Машиностроение. Металлургия Әож 669. 779. 052: 553. 322 МҰхтар а. А

Как видно из таблицы, в результате переокисления шлака в ТП количество FeO уменьшается в 1,15, Fe₃O₄ – в 1,5 раза, а Fe₂O₃ увеличивается в 4 раза, что указывает на переход цинкатов FeO·ZnO в прочное ферритное соединение – ZnFe₂O₄, подвергающееся разложению при температуре выше 1400 °С [5].

Для предотвращения переокисления и перегрева шлака были проведены следующие мероприятия.

1. Герметичное уплотнение мест соединений РИФ и ТП.

2. Охлаждение шлака в ТП нагнетательным воздухом, паром или впрыском воды.

3. Организация футерованного байпас-газохода между РИФ и ВЗП, минуя ТП.

4. Увеличение скорости вращения ТП, посредством частотного преобразователя скорости «Мицубиси», с 3 об/мин до 6 об/мин.

В результате первого мероприятия переокисление и перегрев шлака в ТП прекратились, вынос мелкодисперсной части шлака сократился с 10 до 5 %. Но вследствие того что дожигание отходящих газов ТП с температурой 500-550 °С и содержанием «СО» 5-6 % не происходило, температура воздуха после ВЗП падала с 320 °С до 280 °С. Согласно [6] выжигание окиси углерода при содержании ее в отходящих газах (ОГ) до 12 % возможно только в огнеупорных насадках с температурой стенки t ≥ 900 °C и удельной поверхностью насадки S ≥ 80 м²/м³ог, что практически не выполнимо в условиях пилотной установки.

По второму мероприятию, при охлаждении ТП дутьевым воздухом остановлен перегрев шлака, но имели места следующие негативные последствия.

1. Остается проблема переокисления шлака.

2. В результате роста скорости газов увеличивается вынос мелких фракций шлака из ТП.

3. Из-за напряженного газодинамического режима слой материала в ТП движется неравномерно, увеличенный расход шлака чередуется с уменьшенной его дозой. В результате неравномерного питания шлаком в РИФ, нарушается режим плавки.

4. Увеличивается расход электроэнергии на нагнетатель воздуха.

Охлаждение паром или впрыском воды в слой шлака ТП останавливает переокисление и перегрев, но приводит также к неравномерному питанию РИФ шлаком, снижению температуры дутьевого воздуха в ВЗП, появлению в отходящих газах продуктов неполного сгорания топлива и чрезмерному увлажнению возгонов цинка.

По третьему пункту мероприятия, организация футерованного байпас-газохода «РИФ-ВЗП» в связи с имеющейся на нем теплопотерей, снижается нагрев дутьевого воздуха с 320 °С до 280 °С.

В результате четвертого мероприятия, увеличение числа оборотов ТП с 3 об/мин до 6 об/мин не дало заметного уменьшения перегрева шлака в печи.

Таким образом, проведенные испытания не дали результатов, одинаково удовлетворяющих условия снижения окисления, перегрева шлака в ТП и увеличения температурного уровня в ВЗП.

Для одновременного и эффективного решения вопроса регламентированного охлаждения, предотвращения окисления шлака в ТП и повышения температуры дутьевого воздуха в ВЗП на пилотной установке был проведен эксперимент с применением нового способа – энергохимической аккумуляции газов (ЭХА) [7, 8]. Суть его заключается в эндотермической обработке окислительных компонентов высокотемпературных отходящих газов РИФ дополнительным количеством природного газа по реакции:

Трубчатая печь пилотной установки (рис. 1) состоит из двух жестко соединенных частей разных диаметров. Первая часть 2, по ходу реакторных газов, ℓ = 5,5 м, d_нар/d_вн = 1,4/0,88 м, а вторая 3 – ℓ = 3,5 м, d_нар/d_вн = 1,0/0,68 м. Первая часть предназначалась для проведения ЭХА-газов (реактор ЭХА), вторая – для дожигания горючих газов ЭХА (камера дожигания).

Подвод сжатого воздуха для дожигания ЭХА-газов осуществлялся через водоохлаждаемую трубу 10.

Ввод дополнительного природного газа производился через распределительный коллектор 6, вмонтированный на водоохлаждаемый цилиндрический кессон, соединяющий РИФ по отходящим газам с реактором ЭХА трубчатой печи. Зазоры 9 трубчатой печи со стороны РИФ уплотнялись смесью огнеупорной глины и конского хвоста.

Шлак с бункеров подавался по трубе 7 в камеру дожигания трубчатой печи.

Отбор проб шлака и газов производился через специальные отверстия в футеровке трубчатой печи во время кратковременной ее остановки.

Для предотвращения подсоса воздуха в реактор ЭХА в системе поддерживалось небольшое давление – 5~10 мм. вод. ст.

На случай взрыва газов в пылевой камере 4, воздухоподогревателе 5 и котельном пучке (нет на рис. 1) пилотной установки были вмонтированы дополнительные взрывные клапаны.

В результате введения режима ЭХА-газов окисление шлака прекратилось, температура шлака на выходе из ТП снизилась до 850 °С, а температура дутьевого воздуха поднялась до 550 °С, что создавало возможность сократить расход кислорода на процесс с 120 нм³/ч до 20 нм³/ч. Расчеты показывают, что при нагреве дутьевого воздуха t ≥ 600 °C кислород можно не применять. На рисунке 2 показаны экспериментальные данные температурных режимов установки.

Применение способа ЭХА в агрегате РИФ-ТП открывает путь к двухступенчатому извлечению железа из его оксидов, содержащихся в шлаке: твердофазное восстановление Fe₂O₃, Fe₃O₄, до FeO в трубчатой печи и жидкофазное – FeO до Fe в реакторе инверсии фаз.