з хімічних аналізів
-2 -
8 c. - 8. а. Рис.6 Області фазової стабільності в частковій системі Fe-O-C в системі координат Pcoz/Pco -100O! Ľ
Результати термодинамічних розрахунків у системі Fe-O-C-H зведені на діаграмі Еллінгема-Річардсона на фіг. 7. Всі розрахунки були зроблені з припущенням, що реагенти та продукти в розглянутих хімічних реакціях перебувають у стандартному стані. Діаграма на рис. 7 доповнена номографічними шкалами, за якими ми можемо визначити рівноважний тиск дисоціації кисню та відношення рівноважних парціальних тисків оксиду вуглецю до діоксиду вуглецю, якщо вуглець або оксид вуглецю використовуються для відновлення або відношення рівноважних часткових тиску водню до водяної пари. для зменшення використовується водень. Фіг. 7 Діаграма Еллінгема-Річардсона системи Fe-O-C-H
Діаграми на рис. 6 і 7 показують, що відновлення оксидів заліза відбуватиметься поступово за схемою:
З діаграми на рис. 6, мінімальною температурою відновлення оксиду заліза монооксидом вуглецю до металевого заліза було визначено 727 ° C як перетин лінії d з лінією c'C, припускаючи, що активність оксиду заліза в системі дорівнює одиниці. концентрат може зменшити цю активність і, таким чином, збільшити мінімальну температуру відновлення оксиду заліза до металевого заліза. Наприклад, припускаючи активність оксиду заліза в системі 0,35, мінімальна температура, необхідна для відновлення
залізо, визначене як перетин лінії d з лінією c "'на рис. 6, збільшилось на 838 ° C. З діаграми на рис. 6 та діаграми Еллінгхарна-Річардсона на рис. 7 випливає далі, що при мінімально визначена температура відновлення 727 ° C PCO = 0,8, що означає, що в відновлювальній атмосфері буде переважати концентрація окису вуглецю, яку доведеться додатково спалити до вуглекислого газу поза робочим простором печі, від Еллінгхарна-Річардсона діаграма, показана на рис.
3.0 Експериментальна частина
Метою експериментальної роботи була перевірка термодинамічних розрахунків та припущень у лабораторних масштабах та оптимізація технологічних параметрів відновлення Fe-концентрату з метою отримання металізованого агломерату або металізованих гранул, придатних для виробництва сталі. З таблиці 1 розділу 1.1 видно, що концентрат Fe - це дуже дрібнозернистий матеріал із вмістом близько 97% фракцій нижче 0,1 мм. Це означає, що такий матеріал не можна використовувати як шихту в доменних печах або електродугових печах, і його потрібно випробовувати агломерацією або пелетизацією. Найбільш кращим методом є грануляція. З метою збільшення вмісту заліза та основності гранул до Fe-концентрату з Середи під час виробництва пелет додавали різні типи залізосодержащих відходів, що виникають при виробництві та переробці сталі, вапняку та коксу, як показано в Таблиця 12 разом з хімічним складом наступна: вироблені гранули. Для того, щоб визначити мінімальну температуру прямого зниження в реальній системі Fe-концентрату, на дериватографі MON проводили рентгенологічний аналіз зразка №5.
Зразок мікропелети, що містить 86,70% концентрату Fe і 13,30% коксу, нагрівали в оксалевому тиглі, закритому кришкою на повітрі, зі швидкістю 10 ° С хв-1 від температури навколишнього середовища до 1200 ° С. Запис аналізу DTA показаний на фіг. 8. а його оцінка наведена в табл.13. Хімічний склад мікропелети з повітряним охолодженням із загальною втратою маси 12,5% становив: 49,49% Fe, 41,26% FeO, 18,53% Fe 2 O 3 та 4,46% Fe металу. до н.е.: o
Принцип полягав у тому, що водень при постійній швидкості потоку подавали в реакційну трубку, нагріту до потрібної температури, де оксиди заліза були відновлені. Непрореагував водень і водяна пара при відновленні оксидів заліза видаляли з реакційної трубки через колонку з силікагелем, де збирали водяну пару і вимірювали лише швидкість потоку непрореагованого водню в наступному витратомірі.
Пристрій також використовувався в лабораторних випробуваннях для прямого відновлення гранул твердим відновником, використовуючи коксовий пил, що міститься в гранулах, як відновник і відновлення проводиться в атмосфері нейтрального аргону. З метою підвищення ефективності відновлення частина твердих відновників пелет також була відновлена в атмосфері водню. Відновлені гранули з металево-глянцевою поверхнею використовували для металографічного аналізу або ґрунту після охолодження в атмосфері водню або аргону, а зразки використовували для рентгенівського та хімічного аналізу. Хімічний склад відновлених гранул разом з розрахунковою ефективністю відновленого заліза (11Fe) відповідно до співвідношення:
11Fe = (мас.% Fe/мас.% Fe металу) .100 зведені в табл.14. Запис аналізу R TG зразків після безпосереднього відновлення зразка № 5 при температурі 1100 ° C
на час скорочення 30, 60, 120 та 180 хв. на фіг. 10. Макрофотографія та мікрофотографії металографічних зрізів вибраних зразків гранул, відновлених в атмосфері водню, показані на фіг. 11, 12 і 13. Макрофотографія та мікрофотографії зрізів відібраних зразків гранул, відновлених твердим відновником в атмосфері аргону, показані на рис. 14, 15 і 16.,. . ':
У зразку №2, який містив 9,3% вапняку, ефективність відновлення металевого заліза становила 96,74% (зразок SP 23, табл. 14), тоді як у відновленні зразка № 1 (зразок SP 17, табл. 14 )) де вапняк не додавали через зв’язування
, частин оксиду заліза з діоксидом кремнію у вигляді фаяліту зменшили лише 93,92 р
% заліза. т
Залежність ефективності відновлення заліза від часу та температури відновлення в атмосфері водню показана на рис. 17, а залежність ефективності відновлення заліза від часу та типу відновника, що застосовується при 1100oC, показана на рис. 18. З діаграми на рис. 17 і таблиці 14 випливає, що при відновленні гранул в атмосфері водню при температурі від 1000 до 110 ° С і часу відновлення вище 180 хв. Оксиди заліза відновлюються з концентрату Fe з ефективністю від 83,29 до 93,92%, тоді як вміст заліза в гранулах збільшився з початкових 53,05% Fe до 66,38% і 68,28% Fe при вмісті оксиду хрому у відновлених гранулах 1,73-2,68%. При більш високій температурі (1000oC) була досягнута вища ефективність відновлення заліза з Fe-концентрату, ніж при більш низькій температурі (1000oC). З макроскопічного спостереження ділянок гранул (макрофотографія гранул видно на рис. 11 і 12), що зменшення пелет в атмосфері водню спричинило
-26 -
.0 Висновок
Концентрат Fe з Середе - це дуже дрібнозернистий матеріал із вмістом близько 97% тяги нижче 0,1 мм, а це означає, що такий матеріал не може використовуватися в якості шихти в доменних печах або електродугових печах і повинен бути випробуваний агломерацією або пелетизацією . На основі термодинамічного аналізу та лабораторних досліджень відновлення Fe-
концентрат із Середе показує, що безпосереднє відновлення оксидів заліза твердим внутрішнім відновником є найбільш вигідним. Безпосереднє відновлення оксидів заліза з концентрату Fe починається при температурі 956 ° C, але за лабораторними випробуваннями оптимальною температурою відновлення можна вважати від 1000 до 1100 ° C. Можлива висока ефективність від 94 до 96% відновлення заліза з концентрату Fe
досягається, якщо використовується комбінований метод відновлення з твердими та газоподібними відновниками. При прямому і непрямому відновленні Fe-концентрату з Середе при температурі від 1000 до
11 OOoC не відновлює оксиди хрому.
Завдяки високому вмісту реакційноздатних компонентів CaO, SiO2 та A1203, у Fe-концентраті з Sereda вміст металу у відновленому агломераті або гранулах може бути збільшений вище обмеженої теоретичної концентрації 68% Fe лише за рахунок додавання залізних відходів, включаючи накип або перетворюють стоки або шлам у Fe -концентрат. Таким чином, вміст заліза у відновленому агломераті або гранулах може бути збільшений до 86% Fe. -30-