Настыли в шахтной печи обычно являются следствием нарушения равномерности схода шихты, который происходит в результате различного рода отклонений от нормального режима загрузки, газодинамики слоя, «заторов» в печи и может привести к тяжелым расстройствам хода шахтной печи. При образовании даже сравнительно небольшом настыле искажается распределение газового потока и температуры, снижается производительность печи, возникают опасные подвисания шихты[1].
В процессе ХИЛ III используется восстановительный газ с высоким содержанием водорода. Восстановление оксилов железа водородом является эндотермическим процессом, а восстановление оксидом углерода - экзотермическим процессом. Полный процесс восстановления является эндотермическим. Очень важно контролировать температуру восстановительного газа, чтобы реакции восстановления могли быть термодинамически возможными и для получения необходимой кинетики реакций.
Изменение температуры восстановительного газа влечет за собой изменение температуры настыли, поэтому можно практически судить об изменении температуры настыли по изменению температуры восстановительного газа. Из анализа работы шахтной печи металлизации выяснено, что во время скачка температуры восстановительного газа происходит образование спеков. Это связано, видимо, с тем, что футеровка зоны восстановления еще не успевает охладиться, а газ уже имеет температуру ниже и соответственно, окатыши, которые находятся у стенки печи, нагреваются больше, а затем резко охлаждаются и под нагрузкой прилипают к футеровке, образуя настыли.
Эффективность работы шахтных печей для производства металлизованного продукта в значительной степени определяется качеством окатышей ‒ восстановимостью и прочностью при восстановлении. Не менее важным показателем является склонность к спеканию окатышей.
Для предотвращения образования настылей в шахтной печи можно нанести покрытия с использованием мелобокситной смеси на сырые окатыши перед их термообработкой. В качестве материала покрытия можно использовать мел, который приведет при обжиге окатышей к формированию высокоосновной (СаО/SiO2 > 2,0) связки, минералогический состав которой представлен ферритами и силикатами кальция. Такая связка может обеспечить целостность образца при восстановлении и уменьшение областей контакта восстановленного железа соседних окатышей. Экспериментальные исследования минералогического анализа обожженных окатышей показали, что феррит с температурой плавления примерно 1150 °С дает прочную связку в поверхностной зоне окатыша, обеспечивающую его целостность в условиях восстановления. Структура металлизованного продукта при таком покрытии представлена более плотной металлической губкой во всем объеме окатыша.
Установлено, что при увеличении массовой доли мелового покрытия выше 0,8 % возрастает коэффициент К (степень спекообразования), что связано с большим количеством ферритов кальция в периферийной зоне окатыша, его восстановлением и коагуляцией металлического железа при металлизации. Промышленные испытания показали, что спекообразование омелованных окатышей с содержанием мела 0,5; 0,65 и 0,8 % не наблюдается. При дальнейшем увеличении содержания мела вновь намечается тенденция к спекообразованию [4]. Таким образом, это позволит повысить эффективность влияния защиты, уменьшить склонность к образованию размягченных масс материалов и их налипание на стены печи. Этот вариант может использоваться при получении металлизованных окатышей без горячего брикетирования. Если же конечным результатом является горячебрикетированное железо, то получить при этом качественные брикеты, применяя представленные выше данные невозможно, так как мел препятствует брикетированию. Поэтому для этого варианта необходимо найти вещество для покрытия и его оптимальное значение, чтобы брикеты соответствовали требованиям стандарта и обязательно, чтобы не было спеков в восстановительной зоне и не могли образоваться настыли.
Нами проведены экспериментальные исследования влияния различных покрытий на качество окатышей в печи металлизации. Из используемых в качестве покрытий цемента, гашеной извести, хлорида кальция, шлака ОЭМК и магнезии наиболее эффективным является хлорид кальция и магнезия, но в связи с тем, что хлорид кальция может вступать в реакцию с водородом при восстановлении, и в результате образуется соляная кислота, которая вызывает ускоренную коррозию металла, а магнезия является дорогостоящим веществом, то следующим покрытием по эффективности является шлак ОЭМК.
Список литературы
- Настыли в доменных печах: Сб. статей. - М.: Металлургиздат, 1953. - 340 с.
- Введение в процесс HYL III. Информационный документ для обучения. - Т. I.
- Чернятин А.Н., Китаев Б.И. Влияние характера шихтовых материалов на теплообмен в слое // Труды УПИ: сб. 73. - Металлургиздат, 1958.
- Некоторые аспекты технологии нанесения покрытий на окатыши, предназначенные для процессов прямого получения железа // Информ.-аналит. журнал / учредитель - Известия высших учебных заведений «Сталь». - 2003. - № 9. - М.: Металлургия. - С. 15-17.