SU794085A1

SU794085A1 - Способ производства окатышей

Info

Publication number: SU794085A1
Application number: SU792743738A
Authority: SU
Inventors: Евгений Феликсович Вегман
Original assignee: Московский Ордена Трудового Красногознамени Институт Стали И Сплавов
Priority date: 1979-03-30
Filing date: 1979-03-30
Publication date: 1981-01-07

Description

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано на фабриках окатышей.

Известен способ получения гематитовых окатышей, включающий в себя сушку сы- 5 рых окатышей, их нагрев и обжиг (температура обжига 1200— 1350°С), предварительное охлаждение обожженных окатышей до температуры 800—900°С воздухом в зоне рекуперации тепла, окончательное ох- 10 лаждение окатышей воздухом [1].

Недостатком такого способа является то, что обжиг окатышей ведется пламенем природного газа или мазута, сжигаемых над слоем окатышей с большим избытком воз- 15 духа. В этих условиях основная масса окатышей окисляется до гематита, что резко снижает прочность обожженных окатыщей при их восстановлении в доменной печи. Полному окислению окатыщей способству- 20 ет и охлаждение их от температуры обжига до 800—900°С воздухом в зоне рекуперации тепла.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ произ- 25 водства магнетитовых окатышей, при котором в зоне обжига к продуктам горения природного газа или мазута добавляют 5— , 30% (по объему) конвертированного Прит родного газа (Н₂ и СО) [2]. Способ позво- эд ляет получить магнетитовые обожженные окатыши, обладающие высокой прочностью при восстановлении.

Недостаток этого способа заключается в необходимости сооружения и эксплуатации крупной дорогостоящей установки для конвертирования природного газа, во взрывоопасности способа, связанной с соприкосновением конвертированного природного газа с воздухом, неизбежно проникающим через уплотнения. Эта опасность возникает также в газовых коллекторах под машиной, где остатки конвертированного газа смешиваются с кислородсодержащими дымовыми газами. Другим недостатком прототипа является возможность вторичного окисления магнетитовых обожженных окатышей при их охлаждении воздухом до 700—800°С в зоне рекуперации тепла.

Цель изобретения — удешевление производства магнетитовых окатышей, улучшение их качества и повышение взрывобезопасности процесса обжига окатышей.

Поставленная цель достигается тем, что природный, коксовый газы или мазут сжигают в зоне высокотемпературного обжига с коэффициентом избытка воздуха 0,95— 1,00, добавляя к продуктам горения водяной пар или газообразный азот в количествах, обеспечивающих заданную температу794085 ру обжига, а предварительное охлаждение окатышей в зоне рекуперации ведут путем продува слоя окатышей азотом или водяным паром.

При сжигании природного газа, коксово- 5 го газа или мазута над слоем обжигаемых окатышей при коэффициенте избытка воздуха 0,95—1,00 продукты горения состоят из СО₂, Н₂О и N₂ и содержат лишь следы СО и Н₂, т. е. являются абсолютно взрыво- 10 безопасными. Вместе с тем эти продукты горения являются восстановителями для гематита, что полностью превращает возможность окисления магнетита в ходе обжига. По реакции 15

3Fe_aO_s (тв) 4- СО = 2Fe_aO₄ .(TB) -f- СО_а ;

величина К_р может быть вычислена из 2726 уравнения lg-Kp = —--1-2,144. Абсолют- ₂о ная величина lgK_P при 1000, 1250, 1500°С составляет соответственно 4,30; 3,93; 3,72.

Значения эти настолько велики, что гематит восстанавливается в чистом углекислом газе за счет СО его термической диссоциации (степени диссоциации СО₂ при 1500°С и 1000°С равны соответственно 2,05 и 0,05%). Как известно, этот факт находит свое выражение в том, что на равновесной диаграмме состояния системы Fe₂O3 — Fe₃O₄ — FeO — Fe — СО — СО₂ нет поля устойчивости гематита, которое сливается с осью абсцисс. Однако обжиг окатышей, который осуществляется обычно при температурах не выше 1400°С, не может быть проведен при коэффициенте избытка воздуха 0,95—1,00, так как при сжигании природного газа, коксового газа или мазута температура в этом случае достигает соответственно 2000, 2100 и 2100°С. В практических условиях резко увеличивают расход воздуха (а до 1,5), чем снижают температуру до 1200—1400°С и, имея в продуктах горения 10—12% О₂, получают окисленные гематитовые окатыши с низкой горячей стойкостью.

В связи с этим предлагается при сжигании природного газа, коксового газа, мазута с а = 0,95—4,00 вводить в продукты горения водяной пар или газообразный азот в количествах, обеспечивающих снижение температуры продуктов горения с 1900— 2100°С до требуемого по условиям технологии уровня 1200—1400°С. Водяной пар взрывобезопасен и, разбавляя продукты горения, полностью устраняет опасность взрыва. По реакции

2Fe_aO, (тв) -J- Н_а = 2Fe_sO₄ (тв) 44-(H,Q) (газ) величина может быть вычислена из

131 уравнения lg К_Р =--— + 4,42. Реальные значения lgKp при 1000, 1200, 1400°С со- 65 ставляют соответственно 4,289; 4,311; 4,327. Эти значения столь велики, что гематит восстанавливается чистым водяным паром за счет водорода частичной его термической диссоциации (степень диссоциации Н₂О при 1500 и 1000°С составляют 0,58 и 0,02%). На равновесной диаграмме состояния системы Fe₂O₃ — Fe₃O₄ — FeO — Fe — Н₂ — H₂O также отсутствует поле устойчивости гематита.

Таким образом, добавка пара к продуктам горения метана, коксового газа или мазута, понижая температуру продуктов горения до необходимого уровня, не изменит восстановительного характера газовой фазы по отношению к гематиту. Это позволяет полностью предотвратить окисление магнетита в ходе обжига. Равным образом и добавки газообразного азота, сбрасываемого сейчас на кислородных фабриках в атмосферу, понижают температуру пламени горелок или форсунок до нужного уровня.

Пример. После сушки и подогрева окатышей из магнетитового концентрата, осуществляемых в головной части обжиговой ленты, ведут обжиг их пламенем природного газа при а = 1 на холодном воздухе:

СН₄ 4- 2Оц 4- 2 · 3,76N_a 4- СО, 44- 2Н_аО 4- 2-3.76N,.

На 1 м³ сожженного СН4 образуется продуктов горения: 1 м³ СО2, 2 м³ Н2О, 7,52 м³N2, а всего 10,52 м³. При теплотворной способности природного газа 8500 ккал/м³, теплоемкости продуктов горения 0,4 ккал/м³ °C, температура пламени составит

8500

0,4·10,52 = 2020°С.

По условиям технологии необходима температура обжига 1300°С. С учетом собственного теплосодержания пара (200°С, теплоемкость 0,375 ккал/м³К) такая температура может быть получена при добавке 7,9 м³водяного пара на каждый кубический метр сжигаемого метана

1300 ^ + +0.375-200 _=х_₇₉

0.3S (10,52 о-х)

Далее следует предварительное охлаждение окатышей до 700—800°С паром или азотом, исключающее их вторичное окисление, и наконец, их окончательное охлаждение воздухом. В этих условиях получают высококачественные магнетитовые окатыши с высокой горячей прочностью. Весь процесс обжига является полностью взрывобезопасным.

Использование предлагаемой технологии δ промышленности позволит полностью устранить опасность взрыва и получить высококачественные магнетитовые окатыши, при работе на которых значительно улучшаются технико-экономические показатели работы доменных печей. Полностью сохраняется конструкция обжиговых лент, необходимы лишь подвод пара с ТЭЦ (отработанный пар после турбин) или азота с кислородной станции (в настоящее время сбрасывается в атмосферу). Оба эти газа в больших количествах и по низкой цене имеются на каждом металлургическом заводе. Фабрики окатышей, расположенные вдали от металлургических заводов, могут использовать отработанный пар ТЭЦ, пар котлов-утилизаторов. Отпадает необходимость строительства дорогостоящей установки для конверсии природного газа.

Claims

ру обжига, а предварительное охлаждение окатышей в зоне рекуперации ведут путем продува сло окатышей азотом или вод ным паром. При сжигании природного газа, коксового газа или мазута над слоем обжигаемых окатышей при коэффициенте избытка воздуха 0,95-1,00 продукты горени состо т из СО, Н2О и Na и содержат лишь следы СО и Н2, т. е. вл ютс абсолютно взрывобезопасными . Вместе с тем эти продукты горени вл ютс восстановител ми дл гематита , что полностью превраш,ает возможность окислени магнетита в ходе обжига. По реакции 3Fe,O, (ТВ) + СО 2FeaO4 JTB) + СО величина /Ср может быть вычислена из уравнени g Кр -Ь 2,144. Абсолютна величина Ig/Cp при 1000, 1250, 1500°С составл ет соответственно 4,30; 3,93; 3,72. Значени эти настолько велики, что гематит восстанавливаетс в чистом углекислом газе за счет СО его термической диссоциации (степени диссоциации СО2 при 1500°С и 1000°С равны соответственно 2,05 и 0,05%). Как известно, этот факт находит свое выражение в том, что на равновесной диаграмме состо ни системы РезОз - РезО4 - FeO - Fe - СО - СО2 нет пол устойчивости гематита, которое сливаетс с осью абсцисс. Однако обжиг окатышей, который осуществл етс обычно при температурах не выше 1400°С, не может быть проведен при коэффициенте избытка воздуха 0,95-1,00, так как при сжигании природного газа, коксового газа или мазута температура в этом случае достигает соответственно 2000, 2100 и 2100°С. В практических услови х резко увеличивают расход воздуха (ее до 1,5), чем снижают температуру до 1200-1400°С и, име в продуктах горени 10-12% 02, получают окисленные гематитовые окатыши с низкой гор чей стойкостью. В св зи с этим предлагаетс при сжигании природного газа, коксового газа, мазута с а 0,95-i,00 вводить в продукты горени вод ной пар или газообразный азот в количествах, обеспечиваюш,их снижение температуры продуктов горени с 1900- 2100°С до требуемого по услови м технологии уровн 1200-1400°С. Вод ной пар взрывобезопасен и, разбавл продукты горени , полностью устран ет опасность взрыва. По реакции 2Fe,O, (ТВ) + Н, 2Fe,O (тв) -f + (Н О) (газ) величина /Ср может быть вычислена из 131 уравнени Ig/Ср - + 4,42. Реальные значени Ig/Cp при 1000, 1200, составл ют соответственно 4,289; 4,311; 4,327. Эти значени столь велики, что гематит восстанавливаетс чистым вод ным паром за счет водорода частичной его термической диссоциации (степень диссоциации Н2О при 1500 и 1000°С составл ют 0,58 и 0,02%). На равновесной диаграмме состо ни системы Fe2O3 - РезО4 - FeO - Fe - Н2 - Н2О также отсутствует поле устойчивости гематита. Таким образом, добавка пара к продуктам горени метана, коксового газа или мазута , понижа температуру продуктов горени до необходимого уровн , не изменит восстановительного характера газовой фазы по отношению к гематиту. Это позвол ет полностью предотвратить окисление магнетита в ходе обжига. Равным образом и добавки газообразного азота, сбрасываемого сейчас на кислородных фабриках в атмосферу , понижают температуру пламени горелок или форсунок до нужного уровн . Пример. После сушки и подогрева окатышей из магнетитового концентрата, осуществл емых в головной части обжиговой ленты, ведут обжиг их пламенем природного газа при а 1 на холодном воздухе: СНл + 20, + 2.3,76N, + СО, + + 2HjO + 2-3,76N,. На 1 м сожженного СН4 образуетс продуктов горени : 1 м СО2, 2 м Н2О, 7,52 м N2, а всего 10,52 м . При теплотворной способности природного газа 8500 ккал/м, теплоемкостипродуктовгорени 0,4 ккал/мЗ°С, температура пламени составит 2020°С. 0,4.10,52 По услови м технологии необходима температура обжига 1300°С. С учетом собственного теплосодержани пара (200°С, теплоемкость 0,375 ккал/м К) така температура может быть получена при добавке 7,9 м вод ного пара на каждый кубический метр сжигаемого метана 1300 8500-Ь 0.375.200 jg ., 0,38(10,52+л:) Далее следует предварительное охлаждение окатышей до 700-800°С паром или азотом, исключающее их вторичное окисление , и наконец, их окончательное охлажение воздухом. В этих услови х получают ысококачественные магнетитовые окатыи с высокой гор чей прочностью. Весь роцесс обжига вл етс полностью взрывобезопасным . Использование предлагаемой технологии промышленности позволит полностью устанить опасность взрыва и получить высоокачественные магнетитовые окатыши, при .. 794 5 работе на которых значительно улучшаютс технико-экономические показатели работы доменных печей. Полностью сохран етс конструкци обжиговых лент, необходимы лишь подвод пара с ТЭЦ (отработанный пар после турбин) или азота с кислородной станции (в насто щее врем сбрасываетс в атмосферу). Оба эти газа в больших количествах и по низкой цене имеютс на каждом металлургическом заводе. Фабрики окатышей, расположенные вдали от металлургических заводов, могут использовать отработанный пар ТЭЦ, пар котлов-утилизаторов. Отпадает необходимость строительства дорогосто ш ей установки дл конверсии природного газа. Формула изобретени Способ производства окатышей, включаюший сушку окатышей, их нагрев, высокотемпературный обжиг газовым пламенем, предварительное охлаждение до 700-800°С 5 10 15 20 5 в зоне рекуперации не обжиговой ленте, окончательное охлаждение их воздухом , отличающийс тем, что, с целью удешевлени производства магнетитовых окатышей, улучшени их качества и повышени взрывобезопасности процесса обжига окатышей, газы или мазут сжигают в зоне высокотемпературного обжига с коэффициентом избытка воздуха 0,95-1,00, добавл к продуктам горени вод ной пар или газообразный азот в количествах, обеспечивающих заданную температуру обжига , а предварительное охлаждение окатышей в зоне рекуперации осуществл ют путем продува сло окатышей азотом или вод ным паром. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе . 1. Вегман Е. Ф. и др. Металлурги чугуна . М., 1978, с. 118-132.
2. Авторское свидетельство СССР № 539970, кл. С 22В 1/14, 1973.