» » Окисление металлизованного сырья при повышенных температурах
04.02.2015

Высокотемпературное окисление губчатого железа имеет место при плавлении его в электропечи с периодической загрузкой, при непрерывной загрузке в случае накопления материала на поверхности ванны и в случае использования для нагрева и плавления металлизованных материалов тепла от сжигания топлива.
Окисление металлизованных окатышей применительно к нагреву их в потоке газа изучалось Венцелем. Окатыши нагревали в печи Таммана, приспособленной для работы в окислительной атмосфере, по термическому циклу, воспроизводившему условия нагрева в шахтой печи. Длительность нагрева до 1200 °C с почти линейным ростом температуры составляла примерно 25 мин. Изучали влияние парциального давления кислорода и температуры на степень окисления:
Окисление металлизованного сырья при повышенных температурах

Степень восстановления образцов определяли химическим анализом после их быстрого охлаждения в специальной камере, установленной ниже печи Таммана, в атмосфере аргона. Объектом изучения были металлизованные окатыши состава, %: Fеобщ 93,0; Feмет 87,9; SiO2 1,3; Al2O3 0,7; CaO 0,1; MgO 0,5; С 1,1. Отметим, что для исследования взят не совсем типичный сорт окатышей, характеризующийся очень большой удельной поверхностью: 3 м2/г, в то время как у большинства сортов эта величина не превышает 1 м2/т.
При заданном режиме нагрева окисление подчиняется параболическому закону. Зависимость константы окисления от парциального давления кислорода имеет вид k = cpOn (рис. 15). Степень окисления за цикл нагрева изменяется в пределах 20-40%. Так, например, при парциальном давлении кислорода 12,7 кПа за 25 мин (нагрев до 1180 °С) степень окисления достигает 20 %, что соответствует снижению содержания металлического железа в окатышах с начальных 87,9 до примерно 60 %. Продуктами окисления являются вюстит и магнетит, окисляющийся в дальнейшем до гематита.
Окисление металлизованного сырья при повышенных температурах

По аналогичной методике, но в изотермических условиях исследовали окисление при более высоких температурах (рис. 16). Увеличение температуры с 1100 до 1300 и 1500 °C сопровождается значительным возрастанием степени окисления, которая при содержании в смеси 10 % O2 может за 20 мин достигать 70 % (снижение содержания железа металлического с 87,9 до примерно 10 %).
Окисление металлизованного сырья при повышенных температурах

В качестве средства защиты губчатого железа от окисления при повышенных температурах в работе предлагается покрывать брикеты слоем шлака. Согласно результатам экспериментов такой способ позволяет несколько снизить окисление, однако в области температур выше 1200 °C различие в степени окисления брикетов с покрытием и без него невелико.
Окисление металлизованных окатышей, восстановленных в различных агрегатах, изучалась в работе Борзенкова Д.В. и др. Скорость окисления образца (окатыша) определяли на установке непрерывного взвешивания. Эксперименты проводили в условиях изотермического нагрева при температуре печи 1200 °C в атмосфере воздуха. При изучении влияния углерода на скорость окисления одну половину окатыша использовали для анализа углерода, вторую - для снятия кривой окисления.
Объектом исследования служили, металлизованные окатыши из различных концентратов, восстановленные на конвейерной машине, в шахтной и трубчатой печи (табл. 11).
Окисление металлизованного сырья при повышенных температурах

Содержащийся в окатышах углерод оказывает существенное влияние на их окисление (рис. 17). Чем выше содержание углерода, тем длиннее период замедленного окисления железа. После выгорания углерода окисление губчатого железа подчиняется известному квадратичному закону, о чем свидетельствует прямолинейный участок на графике (см. рис. 17). Скорость окисления на этом участке практически не зависит от содержания углерода, возрастая с увеличением открытой пористости (рис. 18).
Окисление металлизованного сырья при повышенных температурах

На рис. 19 приведены кривые окисления окатышей различных типов (усредненные данные по десяти опытам). В первые минуты скорость окисления в основном определяется содержанием углерода в губчатом железе, поэтому для окатышей I и II типа, имеющих повышенную пористость, но высокое содержание углерода, привес был почти в 2 раза меньше, чем для аналогичных окатышей III типа с меньшим содержанием углерода. Спустя 3-5 мин влияние углерода ослабляется и скорость окисления в значительной мере определяется пористостью - у окатышей I и II типов она наибольшая.
Окисление металлизованного сырья при повышенных температурах

Из приведенных данных следует, что, обладая высокой удельной поверхностью, губчатое железо в отличие от лома характеризуется высокой склонностью к окислению при повышенных температурах. При нагреве в окислительной атмосфере в условиях неограниченного доступа кислорода к окатышу степень окисления железа может быть весьма большой. Эффективной мерой снижения окисления, помимо сокращения времени нагрева, является применение металлизованных окатышей с повышенным содержанием углерода. Применительно к нагреву слоя окатышей углерод может быть введен в состав шихты с целью уменьшения окислительного потенциала атмосферы за счет реакции образования CO.