Топливо-плавильные материалы на основе торфа

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО

ИНСТИТУТА имени С. М. Кирова

1964

Том 126

ТОПЛИВО-ПЛАВИЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ТОРФА

И. В. ГЕБЛЕР, С. И. СМОЛЬЯНИНОВ

Торф мог бы быть прекрасным металлургическим топливом, так как содержит незначительное количество вредных примесей — золы и серы. Выплавка чугуна на торфе может дать результаты в отношении качества металла, близкие к выплавке этого металла на древесном угле, который до сих пор применяется для выделки качественной стали.

В Советском Союзе, главным образом, в 30-е годы проводились успешные плавки чугуна в доменных печах Выксунского, Косогорского заводов, на Чернореченском химкомбинате, с использованием в качестве доменного горючего торфяного кокса и воздушно-сухого (не коксованного) формованного торфа [1, 2, 3, 4].

Примерно в то же время инженером П. М. Вавиловым была выдвинута идея газодоменного процесса, то есть идея ведения доменной плавки на воздушно-сухом торфе с одновременным получением чугуна, высококалорийного газа и торфяного дегтя. Эта идея находила себе широкую поддержку вплоть до последнего времени [5, 6, 7, 8].

Вопросу использования торфа в качестве металлургического топлива уделяется серьезное внимание и в настоящее время. Это подтверждается состоявшимся в 1958 г. в Москве совещанием по использованию торфа в металлургической промышленности [9] и др.

Известны следующие способы использования торфа как металлургического топлива:

1. Производство из торфа доменного кокса:

а) коксование машиноформованного торфа;

б) получение доменного кокса из фрезерного торфа через промежуточное производство термобрикетов;

в) получение доменного кокса из фрезерного торфа через промежуточное полукоксование с последующим брикетированием полукокса (со связующим) и коксование брикетов;

г) получение доменного кокса коксованием брикетов, спрессованных под высоким давлением из фрезерного торфа.

2. Производство полукокса из фрезерного торфа с использованием этого полукокса для замены отощенных углей в угольной шихте и для агломерации руд.

3. Использование воздушно-сухого формованного торфа.

Были предложены также способы получения торфожелезобрикетов (торф, руда, флюсы) методами термобрикетирования [4].

Все эти способы имеют ряд существенных недостатков. Кокс из машиноформованного торфа невысокой степени переработки обладает 8

сравнительно низкой механической прочностью, в лучшем случае 60—80 кг/см2. Кроме того, в настоящее время не имеется высокопроизводительных торфококсовальных печей.

Производство доменного кокса из фрезерного торфа, пригодного для печей большого объема, возможно лишь при большом усложнении технологического процесса и сильном удорожании его.

Нами предлагается метод получения из торфа топливо-плавильных материалов, т. е. материалов, содержащих в своем составе топливо, железную руду и флюсы в необходимых для доменного процесса соотношениях, заключающийся в следующем.

Сырой торф с рабочей влажностью (не менее 80—85%) подвергается переработке (перетирание), после чего к нему добавляются при тщательном перемешивании тонко измельченная руда и флюсы в нужном соотношении. Руда и флюсы должны быть измельчены до размеров зерен не более 0,15 мм, а лучше мельче, вплоть до 0,07 и менее мм. Смесь формуется под давлением 1—5 кг!см2 в формовки нужного размера и формы. После естественной сушки до влажности не более 15—20% топливо-плавильные материалы пригодны для их применения в доменных печах в воздушно-сухом состоянии или после получения из них кокса; первое предпочтительно.

Нами в лабораторных условиях получены на основе торфа и руды, содержащей в своем составе 40% железа, при расчетном количестве флюса — известняка, топливо-плавильные материалы с соотношением углерод: железо (в прококсованном при 800° образце) до 0,9:1.

Для лабораторных образцов определены показатели механической прочности (истираемость, сопротивление раздавливанию, индекс прочности по К. И. Сыскову —: работа разрушения на увеличение единицы поверхности), пористость и процент восстановленного железа.

В нижеследующей таблице приведены данные по определению показателей механической крепости топливо-плавильных материалов с добавкой на сырую массу торфа (рабочая влажность 85%) 6 и 10% железной руды и соответствующего количества флюсов (степень измельчения 0,088 мм). Для сравнения в этой же таблице приводятся определенные нами в равноценных условиях показатели для металлургических коксов производства Кемеровского коксохимического завода и Кузнецкого металлургического комбината, а также древесного угля (березового-ретортного) и формованного торфа без добавок.

Топливно-плавильный материал с добавкой 10% руды на сырую массу торфа имеет после удаления летучих при 800° соотношение между углеродом и железом примерно 0,9 : 1, а при добавке руды 6% — 1,6—1. В первом случае указанные соотношения являются нормальными для современного доменного процесса, во втором — вполне допустимыми, так как при выплавке некоторых специальных сортов чугуна расход кокса даже превышает эту величину.

Как видно из таблицы, топливо-плавильные материалы в воздушно-сухом состоянии по сопротивлению раздавливанию и индексу прочности равны хорошему металлургическому коксу, а по истираемости его превосходят. Это обстоятельство имеет особое значение при загрузке в домну воздушно-сухих материалов, так как значительная доля разрушающих усилий прилагается к топливу в моменты его транспортировки и загрузки в колошник.

Для газопроницаемости доменной шихты большое значение имеет истираемость компонентов шихты. Этот показатель топливо-плавиль-ных материалов заметно превышает истираемость каменноугольного кокса лишь у образцов с добавкой 10% руды, прогретых до 800°. Однако это не дает основания считать, что подобные материалы нельзя применять в крупных доменных печах. Газопроницаемость столба тор-

Э

фяных топливо-плавильных материалов, даже обладающих несколько более повышенной истираемостью, чем каменноугольный кокс, может оказаться вследствие однородности материала гораздо более высокой, чем у многокомпонентной шихты в обычном доменном процессе.

Тем более несомненно успешное применение торфяных топливо-плавильных материалов в печах меньшего объема. Это ясно видно из сравнения механической прочности указанных материалов и древесного угля (табл. 1), который, как известно, используется и до настоящего времени.

Интересно отметить, что топливо-плавильные материалы имеют повышенную по сравнению с чистым торфом механическую прочность в интервале температур 400°, где последний, как правило, имеет мини-

Таблица 1

Топливо-плавильные материалы на основе торфа

№ п. п. Объект испытания Коэффициент истираемости Сопротивление раздавливанию, кг\см2 Индекс прочности (с учетом мелочи), кгм\дм?

1 Кокс КМК 2,8-$,0 250-300 1,79

2 Кокс Кемеровского КХЗ 3,2-3,3  - 1,30

3 Древесный уголь 18-19 —

4 Торфо-плавильный материал с 6 % руды (0,088 мм) содержание железа в руде 41 %

а) воздушно-сухой 1,23 350 1,70

б) прогрет до 400°С 4,0 120 0,56

в) прогрет до 800°С 3,8 150 0,70

5 То же с добавкой 10 % руды

а) воздушно-сухой 1,4 250-300 1,30

б) прогрет до 400°С 6,7 90 0,42

в) прогрет до 800СС 9,0 100 0,45

6 Торф без добавок

а) воздушно-сухой 1,2 300 3,00

б) прогрет до 400°С 11,8 26 0,57

в) прогрет до 800°С 4,2 70 0,65

7 Топливо-плавильный материал с Соколовско-Сарбайским концентратом

j а) воздушно-сухой 0,6 800 —

! б) прогрет до 800°С 4,5 150 i —

мум прочности. Это важно как при применении в домне данных материалов в воздушно-сухом состоянии, так и при коксовании их в печах непрерывного действия.

В образцах, прогретых до температуры 800°, процент железа, восстановленного до металла, составляет 60—70%, а пористость — 45—60%.

Следует обратить внимание и на то обстоятельство, что образцы с добавкой руды и флюсов сохнут в естественных условиях на 20—25% быстрее, чем формованный торф без добавок, а конечное содержание  влаги на 4—5% меньше.

Так как к сырому торфу в момент формования можно добавить такое количество руды, какое обеспечит нормальные соотношения между рудой и топливом в доменном процессе, то вышеописанный способ получения топливо-плавильных материалов может также рассматриваться как способ окусковывания пылеватых руд и рудной мелочи.

Производство таких топливо-плавильных материалов можно, по-видимому, осуществить на обычных торфоформовочных машинах, причем дополнительные затраты будут минимальными и скорее В'сего компенсируются ускорением естественной сушки торфа 'под действием руды и флюсов.

Выводы

1. Предлагается использовать торф в виде топливо-плавильных, материалов в газодоменном процессе.

2. Топливо-плавильные материалы, полученные в процессе производства машиноформованного торфа, в воздушно-сухом состоянии превышают по прочности каменноугольный металлургический кокс.

ЛИТЕРАТУРА

1. Н. Н. Богданов. Коксование торфа. ГНТИ, М.-Л., 1931.

2. М. А. Павлов. Металлургия чугуна. Т. 1, изд. АН СССР, М.-Л., 1948.

3. А. А. Мягков. Торфяной кокс. Изд. ОНТИ, М. Л., 1936.

Б К К л и м о в. Новые методы термической переработки торфа. Изд. ГОНТИ, М.-Л., 1939.

А. П. Вавилов. Забытая проблема (проблема комплексного использования торфа в доменных печах). Изд. ВНИТО Металлургов, 1939.

6. В. В. Кондаков. Доменная плавка на торфе и кислородном дутье. Кислород № 1, стр. 35-47, 1945.

7. А. К. Ф а м б у л о в. Плавка чугуна в вагранках на торфе. Торфяная промышленность, № 5, стр. 28-32, 1957.

8. Б. Д. С ы с о е в. Использование торфа для газификации путем применения его в качестве металлургического топлива. Торфяная промышленность, № 1, стр. 13-15, 1959.

9. А. Г. Б о р ц. Совещание по использованию торфа в металлургической промышленности. Кокс и химия, № 2, стр. 56-58, 1959.