» » Восстановление пудожгорского агломерата твердым углеродом
03.02.2015

Восстановлению твердым углеродом подвергали все разновидности пудожгорского агломерата и концентрат. В качестве восстановителя был взят кузнецкий кокс, который предварительно обжигали в течение часа в вакуумной печи при t = 1500° С для удаления летучих. Его технологический состав (в мас. %) - 13,5 золы, 84,95 нелетучего углерода, 1,0 летучих, 0,55 серы общей и 3 влаги. Все материалы перед исследованием измельчали до 100 меш, затем брикетировали на лабораторном двухтонном прессе. Масса брикета 1,2 г. Избыток углерода в брикетах устанавливался опытным путем и составлял 1,3. Оптимальное давление 100 ати, расход нейтрального очищенного газа — 6 л/ч.
Брикетирование шихты проводили во влажном состоянии с последующей сушкой брикетов в сушильном шкафу в течение 4—5 ч при t = 105-130° С до постоянного веса.
Для восстановления брикетов использовали ту же установку, что и при восстановлении агломератов CO, но вместо оксида углерода использовали нейтральный газ — азот, предварительно тщательно очищенный от следов кислорода.
Восстановление пудожгорского концентрата и агломератов твердым углеродом в сильной степени зависит от температуры (рис. 10), что особенно проявляется при аноморфировании кривых восстановимости. Результаты такой операции для случая восстановления концентрата и пористого агломерата представлены на рис. 10, б. Как и в случае восстановления газообразным восстановителем, прямые восстановимости твердым углеродом отличаются одна от другой величиной угла наклона и начальной ординаты, которые возрастают с ростом температуры. Однако в отличие от восстановления титаномагнетитов оксидом углерода при восстановлении последних твердым углеродом начальная ордината имеет всегда положительное значение. При t = 800°С восстановление Fe2O3 протекает только до Fe3O4. Проведенные структурно-минералогические исследования частично восстановленных брикетов показывают, что при t = 800°С металлическое железо не образуется. Ильменитовая фаза, которая до восстановления имеет более высокую отражательную способность, снижает ее после восстановления и становится неотличимой от магнетита без анализатора. Изменение отражательной способности ильменита можно объяснить восстановлением растворенного гематита до магнетита, причем самостоятельной фазы магнетита в зернах твердого раствора не обнаружено.
Восстановление пудожгорского агломерата твердым углеродом

Заметное развитие восстановление твердым углеродом получает при f > 1000°С, когда потеря кислорода составляет 25% за 45 мин, тогда как за 5 мин при t = 1100°С - 30-35% и при t = 1200°С - 55-65%. Брикеты, изготовленные из более плотного вещества — пудожгорского агломерата, отличает при всех температурах отставание их восстановления от естественных титаномагнетитов — пудожгорского концентрата (рис. 10).
Наряду с возрастанием восстановимости с ростом температуры заметно возрастает прочность брикетов, особенно начиная t = 1000 С, когда появляется металлическое железо, которое в результате рекристаллизации цементирует частицы брикета металлическим каркасом, придавая ему прочность. При t = 1100°C и особенно 1200°С брикеты, подвергнутые восстановлению, получают в качестве дополнительного связующего жидкую шлаковую фазу, которая при охлаждении их цементирует. Начиная с t = 1100°С в ней обнаруживается аносовит — новая титановая фаза, открытая в ИМЕТ АН России учениками академика Э.В. Брицке в 1948 г.
По температурной зависимости постоянных уравнения, характеризующего процесс восстановления, применяя метод аноморфирования кривых восстановления пудожгорских титаномагнетитов, был выявлен сложный характер этого процесса. Так, было показано, что в условиях одного опыта реакция восстановления оксидов титаномагнетитов проходит в своем развитии через кинетическую, переходную и диффузионную области, поскольку энергия активации процесса изменяется от величины 67500 кал/моль, определенной по температурной зависимости значений начальной ординаты, до 39000 и далее до величины 16000 кал/моль, определенной по температурной зависимости скоростной константы процесса до первого перелома и второго перелома прямых, характеризующих процесс восстановления пудожгорских титаномагнетитов.
Постепенное уменьшение энергии активации по мере протекания процесса является доказательством того, что в условиях одного опыта восстановление может протекать последовательно через все три области: кинетическую, переходную и диффузионную. Графически это можно представить различно: например, в прямоугольных координатах % - время: переход в промежуточную или диффузионную области осуществляется непрерывным изменением функции на кривой восстановимости (точка сопряжения прямолинейного участка и параболы, см, рис. 10, а). То же, выраженное прямолинейной зависимостью (рис. 10, б), отражает постепенный переход процесса из одной области в другую, что подчеркивается следующими графическими особенностями: начальная ордината определяет количество кислорода, отнятого в кинетической области, до первого и после первого перелома прямых, характеризующих процесс в переходной и диффузионной области (рис. 10). Общий характер развития процесса восстановления выражается уравнением восстановления рудного вещества (2.7), которое обобщенно характеризует процесс восстановления пудожгорских титаномагнетитов твердым углеродом как последовательно проходящий в условиях одного опыта через кинетическую, переходную и диффузионные области. Такая интерпретация развития процесса открывает возможность определить условия интенсификации технологического процесса — проведением его в кинетической области — или торможения его развития переводом процесса в диффузионную область. Для уменьшения влияния диффузионного фактора на весь процесс в целом и ускорение процесса восстановления оксидов железа, как показали проведенные исследования по восстановлению оксидов твердым углеродом, большое значение имеет брикетирование пудожгорского концентрата. В этом случае процесс восстановления приближается к кинетическим условиям и достигается интенсификация рудовосстановительной плавки.