¡1 МЕТАЛЛИЗАЦИИ 32ЕЛЕ30РУДНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05.16.02 - Металлургия черных металлов

Автореферат

писсертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

/

^ /

Работа выполнена во Всесоюзном научно-исследовательском институте металлургической теплотехнике.

Научный руководитель: кандидат технических наук, старший

научный сотрудник БОКОВИКОВ Б.Л. Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

ЛОБАНОВ В.И.;

кандидат технических наук ЖУКОВ Ю.С. Ведущая оргшшзацш - Челябипсккй государственный институт но проектирования металлургических заводов (Челябгипромез).

Залита состоится. " I " поября 1990 года в 13 час. на заседании специализированного совета К 141.07.01 при Всесоюзном научно-исследовательском институте металлургической

Теплотехники по адресу: 620219, г.Свердловск, ГСИ-175, ул.Сту-

I

дэичзскач, 16.

С диссертацией шгио ознакомиться в библиотеке Всесоюзного ею-псследовательского института металлургической теплотехнп-

и

Автореферат разоолан " ¿¿/¿/Ш-к/О^сё 29эо года.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор тех-

V

нических наук Ю.М.Кузнецов

^ /

, -, OCilAJl XAI'^.ir.ii'Jx^LA Р/.БЗТ!1

Актуальность ,?\'0о'п;. ^фектлвкзоть прозаьодстга металла оп-"р32о"ш»;тся, в первую отерол., сосгояхгсм сырьеаоЗ йазн к качеством подготовка аедазпрудног« ет.р:.д.

Д<фщит железорудного r-:!;:v i на ь^тилтургачоскга: аяаодах Урал. i ;* ■лэтстаиа.и пас? сед* в комтецсаруотел прагоглгдеи рудами, г. значительной ке-ро иокггьзз их стойкость. В езззз с этим ос,,.,. -.»имя эголугтгг.чзт гопросл, Сглзаккао о розработгай и оо:^;/1-. ¿ованизы технология подготоькя я металлургическому переде ау сим>рз?ошх руд крупне&вго а т.иро Бйкальского меотороадешм, запаси которых составляет около I илрк.то;ш.

Наряду с дальнейшим соазршЬнстЕованиец традиционных способов производства железа необходимо рззпиватъ повио, экологически чи-стне бескоксовне способн его получения, которые по мере повнпенпя ■.'ехшшэ-эконоиических показателей могут обеспечить значительную долю прироста выпуска высококачественного металла в стране. Таким образом, главным объектом исследования являются процессы магнетизирующего обжига а металлизации железорудных материалов, в частности, сидерцтовсй руды в аппаратах шахтного типа, которые полумили в последнее вре;/л наибольшее распространение.

Основные расчетные л технологические разработки выполнены в соответствия с програжой ГЖ СССР 0.I6.0I от C8.I2.8I £ -191/244, научно-технической программой по проблеме ''Новые процессы бездо-".еипой металлургии", утвержденной Министром металлургии СССР •г.Колпакоым C.B. от 20,02.68 и гаордшгацпонншя планами Мшшата

Пель рдботы - разработка и практическая реализашш эффекткв-Ш1Х тепловых режимов, схем и конструкций пахтнпх печей для ют-•^•знрутощего обяпга сидер'лтовой руда па основе комплексного экспериментального и расчетно-теор-тгичоского яьализа процс-сса л созда—

113-э рациональной технолог кеггл.'гпэеияи железорудного сырья, поз« исляздей погасить гюта'и;ургич-ас:;уг1 ценность ироду1:та.

Научной,р.овйэ??9'? '-»''Лдднм сло.иуьи'.г р-озультатк работы:

- кои« оксперо.'ьптальнь'е каннао по проке опу разложзюся силе-роплазита в зависимости от температур:* ;1 раэбора образцов;

- особенности восстановления садэроояезита водородол: и кинетические закономерности совместного процесса металлизации и паут-лороихения яолезорудних материалов алезьст водорода и природного газа;

- сфорлршровашш!! на основе расчотко-теоретическпх исследований способ оптимизации работы шахтной потк цугом изменения отношения мазду количеством природного газа, ¡гадавэемого в слой маго-раала п к топку, в зависимости от соэтпогвюш яардснатов в исходной :руде;

- способ двухстадийного восстаноплиния железорудного сырь;; продуктами сгорания и разложения природного газа в аахтпой ночи о б е о 1:о н шэ роконио¡1 схемой мэталлизацк:;

- математическая модель зоны металлизации шахтной печи, ряо.*^-тающей по СзсконвэрсиошгоВ технологии:

- результаты ^тематического моделирования, подтЕер.-дешшс гкоперименталышмп и оштпо--прошюлоккн?ят исследованиями, позволившие обосновать оптимальную тепловуп слвг.ту езхтной печи с противо-точноА зоной предварительного восстановления и прямоточной зоно'Л кеталлпзацкя к определить пути регулирования содержания углерода мзталткзованном продукте.

Практическое значение и реализация результатов работ-'. Разработали на уровне изобретения и вкедрени в производство гффектиБнь'/. реял»: ойскта евдеритовнх руд к повал конструкция шахтной печи, что позволило снизить на 20% удельш:'.': расход природного газа, увеличит!, прогззэдотэльнэстг. пэчей п повисят;- сс-д-зрзеааке железа в концентрата.

' Экономический аффект от внвдреихт. изобретения па шахтных печах Бакзльского рудоуправления с годовым объемам производства 65G тыс.тонн в год составил 741,4 тыс.руб. (по форма 41ГГ),- доля автора 148,Л тис.руб.

Разработан, заплачен авторским свидетельством и прешел про-мышле:гную проверку способ управления тешговой работой иахтпых печей а зависимости от мщьстЕвнного состава исходной рудо, показав™ mil по.:«о;глость снижения расхода газа па обжиг и повышения''произ-во;ооти шахтных печей па 10-15/1.

Ожидаьмый. суммарный экономический эффект. ВНШЫТ по указаппым • работам 360 тыс.руб.

На основании решений Мкнчершта СССР о влодрзаш бесконверсионной схемы металлизация железорудных материалов в шахтной печя разработаны и выданы проектным организациям (Гипромезу, Уралгипро-мезу, Челябгипромезу) технические и технологические задания.

На базе этих заданий выполнены проектные предложепия для уело™ вий Оскольского электрометаллургического (ОЗИК) и Белорецкого металлургического (ЕЖ) комбинатов, Чусовского, Алапаевского и Серов-ского металлургических заводов, показавшие внеокут технжко-экономи-ческую эффекмвность предаояённой схеш как по сравнению о импортной технологией металлизации "Мвдрекс",' так и при замене малых доменных печей, на шахтниа Еечи для металлизации окатышей.

В настоящее время разрабатывается проектная документация на установку для металлизации качканарских окатнией на Алапаевском ИЗ производительностью 350 тыс.т в год для обеспечения качественным сырьем электросталеплавильного производства.

Экономический аффект от внедрения в промышленность перечисленных разработок, приходящийся на доли диссертанта составил 150 тыс. руб., ожидаемый - 250 тыс.руб.

Ня защиту выносятся следующие основные повдгения днесорта-

■ цппЕвай (рзЗата, ¡гзаготакшв 'научные : результата шдадедовапиЛ, стрпк-'•ТЕЧоахз'грэкздагндеткз :Е чтохкггкстаэ ;роаузьтазш

—«пивбрпкезггаякге •устйк'эвзгашиге '©сосснкости то тяшвпгееские laiapasBSTpj паркцсссез 'Л?тлрбогогааз51Я >п [восстановления г.идерэтпгезитв 1Ш"закнгпшсгагот iTesHisjmTjM ¡и"размера о^разтхэв^

—; результата пэгап^икентазнкзго :п ататклатпчясиого жщэлярова-:• ляи.-ловЕвствого (грссЕсет 'лгогшкизасст in чшзтдвршшвашя жвлезоруд-; инх- тазгерпажлз;

—•.маг.впзютЕСЕаяшадедь зала игататяязации тазстной шсчи с Öoc-; кгшверсиогааП ' схемсщ, )впл1етшапсожотак1у'йалансвбнх и гкгаетических ургвиишЗ-вгсцгаг.овдшжч;^ ::гэ :зпеяси, чщрштза при-

; родного ; газа : д иази%зпяйди .-дтлдро xa ;

—¡результата 'таенного m тзЕсперимапталыюго анализа щроцео-; сов изхазшгзадип, i науглероживания >и газд$гкащш ^углерода щ ;«етоды г регулирования <• содэргаилл углерода ш -ьтотЕЛДизовашты -продукте;

—: принципиально :ношэ -.эйшггишша технологии, -схшы ш жапатрук-

■ тинняэ ; решежая шахтных ¡пачеЯ jjtss гзгапттизлрувщего тойжига 'ппдарктовой руда л мэгадлкзащш ; жалвзорудннх: катергалов.

' Аотсбапия 'работа. : Материалы 'диссертации -доложены :и сбсуздоны на международной кешфераздии''"йовас ^усовершенствованные техноло-.гшида1;окус1Еован1Ш:етрьл:11гщхзкзводзтва чутунаm ферросплавов", ' Bsрна(НЕБ), 339Q; ■ на Шсвссвзных :кэлфор£нпдях: "Творил :и -практика прямого¡ получения железа" , 'Зыашгэрод, 39B3; '"Теория :п технология

■ подготовки металлуpinцаедого ;сырья докевноВ 'шавке'"., Днапрапет—

■ ровск, '1985, ' "Физиво-хшин -лрэщжсов восстановления 'металлов™., JiHecfipcmerpoBEK, ГХЭ88; "ТКоззашрэвзвие ¡процессов з ¡шахтных m .доменных .лячах", Cusрдяевгг, ¡3388.

¡ЗСрсиа тгсер. {яа^риазвдрветртаядоэий jpa&raa дайсаоталивь ;на 22 ¡рестгу&ггтгглнггтах гаюаф?реэи»ях ш um ¿весэдшшвх этапах сепвегшв •агМШ' лЩхЕаигхаво-'з:.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, в том числе 1 авторских свидетельства.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка из 108 наименований, приложения и содержит 161 страницу машинописного текста, 19 таблиц, 20 рисунков.

С0ДРРЖАШ5Е РАБОТЫ Глава I. Состояние вопроса и задачи работы Б норкой главе рассмотрены и проанализированы работы, в которых изложены ^ опросы магнетизирующего обжига к металлизации железорудных материалов, в частности, сидеритовой руды, в шахтных печах, обсуждены особенности конструкций этих печей, дан сравнительный анализ различных способов металлизации в агрегатах шахтного типа, проведен! обзор теоретических и экспериментальных исследований по вопросу взаимодействия природного газа с железом и его оксидами.

Проведенный литературный обзор подтверждает, что шахтная печь является одним из наиболее высокопроизводительных и экономичных агрегатов- для обжига и металлизации железорудных материалов.

Одним из основных требований при разработке тепловой схемы шахтной печи является обеспечение заданного теплового режима по условиям технологии процесса при минимальном расходе топлива. С этой точки зрения наиболее ваяна связь тепловой схемы с термохимическими характеристиками и кинетическими параметрами технологического процесса.

В результате выполненного анализа сформулированы задачи работы: на основе экспериментальных и теоретических исследований разработать и внедрить эффективные как в технологическом, так и в теплотехническом аспектах процесс магнетизирующего обжига сидеритовой руды и.схв-му иахтной печи, а также отработать перспективный бескснверсионный способ металлизации железорудных материалов, включая сидеритовую руду, позволяющий существенно повысить металлургическую ценность ко-

t

печного продукта, технико-экономические и экологические показатели производства.

Глава 2. Экспериментальные исследования закономерностей обжига и металлизации железорудных материалов

Для оптимизации режимных параметров обжига и рос становления железорудных материалов и конструктивных эломентов шахтной печи необходимо рассмотрение и описание характерных теплофизичоских процессов, происходящих в отдельных зонах шахтной печи. При этом требуется знание кинетических параметров и особенностей взаимодействия железорудного сырья и газов, для определения которых были проведены лабораторные исследования /4/. .

Ниже приведены данные по кинетике процесса термической диссоциации сидероплезита в нейтральной (гелий) атмосфере. Сидеро-плезит, основной железосодержащий минерал сидеритовнх руд, представляет собой изоморфную смесь карбонатов железа, магния и марганца (Peg -; M<jg ^! 02^ СО * пРонеос разложения сидеро-' ' ' 3

плезита в нейтральной атмосфере осложняется окислением оксидов яе-леза и марганца диоксидом углерода, выделяющимся при диссоциации карбонатов, а продуктами реакции являются магнезиовюстит с примесями магнетита.

Экспериментальные исследования проводили на термомассометри- • ческой установке с образцами сидероплезита, выполненными в виде кубиков с размерами ребер 0,02,.0,03 и 0,04 м. Кинетические кривые разложения сидероплезита в зависимости от температуры процесса и размера образцов представлены на рис.1.

Математическая обработка результатов исследований показала, что для описания изменения относительной массы образца в процессе термической диссоциации сидероплезита применимо кинетическое уравнение первого порядка. Тогда с учетом найдешшх характеристик уравнение процесса в общем евдо можно записать следуюцш/: пирате шьем: '■■

аа_ _ е.хр I___ о, :>■-.

сГг о и)-' а1 •

Н-О

1/с (I)'

ллцетпка диссоцишпи спдоро--плвппса в потоке гелия

Ьзшеашсть скорое иг шгоо-та-за цппродпого газа от степе-ПТ'. п&тадлпзашп! материала

'--г 1

/ / * /

у /

6 //-ч / .

\~~T~.Г"™ У ' ¿у

7Ц

Тег. леса ту гэ, С: а = 9С0; б = 800; I - скдеритовэя рула; 2 - качганарские ожгашш; 3 - лебедшскпе окатшпи

Рпс.2

Доля реакции окисления при обжиге в нейтральной атиосферо незначительна и не монет внести изменений в общую картину процесса. Пса-дздованпя показала, что константа скорости рсз:аЕИ диссоциации и .••плюется от констант скорости С71.харяох-о процесса не более, чем

на 8%.

Кинетику восстановления тюдюрэдем сбожззгошх в нейтральной ат-образцов епдороплеэпта в изотортдатегах условиях изучали а ¿назопе тг'гэторатур С00;-ТСС0°0. ¡.¡атематнчесгал обработка зкепари-• • нта..:ы!нх длиних показала, что и описания зз!Л'.о;;:.:ости оу.т-чрно •■ 1 пчееообгхпа ( ) , ¡¡:;о.;..';т:;п.члл:;.-го е;сор:к:т>*

; '0(' НО О.'.ГЛГЛ; I КО расход/ ПЬйТ'Чи : , от:!'.:':.'!!!!,:!

'-Ч!попор'хностц куска рудп и к одити^; 1 >1 ^гп':•:., 1 и;(11:^ ;у,~

- то -

тепщгала, ог температур.! (Т, К) п размпм образца ( с! , г.) пр:п.-< нпда уравнение вида:

м/с -(2)

где К и п определяются из соотношений

(4)

(3)

Отсутствие математического описания взаимодействия оксидов железа с метаном в сложной газовой системе продуктов различиях реакций не позволяло провести расчетн процесса металлизации и выявить оптимальные режимные и конструктивные параметры в босконверсионнон технологии восстановления оксидов железа. Учитывая вышеизложенное были проведены специальные исследования.

Кгаштику процессов науглероживания и металлизации еццеритовой руды и окатышей смесьа природного газа и водорода изучали в интервале температур 800-1000°С методом массометрического анализа и газовой хроматографии,

Навеску онатито!! или обожженной спдеритовоП руда прэдварптялт—_ но восстанавливали при ЮОО°С до Ч 0? = 50/6 и затем довосстшшплк--ьали в изотермической рекимо при 800 , 900 и Ю00°С смесью газов, содержащей 25$ СН^ и Н2- Для выяснения особенностей восстановления и науглероживания железорудных материалов прерывали процесс на различных этапах его развития через 5, 10, 15 мня (с-шагом 5 мин) для химического анализа продуктов взаимодействия.

Пиролиз метана в начальный период превращения вюстита в железо протекает с весьма низкой скоростью, близкой к скорости разложения метана на нейтральных насадках (рис.2). Повышение содержания

н>гтал1ичс«кого жел-:-ja ».роци'е раз до гоняя метала, однако 1

существенное его рпчрчтко и*здм'И'ся дчл окатшсй при степенях мо~ • ûojiéo 70*. Пел зосскшовяошга оидеритовой рудо автока-гата.-ачоский зшрж.хр процесса проллллется па более ранней стадии :. j галлпьашш (45-£i>;?), что объяснт-гся развитой повархпосшо мате-jirasa. Интер-iCiw .m:.;?*«., чео с пзтьи..шасм гом^ь^атури качало про; .:'и гпсш:;гм"/ i!;i[.-j.'2u-a китапа сляигаотся в сторону болео низка •' с-.îïUj;!^: металл!::.';;;;;;:.

: . -¡.какдой 1.'. jîjouucca ыегаллиэацни, когда содержание ywi«,v-,:ui .s образцах 1<гчэъш.л£: ? Л%, наблюдается заметное снякзшго скорости науглерашшния, чго, ¡¡о- видимому, связано с замедлением дальнзЗыагэ роста «кташюй ¡кл.о/шюсти колеза и блокированием ее ицделншкмея е ходи распада питана углеродом.

Полученная зависимость скорости ггаролиза метана от степени к»уадлизац:га образцов аппрсьсагatpy етоя уравнением Ерофеева-Каэе-ева, которое применяется для списания шрокого спектра гет е.рог емких процессов и применительно к данному случаю имлет вид:

, I/o '(5)

Б результате ттенатичеокой обработки результатов ксследова-г.иД били спределени ко эЬлирлентн уравнения в з?.зис;плости от -¿ештв-jA'iTyps: и вида железорушшх материалов, в частности, дяя енцорито«. г;ос руда яри т = 8CZ°>: эти пооМэдпенти равны: Кс = ОДУЙ; Kj -• = 39,5; Kg ■= 0,32; Eg = 2,3.

Рш*»влешшв особенности ьзаллодейстзия жеяезорудаш материален л )'чго8 и пэлузешшо в результате исследований кинетические харпк-г-расляка цепользовэш для прядения гехнологллесках расчетов при ¡. г'::. ;сгке вишчшх н<т£ для магнетизирующего обжига ендврятолой .. i jc;c't;!i>¿.ш:.''„щ :;опв зрокошюго проноса

. г.',,.-, ; л .IV л в : > ^ j у: ;•; , :"св.

Глава 3. Повышенна эффективности тепловой работы я

совериоютвоылпо конструкции вахтннх печей для магнетизирующего сбжпга сидерит опой руда

Сидэриторую руду Бакальского месторождения с целью повышения металлургических свойств перед использованием в доменной плавне подвергают магнетизирующему обжигу в 18 шахтных печаг с последующим магнитным обогащением. В результате высокотемпературного окислительного обжига сидеритовой руды содержание железа повышается с 29-31$ до 41-42$, обожженный продукт приобретает высокие магнитные свойства, что позволяет после магнитного обогащения получать концентрат с содержанием железа 49-50^.

В процессе освоения, эксплуатации и па основе балансовых испытаний проведенных сотрудниками ВШШТ, были выявлены недостатки тепловой схемы и конструкции отдельных узлов шахтных печей.

В соответствии с задачами работы и на основании лабораторного изучения кинетики процесса диссоциации сидероплезита, промышленных и расчетно-теоретических исследований разработаны элективные тепловая схема и конструкция шахтной печи, оптимизированы высотные соотношения отдельных зон агрегата, предложены новый рациональный режим охлаждения материала и способ управления тепловой работой печи. Внедрение нового способа охлаждения обожженного продукта по. схеме противоток-прямоток - противоток позволило снизить на 20% удельный расход природного газа, увеличить производительность шахтных печей до 10 т/ч (проектная производительность 8,5 т/ч), повысить содержание галеза в концеНтрато, снизить количество недооб-жига в "хвостах'', существенно сократить количество нцлегазовцделешш и уменьшить загрязнение воздушного бассейна /2,3,9,12/.

На основе результатов расчетных и промышленных ксслогояаик» оценено влияние вещественного состава исходной сгщеритовой руды на показатели работы шахтных печей. Установлено, что при сценке качества исходной руда, иоо&содоко щ ожде всого учитывать сслгняе-

ние в ней карбонатов яолеза, мапг.н и кальпкя ( МдСОдКЗяСОд) / РзСОд) /5,9/. При оЗжяге сидерптои'-й руды с низким солерж&гаем пустой порода ( МдСОдНСаС0.?) /' РеСЮ-^< 0,3 , пккумулирутякй способности зоны подогрева шахтной пет.! достаточно, чтобы утчитзпро-вать теплоту продуктов сгорания природного газа, поступающих из зо-ни обжига с температурой ПГ)С:0С. При ухудшении качества походной рули ( М9^з*СОС03) / РеП0^> 0.3 необходимо увеличить расход газа на процесс обжлгя. При подаче дополнительного газа в ишоснуэ топку по только увеличивается гидравлическое сопротивление слоя, но И возрастает количество продуктов сгор>ания, поступающих из зоны обжига в зону подогрева и, соответственно, повышается температура колошникового газа и снижается жрфективность работы пета. Для того, чтобы количество и температура колошникового газа практически но изменялись, часть;природного газа целесообразно подавать в основание зоны обжига и сжигать в слое за счет воздуха поступающего из зоны охлаждения шахтной печи. Расчеты показывают, что при изменении отношения ( М^ОО^СаООд) / РеОО^) в пределах 0,3+0,7 общий расход природного газа необходшло увеличить с 25 до 40 м3/т руды, причем отношение между количеством природного газа, подаваемого в слой материала и в топку, следует поддерживать в пределах 1/(20+4) /13/.

Способ оптимизации работы шахтных печей путем регулирования подачи природного газа в слой материала в зависимости от состава исходной руды, поступающей на обжиг, к, как следствие, температуры колошникового газа, прошел промышленную проверку и показал возможность снижения удельного расхода газа л повышения производительности ночи пределах ТО+РП/'. С целью дальнейшего улучшения работы шахтных нечпй необходимо обеспечить подачу на обжиг обогащенной в тяжелых суспензиях сгшорпч-тзй рули, гл-"оси1;:п;;;.оллпнсй по круп-ноет;1.

Ироал..ч<ч''пг» и оп"."""«^ к.ииче ьл пт.глтчх: Гяггчьсгого

рудоуправления идеи оши развиты пнлд сц.» разработке Оо-ид.ого спектра нити нечзЙ для облита од&ичтшис материалов: марган-цоних, долоиит;» • руд и даьесткжсп /1С/.

Гйока 4. ' ¿¿.айотка н иссдиг: способа шгаллизацал ;сол).чг.рудиих ь шах гной печи без

¡1С1;ояьзосашш коив^ргаотых аппаратов

'Лсиолт-.звание концечгдота и,: ^.лдерптоюи руды, полученного б ¿лсу.-!!,.;. а.жушгольного ¡. ишоЛ плавкз взамен си-

рок рули, бизусчошо, дает опро^/л ¿¿сношческия эф£окт. Од~ ьык) качество полученного коацйап-ага ¡ы отизчает.требованиям сонремонаоЯ Ысялчлурпга. Недостаточная прочность и низкое содер^ кол-зза и концентрате ад сйАвритоьой рули (43-;/Ш ведет к сыиуинаю показателей доменной нлавки по сравнению с использован;-:-нп .г.ч-глшей, содержащих 60-62$ железа.

И.кп'и/иу, учишвая намечающуюся в настояно« ьрскя тенденции .юн: .азоодшя «¿талллзовашшх материалов в доменном и сталепла-bK.Uil.Jii ПРОИЗВОДСТВЕ), ЬО ВШШТ На 0СН0В0 ЭУОП^рКЫ! ГГ,ЛьНаХ И расчетных исследований фи р-д-.-работан пришуахиашю новый способ произволегва ывталяитодешшги продукта ь шаггДО'Л |.«чк, но тробу^-к;а6 одидостаяцах ¡олаарспопшх установок и ката.шгьтор-.и, аг.па^а-гои дли очистка гнаов от соединении сери ¡1 деоксдоь углорода, л {л.имьод<шщ«: й.'Яучоний метелка з ¿ванного продукта с зздсыаа. о:.-дерлапгим у1лзрч<3 /и/.

Уоупо'югл'.искад о'зш ^оуэдзьки дли ¡¿¿тая¡¡.пас.::: дллли-'-г/дно-га и.да/п пг-едо^в'п.-Н:; на рис.З.

Б Ь'.рхЬ'.-:; злне гвдтног. ньчи ¿л. исис-рудний ¡т.: кат:;'. ;.:ор, <.ьлыи« ««гранак-гся до -¡члш-р^гурн ЭСОЛГ-Ш0-» и ъэи» чччазтеь. на нро^уитгг;» екзгел..»! природного газа о когЗи.шиюч1о:л ]>цз~

с'.. О.ио.К:. подана:: ъ цтсяонпии го~

¡еД:И при (Ь'ч п •■ип по наг; Оикл о,] г,-, иг , оГчГ'О. Рроц^оои н:ирчга

восстаа пленил в яррхиой зоне тахт т г _> Г * пэчп осуцестрл»*? гол п претт-'-»стоке газа 1* иаторпала.

Предварительно носот-аногл.-ншк' до .1!."—ГО" и нагрчгцр до 3(50 - ' ТР01Т"'0 окчтиаи чороя р.-> «;>"лигч;,г нуч гону поогутппг г> золу иегшт-»

ЗЛЦ1Ш СШТН.>а ПО'ПТ, ГДО В рп.ЧШДО ПРЛ'ЮГРГЛ .»рОТОДЯТСЯ их СКОИЧ.а-трлм190 К'ССТШЮРЛеШ'«» Ю 9()»РГ/;.

Расход подо рода пп процесс мотэляпзтцтт с ттгай зека иочя компенсируется за счет гермокатачитичэского ропложеивя природного газ:*. на поверхности натре шх и частично яоссгановлешшх окятмзсЗ. Для обеспечения необходимого температурного режима зени металлизации восстанотитрлышЛ газ пород подачеЙ в печь натрепан? в подогревателях до ОтрпЧотананЛ водерод с парами влаги и остаточки" штанем шводптел ла почп, охлаждается п осуп2«»тся в аппаратах мокрой газоочистки, пчелч чего рециркуляционной газодуп':гЗ по--деется п 1::а> г:г;п кечь. пхлагдеш'е г.:о гпгтазэроипэго продукта оруг-)от~ лллетоя в пи?н?8 ^(чю г.- т п лрлщротокч роди ркулярутазкм восстапог;.--тельним

РипработаштиН сая".^ госстяи'>ппт:здт.т.",го т^тгп ру-

да пг{ первой стадии пгллчоетсп от сносок металлизации огашгасЗ. П верхней зечю тохтпой лечи нроооцят лагр';;> и ос5тл:г Ь«доркгово!1 рудч продуктами неполного огот'ачкя пря;юянРго таза, оглгааг.мго с ког>1'£и~ пиоито'л расхода воздуха 0,9!'),5 л записка--гни ат тробут/о'Л .чогтлоП степени восстпнорлрштя готплляпевчяиомч продукта» В результата сб~ жига получают продукт с щхчгозрятел! тг«>[1 птеиелт-п »осс??1к>ял<лш<т 20-10$. В зоно t.v>твллчшш осусу'лггляюр лэвоистмо№нт пботхтя-кого и частично г.осстгтюл'тпного продукта аналогично способу п-гт*.. лизацин окаттзей /10,И/.

Для ги')ора тоатотохтпоспой еуг-тл зоны м',,?адлиязции била ыш->л-лопн сгкцлалыше расчета, коночны« ррзулмо г» ютс>рох притуши на рис.'*. Оказалось, что рпопрр.Х'ЛРни" трмгтрчтурч ¡лггерпала по п/оете

w

!'A\

¡l !

¿ : -

Iii

Ы

i1.] iff;lí i

; i í! "' t

.....-Lfc

л

гш

lílillill,:':'

i

.* ✓ Jv /I <Ъ Sá'J/c. s* /<v Z'fJ'S

¿¿'sàyx

■ V .

_____

Ы

CÍ.HCZB 1;13ГГПИП Uu'LV, y. ГЗЗООЧЦС TK£I > Ь

/-П.

- котел-ууцлкзагор; газодувка

Рис. 3

додогрегзтоль;

ir. с

тер

иродсисшие vc;.¡;iop;Jíyp ш-

(I) и газа Ш) по jíü cíohí: металлизации

? .

П.

CS

! ' • .

¡K-y* Л

fr Л ! // / ¡ /

(П г\/

\ Ч \ \1 \ \V\ 7

х А X

> V \

■/ /К 4

—Л

А

Ii \

\

\ \

il \ -L. \ \. \

' V a \Г\

X___Д._____А_________и_

'у? &SO

{:>>- i ( V, -• кч'0> ¡ i =-

• ! - jP'C ï/i-'O'! ч.И ,3 V , ¡ ','•/' Г, Vj -H", o I.i-V. ,'i'.. =

.И,-: O""-') epiTyV-.! : , n

Yv.

¿шшеимооть содержания углерода Li окатышах и peianiniix па-раштров процесса от подпитки мотаьа в цикл

V

I /о

У vùu

у У

У УЧ', У У ^ У

сОЗ ISO

m

-Iso

h'l

iff

«w

V

O oO Sü Tí™7 "¡,'% . V, - 1030 rr/v; "

V., - переток весетаиок'гель---[¡ого газа, м /г

-----

слоя болев благоприятно при прямоточной схеме. Обеспечить ту же, минимально необходимую температуру материала С00°С в случае противотока, возможно только при увеличении удельного расхода восстановительного газа примерно в 2 раза или при повюченпи его температуры на входе в печь с Р00 до Ю50°С.

На основе проведенных эксперимрцтальних исследований была разработана математическая модель зоны металлизации шахтной печи, работающей'по бесконвепсионной схеме. Математическая формулировка задачи в-общем виде для стационарного состояния имеет гид система дифференциальных уравнений, описывающих развитие массообменннх процессов восстановления вюстита, разложения природного газа и газификации углерода парами маги по высоте слоя для условий прямотока, скорость протекания которых характеризуется некоторыми функциями Рр, ^з соответственно:

й- 757%г«г ■ г' "-^т^^^М-™,*)-. «>

спг= ^'Кг 5 (Нг0" 0,0^к< ' (8)

с!Хнго _ р п . . • (9)

аТг ' 5 '

(Ю)

V, = 4^ ' . (II)

Гешепие данной задачи позволило установить, что содержание углерода в металлизовзнпом продукте определяется в основном расходом природного газа из подпитку в цикл рециркуляции (рис.5). Используя его в качестве .упранллюдого воздействия и изменяя температуру восстановительного газа п диапазоне 800+900°0, можно получать продукт с сод«р*тн":,м углерода 0,5-2,5,^.

С ц'Ж ю отрпбэткн но;«!") процесса металлизации го ШПВГГе бы-

ла построена пилотная установка с трехзошюи шахтной печью и циклом рециркуляции восстановительного газа, которая включает в умещшошюм масштабе все основные элементы промышленной установки /6/. На пилотной „ тановке исследовано влияние отдельных параметров на процесс металлизации различных железорудных материалов, отработаны вопросы запуска, регулирования перетока газов из зоны металлизации в вор:шои золу шахтной печи и содержания углерода в метшим- ' зовашюк I., л-о^сте, получены партии ыеталлизованного материала и проведена его металлургическая оценка. В результате экспериментального и математического моделирования доказана принципиальная возможность осуществления способа металлизации железорудных материалов без конверсионных аппаратов, определены параметры и расходные показатели работы установки на окатышах Лебединского, Качканарского ГОКов, и сидеритовой рудо.

При непосредственном участии автора была спроектирована и построена на Бакальском рудоуправлении опытно-промышленная установка и проведены испытания бесконверсионной технологии восстановительного обжига /9/. Проведенные исследования по восстановительному обжигу сидеритовых руд показали возможность получения металлизованно-го концентрата с содержанием 65+68$ железа и 15-17$оксида магния при степени десульфурации 85+90$. Брикеты из металлизованной руды целесообразно использовать в качестве природно-офлюсовашого железорудного сырья (железофлюс) в доменном и конвертерном производствах.

Глава 5. Разработка технологической схемы промышленной установки с шахтной печью для металлизации железорудных материалов

Весконверсионный способ металлизации представляется перспективным для организации маломаоштабной металлургии на основе реконструкции доменных цехов старых уральских заводов, так как позволяет г.спользорпть болшую часть основного оборудования и агрегатов цеха в схеме, шголдизамп окатышей, а также местные ресурсы сырья,

- 1.9 -

■материалов., топлива ш етгергет для ¡производства качественной стали.

Результата тгротедешгих исстедеваяий легли в основу разработки технологического задания т.п рекотттруютю деленного цеха Ала— лаезсюго тиетзявода г. 'соорулетптегя тсахтаоЗ печи дач металлизации отсталой но бестоииерсиоппой технологии тазщгостш 350 тнс.тони п год» Обацтй -расход тгрпродпотэ т-аза составляяг "Б5+280 п3/г я ?пви-оимости от требований т. ттродулту.

Разработанная бесгоиворсиоиная технология ноталляэацаи обеспечит тголучотше этетзлдизовандогэ продукта со стспепьв госстзновло-тиш Э0+Э5/£ тгри содореттип углерода и стшг«янз себестои-

таости лродукта зге тепее, чем на 10$ по сравнен?» со способом "Нэд-ретсс". Но особенно отта тгодпэ при рпконстругшта шлих дзгтечшых печей, когда канитзлоеигасть 'строгтельстгз уменьшится в 5 ртз,

'Замена долотптои ттпчи па тпахтпуп печь длл тлотатлпгзцил позволит значит г. ль по .уиепБПЯггь загрязнение гоздутнего бпеезйнп л грея-ноо воздействии на окружягязго сряду.

"ЗАТ1ЛИЧЕТ1Т1С В соответствии с ттостгтлетптипт т; ра.5ото задачгст га сслона комплстсното экспсзргплептатгыюго и гтатегаштегого моделирования "процессов обжига тт восстановления сидертлтгоЛ рудн разработай и шедренн рациональные топг.стаэ ст.от.тн л колстоутади тсахтннх печей длн ьтагпетизирутгцего о1хгта л теталлпз^пзтл толезорудпого счрья. На базе тонах тяжтсгда^лталыпи данных зэ кипеттже процесса диссоциация епде.ротеяезита, тфсшштопяпх л рзсчетно-тпоретических ио-г.ледегзггпй разройотлпн на урзпзе изобретали л внедрены в производство тч^фектнпялл тстлолая схема и дпиструпил тзахгной печи для обжига сидсрятояоЯ iy.ni, лргдлхт.оп пгтиЯ рациональный рожкм охлаждения гятпрпала и -споссЗ управления тепловоз работой печи. Бнедре-лгае "пового спосяСя охлжгготзя •оГояксппсго щацукта по схеме иротн-тзтетн-ттрлт'отот^тгго'ллот'.'г. тттеволязэ «иг»-тгь га 20% удельный расход

, - 20 -

I

природного газа, увеличить с В,5 до 10 т/ч производительность печей и поецсить изилечашю железа е концентрат.

ЭконошчеснкП гД4ект от внедрения в нромышлешюсть вишлнен-них разработок г ....-ипляет 0,9 млн.руб., в том число приходящийся на долю диссертанта 190 тыс.руб.

На основе лабораторных и стендовых исследований разработан пйс'а:ектигч;./. ¡гршщааиалъно ювш бвсконверсношшй способ получения метали.-..¿ггюго продукта. О использованием созданной математической модели обоснована оптимальная схема шахтной печи с проти-воточной зоной предварительного восстановления и прямоточной зоной металлизации и определены пути регулирования углерода в метаклизо-ванном продукта. Технология опробована на пилотной установке и в оштно-прошшленних условиях на шахтной печи Еакальского рудоуправ-. девая. Бесконверсионная схема обеспечивает снижение себестоимости металлизованных окатышей не менее, чем на 1052 по сравнению со способом "Мидракс", удельных капитальных затрат примерно в 2 раза, а при варианте реконструкции малых доменных .печей - в 5 раз. На атом основании новая технология принята Минчерметом СССР к внедрению для обеспечения металлизованными окатышами электросталеплавильного

производства Алапаевского метзавода. **

Научные положения, вывода и рекомендации, сформулированные в-диссертации, подтверждаются расчетными и экспериментальными исследованиями и иолЬясительнщщ результатами промышленного внедрения. Все осноышо разработки, конструкты шахтных печей, а также технология обжига и металлизации железорудных материалов защищены авторскими свидетельствам:!.

Результаты работа могут блиъ использованы исследовательскими и конструкторскими организация!«, специализирующимися в области разработки и щооктирооднпя иахтних печей, а такке предприятия!,а как металлургии, так и проглшлошюсти строительных материалов, химической ¡1 других отраслей.

Основные результптч по тсмо диссертации олубликолянг» в следующих работал:

1. Бяэнк М.Э., Ччрвотгоя» В.Б.. КояпгковскиП Р.Г. Раэт?абог;-з ноюго способа г,:егчгли:>яшш *«?лрзогудяпго сырья в ычхтинх п^чах о оборотням циклом водорода // Пзршоние производительности и экономичности рзСогн текло»«;.' металлургических агрегатов: Сб.ичуч.тр. / РПа'ЛМТ. - И.: Г382. - 0.22-23.

2. Обжиг сндеритогой руда т) пзхтной почп / М,Г). Бланк, А.Г.Е~~ нрп, Б.П.Юрьс-в // Металлург. - 19яг,. - }? д., - С.12-14.

3. Совершенствование процесса оглслителт-пого обчига сидорито-вой руды и конструшнш "¡зхтнпх потей / М.Э.Бланк, А.Г."»ун<зв, Г.А.Пер.еткоп ц др. // Интпиоифпсшшя процессов окуокопанкл г.олп?..;-рудчого сырья: Тр.Урллгзхпнобр. - Свердловск, 1905. - С.64-75»

4. Экспериментальное изучение кинетики процесса восстановительного об.тига сидеритовой руды / М.Э.Бланк, Б.А.Боковиков, Г.Д.Трапезникова, Б.П.Юрьев /7 Теплотехнические исследования процессов и агрегатов в черной металлургии: Томат.отрасл.сб. /' ШИМТ. 1986. - 0.9-13.

5. Бланк М.Э., пукся Л.Г., Юрьев Б.П. Яотшпю вещественпого состава исходной сидерятопой руда на показателя"работ« пихт!"»х печей // Известия вузов. Черняв металлургия. - Т9о?>. - lr С>, - С.32-С5.

6. Разработка и доследование способа »/птальиРОЦЕИ железорудного сырья в дахтной печи боа испо.'гъзопэлия коиверсионннх аотпрг-тов / М.З.Кланк, Б.Л.Гокотясой, В.ВЛервотшш, В.Р.Кончаковсккй // Сталь. - 1906. - Jf- I. ~ С.5-9,

7. Бланк М.Э., 1« рыл кип В. В., Кончаксгюкий П.Р. Разработка, и исследование явузсстадя.Ьо! г способа металлизации г.елезеругп'ото сырья в трехзенной unxrmii почк // Ttcpitit практика прямого получения лелоза. - 'р'ука, - !,Г\77-СГ. .

Р. Пзучс-нио киирткке пгптотоа octera ciuopirrom.'i руд» /

Б.П.Ьрьав, Ы.О,Бланк, Л.Г.Зупев, В.2.Юрьев // Известия вузоь. чэр~. ныя глит;иыургл11. - 1986. - И 12. - С„96-99.

9. ИитепссЗи." -.•н процессов обжига и аглошрадии оидоритошх РУЛ / А.Г.Жунсь, I «И.Ю|з>зв, Н.Э.Бланк // Черная металлургия. Бия. аьта "Тсриотцнфор.гаигш". - 1936. - Вип.З. -- 0.2-13.

ТО. Л, с, 739120 ООО'. ¡931 022 В 1/24. Способ получения металли-о «.та / Н.Э.Бланк, В.В.Чзрвоткин, Б.А.Боковиков и др.--53479135; L3.0G.77; Опубл. 05.06.80.

11. А.о. 726199 СССР МИД 022 В 1/02. Способ подготовки свдори-тошх руд к дошннсй плавке / М.Э.&тапк, В.ВЛервотклн, Б.А.Боковиков и др. - 2-199348; Заявл. 23.06.77; Опубл. 05.04.80.

12. А.с. 1065-183 СССР МКИ С22 В 1/26. Способ охлаждения кусковых материалов и устройство для его осуществления / М.О.Бланк, А.Г.Еунен, Б.Н.Зверев и др. .»А 3353184; Заявл. 13.II.81; Опубл.

07.01.84.

13. А.С.131Ы76 СССР МКИ С21 В 13/00. Способ обжига сидерпто-шх руд и шахтная печь для его осуществления / М.Э.Блашс, П.В.Не-ряхин, А.И.Мздведев и др. - 3908638; Заявл. 10.II.85; Опубл. 07.03.87.

14. Бданк ГЛ.Э., Червоткни В.В., Боковиков Б,А. Разработка и исследование процесса металлизации железорудного сырья в трехзон-ной шахтной печи без г.оиверсиошшх аппаратов // Теоретические основы и технология подготовки металлургического сырья к доменной плавке: Тез.докл.науч.-техн.кокф. / Д!ет!1. - 1980, - С.12.

15. Бланк Н.Э., Боковиков Б.А., Принц М.Я, Особенности тепло-кассообмзна в шахтных печах металлизация, работающих по босконвер-сиошгоИ схеме // Физико-химкя процессов восстанозления металлов: Тез.докл.науч.-техн.копф. / ДМетИ. - 1988. - С.15.

• 16. Шахтныо пол;; для металлизации и обжига кусковых матерш-

лов / Б.А,Боковиков, 1.1.3.Кланк, Е.В.Червоткин, В.Ю.Поволоцккй // Сташ.. - 1990. - № 3. - С.6-10.

Основные обозначения: Т - время; I , Т - температура твердой и газообразно;! фаз; У - "кажущаяся" степэнь диссоциации сидеголлезита;

» ~ степень восстановления и металлизации материала;

(1 - размер образца; К - константа скорости реакции; Кг - коэффициент мзссообменз в слоо; с.0„ „ с*5г - скорости движения материала и газа; | - удельная наружная поверхность

материала; С* - количество восстановителя, необходимое для пол}

ного восстановления единицы объема слоя; а - высота слоя; а , & - эмпирические коэффициенты.

Подписано г печать 19.09.90 г. Е'г.лзга 60x04 Г/16 Писчая И [. Плоская печать. Уч.изд.л.1,00. Усл.п.л. 1,00. Тгр'лт 1С0. Рака? 1<П0. Бесплатно

620219, Свердловсг, И'П-ГЛЗ, Студенческая, [Л. Ротопггнт