6.1. Поведение серы6.1.1. Распределение серы между фазамн. Опыт работы установки РОМЕЛТ показал, что распределение серы между продуктами плавки существенно отличается от традиционной восстановительной плавки в доменной печи: Продукты плавка

Печные газы и пыль Шлак Металл

Доля серы, % от прихода Доменная печь Печь РОМЕЛТ

10 91

86 6 4 3 На рис. 64 показана схема распределения серы между продуктами плавки.

Пынедынав ±

Л

Исходные | натериапы \

I

Сырье

Уголь

3:

Флюс {доба&ки)

—--* —

f Пиролиз j

^JZ

С Растворение (плабление) j

Ококсебанхый уголь

Шланобая Звта

Унос шлака

I

I

ИОкис/геаие \ ..

r

0

MemanmitecKtte капли

Радтиирабание \шлака при прцдуВк? J Готовый чугун

Шлак

плабка \ 1

Лылегазвдая qtata Рис. 64. Схема распределения серы между продуктами плавки

Для изучения особенностей поведения серы в условиях процесса РОМЕЛТ провели исследования, в результате которых были сформулированы основные закономерности распределения серы между продуктами плавки.

Особенностью процесса жидкофазного восстановления в печи РОМЕЛТ является наличие двух принципиально различных процессов - окислительного и восстановительного, протекающих одновременно в сравнительно небольшом объёме ванны.

Это процесс сжигания угля в барботируемой кислородсодержащим дутьём части шлаковой ванны -"холостой ход", обеспечивающий интенсивный массо- и теплообмен в агрегате при одновременном окислении части загружаемого топлива, и процесс восстановления железа углеродом коксового остатка, обеспечивающий получение металла. Естественно, процессы оказывают взаимное влияние, поскольку существуют области в ванне, где эти процессы протекают одновременно, также как и области, где преимущественно протекает лишь один из них. Преимущественно окислительные условия существуют в фурменной и барботажной зонах продувки, восстановительные - вне области продувки. Проведенный ранее (раздел 4) анализ перемешивания в агрегате показал, что влияние окислительных зон на восстановительный процесс не очень существенно, поскольку интенсивность массообмена непосредственно с барботажной зоной сравнительно невелика.

В печь сера поступает из двух источников - сырья (железосодержащих материалов и флюсующих) и угля. В сырье сера содержится в виде сульфидов (пирита - FeS2 и пирротина - FeSi+x) и сульфатов (CaS04 и BaS04), а в угле - в виде сульфидов (главным образом, пирита) и органических соединений. [124]

Приходящая с сырьём сера первоначально целиком переходит в шлак, откуда затем основная часть её удаляется в газовую фазу, а сера угля распределяется между металлом, шлаком, коксовым остатком и газовой фазой, а в дальнейшем из коксового остатка и шлака также удаляется в газовую фазу.

В режиме «холостого хода» сера поступает с углём и флюсующими. На схеме (рис. 65, а) показано распределение прихода и расхода серы в расчёте на 1000 нм3 кислорода. Как следует из схемы, практически вся сера (-95%) удаляется с газовой фазой. Общий приход серы в режиме «холостого хода» для конкретного типа угля опре-

делается интенсивностью продувки и содержанием кислорода в дутье, определяющими общий часовой расход окислителя (в исследованных режимах 5000-10000 нм3/ч).

Для режима восстановления (рис. 65, б) приход серы включает серу угля, железосодержащего сырья и флюсующих, хотя последнее слагаемое может и отсутствовать, (например, при работе на сырье с основностью пустой породы >1,0). Как следует из схемы, при работе на шламе (~0,2-0,25% S) приход серы с сырьём составляет -70%, а с топливом -30% от общего прихода. Однако в случае плавки сырьевых материалов с меньшим содержанием серы это соотношение будет меняться в сторону увеличения вклада угля в общий приход. Так, при работе на аглоруде (-0,06% S) вклад сырья уменьшается до -40%, а при работе на металлизованных окатышах или их отсеве (~0,006%S) - до~4%.

При работе на шламе удаляется со шлаком -10% серы, переходит в металл —17% и в газовую фазу~73%.

Соотношение между общими приходами серы «холостого хода» и восстановления в зависимости от характеристик использованного сырья и угля, часового расхода окислителя и производительности печи может меняться в достаточно широких пределах.

Усреднённое соотношение приходов серы из угля и сырья в общем приходе в агрегат для трёх достаточно характерных случаев - плавки шлама, аглоруды и метал-лизованных окатышей в расчёте на тонну конечного продукта (расход окислителя 5000-10000 нм3/ч, производительность - 5-20 т/ч, уголь Анжерский марки ОС с содержанием серы 0,3-0,47%) меняется от -1,25 до 50 раз в зависимости, главным образом, от содержания серы в металлосодержащей части сырья. Однако и при использовании одного типа сырья (например, шлама), где уголь вносит в среднем порядка 60%, а шихта 40% серы, диапазон колебаний значителен.

Рис. 65 Схема распределения серы между компонентами плавки: а - режим «холостого хода»; б — режим восстановления

б

Характер поведения серы в процессе плавки иллюстрирует рир. 65, где приведены зависимости концентрации серы в металле и шлаке от времени. Концентрации серы в шлаке и металле изменяются синбатно, однако из-за различия мест отбора проб металла и шлака (металл - на выпуске, ишак - непосредственно из печи) существует временное несоответствие проб металла и шлака. Проба шлака из печи, отобранная одновременно с пробой металла на выпуске, имеет опережение по времени порядка 2-3 часов (в зависимости от производительности) по отношению к пробе металла, определяемое массой металла в отстойнике (-18т), не участвующего в перемеши-

Вся приходящая в агрегат сера распределяется между тремя фазами - газовой, шлаковой и металлической в пропорции (10 - 20): 1:1 (в среднем), т.е. уход со шлаком и металлом примерно равны и составляют в сумме лишь 12-15% от прихода.

вашш с основной массой металла в печи. Кроме того, из-за различия постоянных времени барботируемой части шлаковой ванны (-1 час) и металла (~5 часов) имеет место усреднение амплитуды колебаний концентрации серы в металле по сравнению со шлаком, т.е. зависимость концентрации серы от времени для металла отражает «длиннопериодные» изменения, сглаживая «короткопериодные». • ••

S 0.16 s

0,12

!

§ 0.08

з-

I

| 0,04 ё

• • • • • •• »•"

• • • м

• • м • •

• • «• • 00* • О О • О о» •

о о ° о о

0 МО 0 ее о

„о -оо

•ро о

о о1-

о о

% о. • cPog,

о ¦

Плавка шлахла

Плавка окатышей 72

24

96

48 Время, ч Рис. 66 Зависимость концентрации серы в металле (о) и шлаке (•) от времени

Концентрация серы в шлаке (для заданного состава шихты) колеблется в сравнительно узких пределах 0,06-0,20% и определяется, главным образом, интенсивностью продувки кислородом. Содержание серы в шлаке в пределах одной плавки колеблется ещё меньше (интервал колебаний — 0,1-0,15%). Колебания между максимумом и минимумом составляют 1,5 раза. Диапазон колебаний концентрации серы в металле более существенный - в некоторых случаях наблюдается двух- трёхкратное повышение концентрации. Периоды повышения концентрации серы в металле и шлаке совпадают с периодами понижения температуры шлакового расплава.