Агломерат (сталелитейная промышленность)

Агломерат сталелитейной промышленности

Агломерат — это материал, состоящий из оксидов железа и пустой породы , обожженный и спеченный ^{[примечания 1]}^[1] на агломерационной фабрике. Этот продукт получается путем сжигания угля, предварительно смешанного с железной рудой и оксидами. Такое кондиционирование железной руды оптимизирует ее использование в доменной печи.

История

Преимущества агломерации были выявлены очень рано, но процессы, используемые в то время, не были непрерывными. Примитивный метод, который состоял из жерновов , был заброшен к концу 19 века, поскольку он был слишком топливоемким. ^{[L 1]} Затем их заменили шахтные печи, их гораздо более высокая эффективность была обусловлена как ограничением реакции, так и противоточным действием (твердые частицы опускаются, а газы поднимаются). ^{[L 2]}

В этих печах железные руды обжигали, чтобы получить результат, противоположный тому, который мы ищем сейчас: в 1895 году обжиг проводили при низких температурах, чтобы избежать агрегации и получить рыхлую руду. ^{[L 3]}

В то время печи для обжига руды представляли собой резервуары, созданные по образцу доменных печей и печей для обжига извести, и не были особо производительными инструментами. ^[2]^{[L 4]} Около 1910 года процесс Гринавальда, автоматизировавший принцип3, ^[3] получил некоторое развитие, что позволило производить 300 000 тонн в год. ^[4]

В июне 1906 года А. С. Дуайт и Р. Ллойд построили первую агломерационную машину на цепи (также известную как решетка), которая начала агломерацию медных и свинцовых руд. Первая агломерационная линия для железных руд была построена в 1910 году в Бердсборо, штат Пенсильвания. ^[2]

Потребовалось около тридцати лет, чтобы спекание руд на цепях стало широко распространенным в сталелитейной промышленности. Если до Второй мировой войны оно в основном использовалось для восстановления рудной мелочи, то после 1945 года оно стало широко распространенным для переработки сырой руды. Сегодня оно играет существенную роль в смешивании различных руд и, прежде всего, во включении минеральных отходов с различным содержанием железа. Эта роль рециркуляции повышает рентабельность и ограничивает количество отходов, образующихся на сталелитейных комплексах, которые производят многочисленные богатые железом остатки (шлак, шлам, пыль и т. д.). ^[2]

Интересы и ограничения

Интересы

ДСП — это продукт, оптимизированный для использования в доменных печах. Для этого он должен соответствовать нескольким условиям:

состоять из пустой породы оксидов, которые в сочетании с золой от сгорания кокса (в основном кремнеземом ) дадут образование легкоплавкого шлака, который одновременно является реакционноспособным по отношению к примесям (в частности, к сере, содержащейся в коксе ), не очень агрессивным по отношению к огнеупорам, футеровывающим доменную печь, и имеет качество, пригодное для ее использования;
Обеспечьте точный размер частиц, как правило, от 20 до 80 мм (слишком маленькие куски засоряют печь, а слишком большие куски слишком долго преобразуются в ядре ^{[L 5]} );
сохранять проницаемость для восстановительных газов при максимально высоких температурах;
низкотемпературные эндотермические реакции, которые можно проводить более экономично вне доменной печи. По сути, это сушка, прокаливание пустой породы (декарбонизация известняка и дегидратация глины или гипса) и восстановительные реакции. Агломерат при этом становится, при равном весе, богаче железом, чем руда.
переокисляют оксиды железа, причем Fe ₂ O ₃ лучше восстанавливается оксидом углерода, присутствующим в доменной печи, чем менее окисленные соединения, особенно Fe ₃ O ₄ . ^{[L 6]}

Еще одним преимуществом является устранение нежелательных элементов: процесс цепной агломерации устраняет 80-95% серы, присутствующей в руде и ее добавках. ^[2] Это также способ избавиться от цинка, элемента, который «отравляет» доменные печи, поскольку его температура испарения 907°C соответствует температуре хорошо проведенного обжига. ^{[L 7]}^{[примечания 2]}

Ограничения

С другой стороны, агломерат является абразивным продуктом, который повреждает доменные сосуды, особенно если они не предназначены для абсорбера, ^{[SF 1]} и, прежде всего, является хрупким. Повторная обработка ухудшает размер его зерна и приводит к образованию мелких частиц, что делает его непригодным для упаковки на площадках, удаленных от доменных печей: поэтому предпочтительны окатыши. Холодостойкость, особенно к дроблению, можно улучшить, увеличив подачу энергии во время спекания. ^[5]

Улучшение механической прочности также улучшает производительность агломератов в процессах, в которых они используются. Восстановление гематита (Fe ₂ O ₃ ) до магнетита (Fe ₃ O ₄ ) создает внутренние напряжения. Однако, в дополнение к увеличению стоимости производства агломерата, ухудшается восстанавливаемость, когда требуется механическая прочность. ^[5]

Состав

Агломераты обычно классифицируются как кислотные или основные. Полный индекс основности ic рассчитывается по следующему соотношению массовых концентраций: ^[2]

$I_{c}={\frac {[CaO]+[MgO]}{[SiO_{2}]+[Al_{2}O_{3}]}}$

Его часто упрощают, просто вычисляя упрощенный индекс основности, обозначаемый i (или иногда ia), равный отношению CaO / SiO2 . ^{[SF 2]} Агломерат с индексом ic менее 1 называют кислым; выше 1 его обычно называют основным; равным 1 называют самоплавящимся (ic ₌ 1, что эквивалентно i _a = 1,40 ^{[SF 3]} ). До 1950-х годов агломераты со значением ic менее 0,5 были в большинстве. Затем, когда стало понятно, что агломерат может включать известняк, который затем загружался в доменную печь отдельно, основные индексы получили широкое распространение: в 1965 году индексы ниже 0,5 составляли менее 15% тоннажа произведенного агломерата, в то время как основные агломераты составляли 45%. ^[2]

Опять же, мы находим соотношение: k является эмпирически определенной константой ^[6] (иногда равной, для простоты, 1 ^{[SF 4]} ). Восстановление железа само по себе благоприятствует основной среде и достигает пика при 2 < i _b < 2,5. Также в этом диапазоне механическая прочность наилучшая (а также плавкость шлака наихудшая, что затрудняет его удаление из доменной печи). Выше значения ib 2,6 доля расплавленного агломерата увеличивается, закупоривая поры и замедляя химические реакции между газами и оксидами. Что касается кислых агломератов с индексом i _b менее 1, размягчение начинается, как только восстановлено только около 15% руды. ^[6] $\scriptstyle \ i_{b}={\frac {[CaO]+k\cdot [MgO]}{[SiO_{2}]}}$

Оптимальный индекс основности определяется, таким образом, в зависимости от используемой руды, технических характеристик доменной печи, предполагаемого использования чугуна и желаемых качеств. Например:

Чугуны, изготовленные из руды Минетт и предназначенные для переработки по процессу Томаса, имели основность i=1,35 (полный индекс I=1), что представляло собой компромисс между низкотемпературной вязкостью (требующей кислого шлака) и десульфурацией (которой способствует основной шлак); ^{[SF 3]}
заводы, для которых чугун с высоким содержанием серы не является проблемой, принимают более кислый агломерат: с i= 0,9 до 1,0. Это способствует снижению содержания кремния, но может привести к очень высокому содержанию серы, от 0,1 до 0,25%; ^{[SF 4]}
производство ферромарганца в доменной печи требует высокого выхода марганца и, следовательно, высокой основности, вплоть до i = 1,7 или 1,8 (имея в виду, что в данном случае индекс соответствует !). Плавкость в данном случае имеет второстепенное значение, так как температура шлака может достигать 1650°C (вместо 1450°C - 1550°C при производстве чугунов для рафинирования). $\scriptstyle \ i={\frac {[CaO]+[MgO]+[BaO]}{[SiO_{2}]}}$

Смотрите также

Ссылки

^ "Cockerill Ougrée". tchorski . Архивировано из оригинала 2017-08-18.
^ abcdef Страсбургер, Юлиус Х. (1969). Доменная печь — теория и практика. Gordon and Breach Science Publishers. ISBN 978-0-677-10420-1.
↑ Mining and Scientific Press (январь-июнь 1921 г.). Библиотека штата Калифорния. 1921.{{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка )
^ Хэнд (окружной судья), Л. (1928). DWIGHT & LLOYD SINTERING CO., Inc., против GREENAWALT (AMERICAN ORE RECLAMATION CO., третья сторона) . Окружной апелляционный суд, Второй округ.
^ аб Гердес, Мартен; Токсопеус, Хиско; Влит, Кор ван дер; Шеньо, Ренар; Вандер, Тим; Уайз, Дженнифер (2009). Современное доменное производство чугуна: введение (2-е изд.). Амстердам: IOS Press. ISBN 978-1-60750-040-7. OCLC 441170874.
^ ab Metallurgie: Berichte, gehalten im Kontaktstudium 'Metallurgie d. Эйзенса. 2: Эйзенерцойгунг . Дюссельдорф: Верл. Сталайзен. 1982. ISBN 978-3-514-00260-9.

Ледебур, Адольф. Manuel theorique et pratique de la Metallurgie du Fer, Том I и Том II .

^ Ледебур (1895a, стр. 252-253)
^ Ледебур (1895a, стр. 254-271)
^ Ледебур (1895a, стр. 244–251)
^ Ледебур (1895a, стр. 260-270)
^ Ледебур (1895a, стр. 237)
^ Ледебур (1895a, стр. 248)
^ Ледебур (1895a, стр. 231–233, 245–247)

Корбион, Жак (2003). Le Savoir…fer — Glossaire du haut fourneau. Le langage… (savoureux, parfois) des hommes du Fer et de la Zone Fonte, du mineur au… cokier d'hier et d'aujourd'hui.

^ § Сага о доменных печах Лотарингии: их кампании (завод Фонтой)
^ § Упрощенный (базисный) индекс
^ ab § Сокращенный индекс
^ ab § Основность

Библиография

Ледебур, Адольф (1895a). Manuel theorique et pratique de la Metallurgie du Fer, Том I. Перевод де Ланглада, Барбари. Политехническая библиотека Бодри и редактор Cie.
Ледебур, Адольф (1895b). Мануэль Теоретик и практика металлургии, Том II . Перевод де Ланглада, Барбари. Политехническая библиотека Бодри и редактор Cie.

Примечания

^ Во франкоязычной Бельгии этот материал назывался «fritte» — с двумя буквами «т», потому что его спекали, а не обжаривали, — поскольку он производился и потреблялся именно там.
^ Исторически обжиг пиритов, остатков производства серной кислоты, был направлен только на удаление серы и цинка. Пириты содержат от 60 до 65% железа и менее 0,01% фосфора, но до 6% серы и 12% цинка.

[2] "Cockerill Ougrée". tchorski . Архивировано из оригинала 2017-08-18.

[:0-6] Страсбургер, Юлиус Х. (1969). Доменная печь — теория и практика. Gordon and Breach Science Publishers. ISBN 978-0-677-10420-1.

[8] Mining and Scientific Press (январь-июнь 1921 г.). Библиотека штата Калифорния. 1921.{{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка )

[9] Хэнд (окружной судья), Л. (1928). DWIGHT & LLOYD SINTERING CO., Inc., против GREENAWALT (AMERICAN ORE RECLAMATION CO., третья сторона) . Окружной апелляционный суд, Второй округ.

[:1-15] аб Гердес, Мартен; Токсопеус, Хиско; Влит, Кор ван дер; Шеньо, Ренар; Вандер, Тим; Уайз, Дженнифер (2009). Современное доменное производство чугуна: введение (2-е изд.). Амстердам: IOS Press. ISBN 978-1-60750-040-7. OCLC 441170874.

[:2-18] Metallurgie: Berichte, gehalten im Kontaktstudium 'Metallurgie d. Эйзенса. 2: Эйзенерцойгунг . Дюссельдорф: Верл. Сталайзен. 1982. ISBN 978-3-514-00260-9.

[3] Ледебур (1895a, стр. 252-253)

[4] Ледебур (1895a, стр. 254-271)

[5] Ледебур (1895a, стр. 244–251)

[7] Ледебур (1895a, стр. 260-270)

[10] Ледебур (1895a, стр. 237)

[11] Ледебур (1895a, стр. 248)

[12] Ледебур (1895a, стр. 231–233, 245–247)

[14] § Сага о доменных печах Лотарингии: их кампании (завод Фонтой)

[16] § Упрощенный (базисный) индекс

[:0-17] § Сокращенный индекс

[:1-19] § Основность

[1] Во франкоязычной Бельгии этот материал назывался «fritte» — с двумя буквами «т», потому что его спекали, а не обжаривали, — поскольку он производился и потреблялся именно там.

[13] Исторически обжиг пиритов, остатков производства серной кислоты, был направлен только на удаление серы и цинка. Пириты содержат от 60 до 65% железа и менее 0,01% фосфора, но до 6% серы и 12% цинка.