16 октября 2017г.
В процессе окислительного обжига окатышей большая часть вредных примесей не удаляется. Исключение составляет сера – находясь в концентрате в виде сульфидов железа, сера имеет большую степень удаления (порядка 95-99%).
Атмосфера окислительного обжига обеспечивает высокую степень окисления серы, перевода ее в
газовую фазу в виде SO2 и удаления из шихты. Выявлено, что SO2
и газообразная сера могут поглощаться
оксидами железа, кальция, магния, ферритами и силикатами кальция. Значит, задача удаления серы при обжиге окатышей связана с условиями образования и разложения сульфатов (главным образом сульфата кальция) [1].
Термодинамическим анализом найдено, что CaO в различном виде может поглощать SO2 уже при 400—800°С:
CaCO3 + SO2 + 0,5O2 = CaSO4 + СO2; lg Кр = (-16 850/Т) + 5,68;
CaO + SO2 + 0,5O2 = CaSO4;
lg Кр = (26 120/7) + 13,93;
CaO-Fe2O3 + SO2 + 0,5O2 = CaSO4 + Fe2O3; lg Kp = (2500/7) + 13,93.
Из этого следует, что при обжиге офлюсованных окатышей вероятно образование определённого
количества сульфата кальция при этом итоговая степень десульфурации непосредственно зависит от его разложения серных соединений. При 1360 °С за 20 мин. возможно разложение лишь половины сернистых соединений, при этом при 1100—1300 °С без присутствия оксидов железа, алюминия и кремния сульфат кальция не разлагается совсем. Так же на содержание серы в окатышах будет оказывать влияние температурный режим обжига. Например, при медленном нагреве происходит улучшение усвоения
газообразной фазы будет возрастать и при достижении температуры обжига вся сера будет находиться в
виде сульфата кальция. Скорость разложение кальция будет возрастать с повышением температуры. Например, повышение температуры с 1200 до будет приводить к
снижению содержания серы 0,08 до 0,02%. [2].
С одной стороны при повышении температуры обжига приводит к увеличению степени
десульфурации, а с другой стороны может образовываться оплавленная структура внутри окатыша с развитием процесса образования жидких и размягчённых фаз. В связи с этим уменьшается скорость десульфурации. Таким образом, эксремальное изменение зависимости серы в окатышах зависит от температуры, при
этом положение максимуму определяется химическим составом.
Удаление серы в большей степени зависит от основности окатышей. Изменение SiO2 от 0,51 до 1,56 приводит к увеличению содержания серы с 0,02 до 0,063%. Замена известняка в окатышах доломитом или
доломитизированным известняком приводит к значительному снижению содержания серы в окатышах, так
как сульфат магния как менее прочное, чем сульфат кальция, соединение начинает разлагаться на 100-150°С раньше, обеспечивая более полное протекание процесса удаления серы [2].
Десульфурация зависит также и
от
других причин. Ее полноте способствуют большее время обжига,
мелкий помол кусков известняка, уменьшение размеров окатышей и др. Кроме того, имеет значение состав
газовой среды. По мере увеличения содержания кислорода в газе окисление сульфидов протекает
интенсивнее. Разложение сульфатов, наоборот, при
этом замедляется.
Современное направление в совершенствовании черной металлургии предусматривает повышенное внимание к качеству производимой продукции. На окончательный результат получаемого продукта прямое воздействие оказывают его шихтовые материалы. Для изготовления стали используют металлургические полупродукты – окатыши, определенного химического состава. Уже известно, что сера является вредной
примесью для металлургического производства. Попав в составе окатышей, она в дальнейшем оказывает влияние на качество продукции, образуется эффект красноломкости. Для упрочнения сырые окатыши проходят методические технологические зоны высокотемпературной
обработки
на
обжиговой
машине.
Для исследования десульфурации окатышей при различной температуре, в лаборатории кафедры
металлургии и металловедения СТИ НИТУ «МИСиС» были проведены эксперименты.
Цель исследований состояла в установлении температурной зависимости разложения пирита и пирротина, присутствующих в железорудном концентрате. Для исследований был взят железорудный
концентрат АО «Лебединский ГОК», в котором сера присутствует в форме пирита и пирротина. Шихтовые
материалы железорудных окатышей – это концентрат и бентонитовый порошок. Получение сырых окатышей проведено по специальной методике, аналогично получению их на горно-обогатительном комбинате.
В
этот раз, был
более подробно исследован
интервал
температур
550-10000С, по сравнению
с
Полученная проба сырых окатышей разделялась на 12 частных проб весом по 100г. Частные пробы были
размещены в лабораторной печи СНОЛ. Нагрев печи осуществлялся от температуры 550 до температуры
1100°С с интервалом в 50°С. После термической обработки, каждая проба окатышей охлаждалась, и
определялся химический состав пробы с целью определения содержания серы. Полученные результаты
представлены на рисунке 1.
Реакции, протекающей
при
обжиге сульфидов железа в кислороде:
4FeS + 7O2 → 2Fe2O3 + 4SO2
4FeS2 +
11O2 → 2Fe2O3 +
8SO2
Ранее нами было выявлено, что пирит, присутствующий в руде Лебединского месторождения начинает окисляться с температуры 400оС, и интенсивное его выгорание происходит в диапазоне от 550оС до 750оС. Далее в интервале температур от 750оС до 950оС наблюдается некоторая стабилизация остаточной серы в окатышах, и после увеличения температуры термической обработки выше 950оС, выгорания серы
интенсифицируется.
Если начальное содержание серы в окатышах принять за 100%, то расчеты показали, что при достижении
850оС, выгорает около 60% серы, которая представлена пиритом. Пиротиновая сера начинает выгорать при температуре 1000оС, при достижении
1100оС окисляется практически 95% сульфидов.
Как известно окисление сульфидов железа происходит по поверхности минерального зерна,
проникновение кислорода вглубь кристалла происходит за счет диффузионных процессов. [2] Снижение
скорости окисления сульфидов объясняется несколькими факторам:
- постепенным снижением концентрации
сульфидов по мере окислительного процесса;
-
по мере окисления
поверхностных минералов
сульфида
скорость химических
реакций
лимитируется
диффузионными процессами, как
кислорода в порах окатыша, так
внутри зерна.
Вывод:
1.
Содержание пирита и пирротина в рудах Лебединского месторождения примерно 50:50.
2.
Пиротин начинает активно взаимодействовать с кислородом воздуха при
температуре выше 1000оС.
3.
При достижении
1200оС, при
отсутствии оксидов кальция, окисляется около 95% сульфидов, присутствующих в шихтовых материалах.
4.
Проводятся дальнейшие исследования по исследованию
десульфурации окатышей.
Список
литературы
1.
Вегман Е.Ф.
Металлургия чугуна
/
Е.Ф. Вегман – Москва:
- 3-изд., переработанное и дополненное. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2004 - 774 с.
2.
Определение
минерального и химического состава
сульфидов
из рассевов дообогащенного
концентрата Лебединского ГОКА. Отчет НИУ «БелГУ».
2011г. 116с.
3.
Копырин,
И.А.,
Борц Ю.М., Граур И.Ф.
Производство окатышей различной основности. М.: «Металлургия». 1975. - 192 с.
4. IX Международная студенческая научная конференция [Электронный ресурс] / Библиотека нормативной
документации. – Режим доступа: http://files.stroyinf.ru/Data1/46/46023/.
