ОПРЕДЕЛНИЕ РОЛИ ЛЕТУЧИХ КОМПОНЕНТОВ УГЛЯ В ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССАХ В ШЛАКОВОЙ ВАННЕ ПРИ ЖИДКОФАЗНОМ ВОССТАНОВЛЕНИИ ЖЕЛЕЗА
В расчетах тепловых и материальных балансов процессов яшдкофазного восстановления железа из шлакового расплава необходимо знать состав летучих компонентов, выделяющихся из угля, и характер их участия в процессах, проте-кающих в шлаковой ванне н зоне дожигания.
Некоторые соединения, образующиеся при выделении летучих, такие как СН4 (примем, что углеводороды летучих угля представлены только метаном), Н2 и СО, могут участвовать в процессе восстанов-ления: железа из расплава или взаимодействовать с кислородом дутья нижних фурм.В работе [58], для восстановления железа из шлака (Ca0/Si02=l Д 25% FeO) использовали уголь (Р°=35Д) и его ококсованный остаток. Установлено, что летучие компоненты, содержащиеся в угле, увеличивают скорость реакции. Так, при температуре шлака Х300°С скорость восстановления FeO углем в 4,8 раза выше, чем ококсованным остатком, а при 1400°С - в 3,1 раза. При восстановлении углем установлено, что в отходящем газе содержатся СО, Н2 и СН^ однако вклад каждого компонента летучих в процесс восстановления не определен.
Возможность участия летучих соединений угля в окислительно-восстановительных процессах в шлаковой ванне подтверждается также практическими данными по балансу углерода, полученными на ОПУ РОМЕЛТ на НЛМК. Авторы работы [59] при определении теоретически необходимого количества угля на плавку по методике IV ввели коэффициент к^ - «степень разложения летучих компонентов». При в зависимости от вида перерабатываемого железосодержащего сырья (шламы конвертерного производства, мелкая руда) теоретический расход угля превышал фактический на 20,0-25,6% (масс.) - при использовании углей с низким содержанием летучих (19,28%) и на 33,1-33,6% (масс.) при использовании углей с высоким содержанием летучих (34,55%). Подбирая необходимое значение величины к^п, авторы данной работы добивались равенства теоретически рассчитанного и фактического расходов угля с учетом заданной «степени взаимодействия влага с углеродом» равной 20-30% (по массе.). Подобное равенство расходов угля
достигалось при значениях 30-40%.
Расчеты показали, что при =40% дополнительное количество углерода для индийского угля (F4 =26,0%) составит 23 кг/т сухого угля и для угля ЮАР (Гс=24,3%) -58 кг/т.Следует заметить, что коэффициент к^' по сути определяет степень разложения углеводородов, содержащихся в летучих компонентах угля, т.е. он показывает, что 30-40% (масс.) этих углеводородов разлагается в объеме шлаковой ванны, а остальная их часть дожигается над расплавом кислородом дутья верхних фурм. Предполагается, что углерод, образовавшийся при разложении CmHn, на 100% участвует в окислительно-восстановительных процессах в шлаковом расплаве. Такая схема не совсем точна, так как известно [60], что уже при температурах среды выше 1150°С разлагается более 50% метана с образованием водорода и углерода. Причем доля этого углерода, которая остается в расплаве и участвует в реакциях, не установлена экспериментально. Следует также отметить, что величина была определена в работе [59] при некоторой заданной степени взаимодействия влаги с углеродом в шлаковой ванне, составлявшей в расчетах 20-30%. В то же время, прямые эксперименты (глава 2) показывают, что взаимодействие влаги с фиксированным углеродом не столь значительно. Следовательно, такая методика учета роли летучих позволяет лишь качественно оценить их участие в процессе жидкофаз- ного восстановления железа.
Для получения количественной информации об участии летучих угля в процессе жидкофазного восстановления железа были проведены лабораторные экспе-рименты.