Исследование влияния качества агломерационного топлива на содержание остаточного углерода в агломерате

В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ

Вип. № 11

2001 р.

УДК 669.018.73

Ванюкова Н.Д.*

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КАЧЕСТВА АГЛОМЕРАЦИОННОГО ТОПЛИВА НА СОДЕРЖАНИЕ ОСТАТОЧНОГО УГЛЕРОДА В АГЛОМЕРАТЕ

Приведены результаты агломерации железорудных материалов с топливом различной реакционной активности и крупности. Установлено, что при добавке в шихту 3 % твердого топлива фракции 5-7 мм сверх оптимального, обеспечивает содержание остаточного углерода в агломерате 0,63 % для коксика и 1,59 % для антрацитового штыба.

Ранее проведенными исследованиями было показано, что содержание углерода в окускованных железорудных материалах значительно интенсифицирует процесс восстановления оксидов железа /1,2/. Применение железорудных офлюсованных окатышей с остаточным углеродом в доменной плавке позволило значительно снизить расход кокса /3/. В лабораторных и промышленных условиях разработаны технологические рекомендации по производству железорудных окускованных материалов с остаточным углеродом /4/.

Учитывая особенности агломерационного процесса, когда горение твердого топлива происходит в узкой зоне, представляет практический интерес исследование возможности сохранения части углерода твердого топлива в структуре агломерата. Анализ исследований по использованию твердого топлива при агломерации показывает, что увеличению содержания остаточного углерода в структуре агломерата способствует повышенный расход твердого топлива, увеличение его крупности и снижение реакционной способности /5,6/.

В представленной работе приведены результаты агломерации железорудных материалов с твердым топливом разной крупности и реакционной способности (коксик, антрацитовый штыб).

Железорудная часть шихты состояла из 60 % концентрата (61 % Бе, 11 % 8Ю2) и 40 % железной руды (52 % Бе и 17 % 8102). Для офлюсования использовали известняк (51,3 % СаО и 2,1 % 8Ю2). Твердое топливо - коксик (С=84,7 %; А=12 %, л.в.=1,5 %; 8=2,4).

Шихтовые материалы были подготовлены по крупности: железная руда менее 7 мм; известняк менее 3 мм. Коксик и антрацитовый штыб использовали в узких фракциях: 0-3 мм (базовая серия); 5-7 мм и 10-12 мм.

Перед спеканием шихту смешивали, окомковывали и загружали в чашу высотой слоя 300мм и определяли газопроницаемость при разрежении 500 мм вод. ст. продолжительность спекания определяли по максимальной температуре отходящих газов. Качество агломерата определяли путем 4-кратного сбрасывания агломерата с высоты 2-х метров с последующим рассевом на фракции +5 мм и -5 мм. Выход годного агломерата определяли по содержанию фракции + 7 мм после одного сбрасывания.

Современная технология агломерации предусматривает полное использование твердого топлива в агломерационном процессе. Вместе с тем колебания гранулометрического состава агломерационного топлива даже в пределах, обусловленных требованиями технологической инструкции, приводят к неполному его сгоранию. В агломерате и в возврате остается некоторое количество углерода. При спекании на коксовой мелочи крупностью 1-2 мм остаточного углерода в агломерате оказывается 0,15 %, а при крупности 3-3,5 мм - 0,54 % III.

Повышенное количество углерода в агломерате остается при увеличении расхода твердого топлива в шихту. Так, при производстве металлизированного агломерата расход твердого топлива в шихту составил от 12 до 21 %, при этом остаточного углерода в агломерате было от 3,04 до 8,85 %, а производительность агломерации снизилась в два раза /8/.

НМетАУ, канд.техн.наук, доц.

Принимая во внимание изложенное, можно предположить, что увеличение крупности твердого топлива и снижение его реакционной способности с некоторым увеличением расхода в шихту позволит получить агломерат с повышенным содержанием остаточного углерода. Известно, что реакционная способность антрацита составляющая по ГОСТ 10089-62-0,77 против 1,46 мл (гсх) для коксовой мелочи 191. Это предопределяет менее интенсивное взаимодействие топливных частиц с кислородом воздуха и, как следствие, повышение остаточного углерода в агломерате.

Приведенные экспериментальные данные показывают, что с увеличением крупности коксика, который добавлялся сверх оптимального в количестве 3 %, содержание остаточного углерода увеличивается. При этом крупность коксика 5-7 мм обеспечивает содержание в агломерате остаточного углерода, равное 0,63 %. Однако наибольшее содержание углерода остается в агломерате, спеченном с антрацитовым штыбом. Добавка антрацитового штыба фракции 5-7 мм в количестве 6 % увеличивает содержание остаточного углерода до 1,59 %. Таким образом, фракция твердого топлива 5-7 мм позволяет получить большее количество остаточного углерода в агломерате.

Таблица - Результаты агломерации с топливом различной крупности

Показатели процесса Базовая шихта Добавка топлива различной крупности

Коксовая мелочь Антрацитовый штыб

Коксовая мелочь 0-3 мм Фракция 5-7 мм 3% Фракция 7-10 мм 3% Фракция 10-12 мм 3% Фракция 5-7 мм 6% Фракция 7-10мм 6%

Продолжительность спекания, мин. 10,3 12,3 9,3 16,3 9,3 15,3

Высота слоя, мм 300 300 300 300 300 300

Усадка слоя, % 13,7 15 12,3 10,3 8,3 8,3

Насыпная масса шихты, т/м3 1,4 1,34 1,34 1,33 1,34 1,24

Насыпная масса пирога, т/м3 1,4 1,3 1,4 1,23 1,22 1Д1

Выход годного, % 76,5 81,1 78,5 78,8 82,7 84

Прочность агломерата, % -удар -истирание ОО 00 88 6 92,7 4 88,9 5,5 92 3,8 92,2 3,7

Удельная производительность, т/м2-час 1,6 1,3 1,8 0,98 1,7 0,99

Содержание остаточного углерода, % 0,12 0,63 0,35 0,4 1,59 0,89

В связи с добавкой крупных фракций твердого топлива в агломерационную шихту изменились технологические показатели процесса агломерации. Максимальная температура отходящих газов возрастает с 350 °С в базовой серии до 420 °С и 490 °С при крупности коксика соответственно 5-7 мм и 7-10 мм, а при фракции 10-12 мм она уменьшилась до 280 °С. При добавках антрацитового штыба крупностью 5-7 мм и 7-10 мм температура отходящих газов составила соответственно 390 °С и 470 °С. Таким образом, максимальные значения температур отходящих газов наблюдаются при добавке твердого топлива 7-10 мм.

В зависимости от крупности топлива изменялась газопроницаемость спекаемого слоя. Так для коксовой мелочи фракцией 5-7 мм и 7-10 мм она составила 0,8 м/с и 0,88 м/с

соответственно, снижаясь до 0,72 м/с для фракции 10-12 мм. При добавках 6 % антрацитового штыба в виде фракций 5-7 мм и 7-10 мм скорость фильтрации составила соответственно 0,86 м/с и 0,92 м/с.

Во всех сериях при добавке крупного топлива наблюдалось улучшение качества агломерата. Выход годного агломерата увеличился с 76,5 % до 78,5-84,0 %, при этом прочность агломерата на удар улучшилась с 84,0 % до 88,0-92,2 %, а индекс на истирание уменьшился с 8,0 % до 3,7-6,0 % максимальная производительность аглоустановки была достигнута для коксика при добавке фракции 7-10 мм, а для антрацита - 5-7 мм.

При изменении шихтовых условий путем добавки крупных фракций твердого топлива изменилось содержание остаточного углерода в агломерате. В базовой серии при крупности коксовой мелочи 0-3 мм содержание остаточного углерода составило 0,12 %. При добавке 3 % фракции 5-7 мм оно увеличилось до 0,63 %, а для фракции 7-10 мм и 10-12 мм - 0,38-0,40 %. Добавка антрацитового штыба в количестве 6 % крупностью 5-7 мм и 7-10 мм увеличила содержание остаточного углерода до 1,59 % и 0,89 % соответственно. Добавка крупного топлива привела к снижению насыпной массы шихты (с 1,4 т/м3 до 1,24-1,34 т/м3) и спека (с 1,4 т/м3 до 1,11-1,30 т/м3).

Гранулометрический состав топлива и его влияние на показатели агломерационного процесса и качество агломерата был всегда предметом острых дискуссий. На совещаниях доменщиков в 1954 и 1957 гг. высказывались противоречивые мнения об оптимальной крупности твердого топлива. С одной стороны предполагалось, чтобы верхний размер топлива превышал 5 мм, т.е. рекомендовалось заведомо крупное топливо. С другой стороны, отмечалось, что при мелком топливе (менее 0,5 мм) снижается продолжительность спекания и поэтому необходимо использовать топливо крупностью менее 1 мм. В настоящее время технологическими инструкциями аглофабрик верхний предел крупного топлива ограничен размером 3 мм при содержании фракции более 3 мм не выше 4-7 %. Повышение газопроницаемости слоя при крупном топливе не достаточно для получения высоких технико-экономических показателей. Необходима концентрация тепла в узкой по высоте зоне спекания. Поэтому для обычного процесса является оптимальным топливо с отсевом фракции менее 0,5 мм, которое приводит к снижению интенсивности горения и снижению температуры спекания агломерата. С ростом крупности топлива, как показывают наши экспериментальные данные, повышается температура спекания за счет более интенсивного горения крупных частиц, вызванного повышением газопроницаемости спекаемого слоя. Этот показатель существенно зависит от химической активности твердого топлива. Антрацит имеет по сравнению с коксовой мелочью меньшую реакционную способность и большую насыпную массу. Поэтому объем, занимаемый антрацитом, будет в 1,3 раза меньшим в сравнении с коксовой мелочью. Это приводит к разобщенности очагов горения в слое и снижению выхода годного. Для повышения температурно-теплового уровня процесса и улучшения качества спека в наших экспериментах расход антрацита по весу был увеличен вдвое (по углероду в 1,7 раза), по сравнению с коксиком. Увеличение крупности коксика (фракция 10-12 мм) и антрацита (фракция 7-10 мм) приводит также к рассредоточению топлива в структуре агломерата. В значительной степени содержание остаточного углерода будет зависеть от скорости выгорания единичных частиц различных видов топлива. Принимая, что оптимальная длительность горения частицы коксовой мелочи размером 2 мм составляет 75 с /4/, для сохранения повышенного количества остаточного углерода в агломерате необходимо увеличивать размер кусков твердого топлива даже обладающих низкой реакционной способностью. Как следует из приведенных экспериментальных данных, крупность дополнительного топлива должна быть в пределах 5-7 мм.

Выводы

Проведены исследования агломерационного процесса с использованием коксика и антрацитового штыба при оптимальном их расходе и с добавкой их в узко классифицированных фракциях: 5-7 мм; 7-10 мм и 10-12 мм. Установлено, что максимальное количество углерода остается в агломерате при добавках фракции 5-7 мм.

Перечень ссылок

1. Ванюкова Н.Д. Исследование влияния количества и крупности углерода на кинетику комплексного восстановления железорудных окатышей с центральным угольным ядром //Теория и практика металлургии.-1998.-№2.-С.28-31

2. Ванюкова Н.Д. Влияние режима обжига на полноту использования остаточного углерода железорудных окатышей при их восстановлении// Теория и практика металлургии.-2000,-№3.-С.9-12.

3. Ковалев Д.А., Ванюкова Н.Д, Журавлев Ф.М. и др. Использование опытных железорудных офлюсованных окатышей при их восстановлении// Сталь.-1999.-№8.-С.4-9.

4. Ковалев Д.А., Костелов О.Л. и др. Получение офлюсованных окатышей с остаточным углеродом.//Проблемы металлургического производства (Республиканский межведомственный научно-технический сборник).-№104.-1991.-С.70-73.

5. Сигов A.A., Шурхал В.А. Агломерационный процесс.- Киев:-Техника, 1969.-231с.

6. Вегман Е.Ф. и др. Интенсификация агломерационного процесса.-М.: Машиностроение, 1995.-126с.

7. Ефимов С.П., Ефименко Г.Г. IIИзв. вузов. Черная металлургия.-1970.-№9.-С.21-25.

8. Вегман Е.Ф., Валавин B.C. и др. //Бюлл. ИнститутаЧерметинформация.-1972.№20.-19с.

9. Каширин В.П., Жуков H.A. и др. Переработка твердого топлива.-Новокузнецк.-1968.-С.96-103.

Ванюкова Наталия Дмитриевна, канд.техн.наук, доцент кафедры ТМП, окончила

Национальную металлургическую академию в 1986г. Занимается вопросами подготовки

железорудного сырья, производства углеродсодержащих материалов и их использования в

доменной плавке и в процессах прямого получения железа.

Статья поступила 27.02.2001.