Реферат: Разработка технологии электротермического получения силикоалюминия с использованием малозольных восстановителей

▪ Слой пироуглерода, образованный на частицах крупно-зернистого (фр. –0,5 +0,1 мм) ДСК, плотно связан с кристаллической решеткой оксидов и, по-видимому, деформирует ее пограничный слой, активизируя его. Этим можно объяснить большую скорость восстановления газовым углем. Однако максимальное содержание углерода, осевшего на поверхности частиц ДСК, при пиролизе летучих компонентов одного угля по отношению к минеральной части не превышает 1,4 % масс (рис. 4). Следовательно, пироуглерод оказывает влияние лишь на кинетику процесса, повышая скорость протекания восстановительных реакций.

При 800^о С пиролиз летучих компонентов восстановителей еще не заканчивается, и продолжается при 1200^о С. Полученные данные удовлетворительно согласуются с результатами опытов с прокалкой газового угля при температурах 500-1000^о С (см. рис. 2, а).

▪ По экспериментальным данным определена постоянная величина энергии активации процесса восстановления шихт с различным составом непрокаленного восстановителя, составляющая 3,33 ·10² кДж/моль, что свидетельствует о протекании восстановления алюмосиликатов в кинетической области.

■ В опытах (рис. 5) на печи Таммана с шихтами (1 -3 ) с использованием различного минерального состава и восстановителя при дозировке С_нлт. 95% против стехиометрии, рассчитанных на получение силикоалюминия с содержанием 63% Al установлено:▪ По мере увеличения содержания нефтяного кокса в смеси восстановителей восстановимость шихты уменьшается. Однако в зависимости от минерального состава сырья полученные кривые носят различный характер, что связано с образованной при муллитизации (1300-1400^о С) легкоплавкой смеси муллита с кристобалитом, количество которой у каолина при нагреве до 1600-1800^о С в ~4 раза выше, чем у ДСК (реакции 5 и 6).

Al₂ O₃ ·2SiO₂ → 1/3(3Al₂ O₃ ·2SiO₂ ) + 4/3SiO₂ (5)

Al₂ O₃ ·SiO₂ → 1/3(3Al₂ O₃ ·2SiO₂ ) + 1/3SiO₂ (6)

По возрастанию массовой доли этой фазы, шихты располагаются в следующий ряд: песчано-глиноземные–с каолином и ДСК– каолин-глиноземные.

■ Исследованиями на печи Таммана шихт с добавками сульфатов аммония, алюминия и кальция из каолина и ДСК в соотношении по массе 65:35, глинозема, газового угля и нефтяного кокса в соотношении по С_нлт. 70:30 с дозировкой 95%, рассчитанных на 63% Al установлено:

▪ По активирующему влиянию на восстановление алюмосиликатов сульфаты располагаются в следующем порядке по убыванию: (NH₄ )₂ SO₄ , Al₂ SO₄ и CaSO₄ . Восстановимость шихты повысилась, соответственно, на ~31, 20 и 16%;

▪ Добавка сульфатов аммония и алюминия обеспечивает высокую реакционную поверхность восстановителя брикетов за счет низких температур разложения (>218-350^о C) при диссоциации. При этом повышается глубина взаимодействия субоксидов Al₂ O_г и SiO_г с углеродом шихты, что способствует более полному восстановлению сырья;

▪ Сульфат кальция в присутствии углерода восстанавливается при температурах 800-900^о С по реакции (7):

CaSO₄ + 2C = CaS + 2CO₂ (7),

что приводит к увеличению пористости брикетов за счет уменьшения объема и улучшению контакта образующихся A₂ O и SiO с углеродом шихты.

■ Исследованиями шихт (таблица 2) с использованием в качестве восстановителя кокса низкотемпературного термоконтактного крекинга (С_общ -91,8; С_нлт. -87,2; % масс: SiO₂ -0,16; Аl₂ О₃ -0,04; Fe₂ O₃ -0,19; TiO₂ -0,01; P₂ 0₅ -0,02; CaO -0,07; MgO -0,01; S -6,0; Na₂ 0 -0,07; V₂ O₅ -1,17; NiO -0,44), рассчитанных на получение силикоалюминия с 63% Al, при дозировке C_нлт. в шихте 95% определено:

▪ Наиболее высокими прочностными свойствами брикетов за счет уменьшения объема восстановителя обладают шихты с использованием КНТК и нефтяного кокса.

Показатели УЭС и восстановимости шихт, наоборот, выше

Показатели	"Базо- вая"	№№ опытных шихт с КНТК
		1	2	3	4	5
1. Состав, % масс:
- каолин	34,7	34,7	35,5	37,6	37,6	37,6
- глинозем	14,2	14,2	14,5	15,3	15,3	15,3
- ДСК	18,7	18,7	19,1	20,2	20,2	20,2
- КНТК	-	7,5	12,7	8,1	13,45	26,9
-газовый уголь	24,9	24,9	18,2	-	-	-
- нефтяной кокс	7,5	-	-	18,8	13,45	-
Итого:	100,0	100,0	100,0	100,0	100,0	100,0
2. Распределение Снлт.
- КНТК	30,0	50,0	30,0	50,0	100,0
-газовый уголь	70,0	70,0	50,0	-	-	-
-нефтяной кокс	30,0	-	-	70,0	50,0	-
3. Мех. прочность брикетов, мПа:
- высушенных, 105о С	8,17	8,29	8,55	8,60	10,20	10,36
- прокаленных., 1000о С	1,58	1,62	1,98	1,95	2,36	2,39
4. УЭС, Ом∙м	0,145	0,193	0,247	0,185	0,222	0,380
5. Восстановим-ть, %	46,18	47,73	49,68	46,90	48,52	52,18

при использовании смеси КНТК с газовым углем, что объясняется большими значениями указанных характеристик для угля.

▪ Лучшие показатели получены для шихты с использованием в качестве восстановителя одного КНТК (шихта 5 ): прочность высушенных и прокаленных брикетов повысилась соответственно на 26,8 и 51,3%, УЭС увеличилось в 2,6 раза, восстановимость возросла на 13%.

Высокая активность КНТК обусловлена низкими температурами коксования, а также увеличением реакционной поверхности за счет отгонки серы при нагреве шихты.

Улучшение показателей плавки алюмосиликатов достигается на открытой и герметизированной печи за счет использования в составе восстановителя кокса низкотемпературного термоконтактного крекинга и повышенного содержания нефтяного кокса с введением в состав брикетов активирующих добавок сульфатов аммония и алюминия, а также применением "рыхлителей" шихты – гранул лигнина и древесной щепы .

■ В опытно-заводских плавках на однофазной двухэлектродной печи (рис. 6) шихт с сульфатами (NH₄ )₂ SO₄ и Al₂ (SO₄ )₃ в количестве 2% масс, приготовленных на основе "базовой" шихты (без добавки сульфата), % масс: каолин – 35,3; ДСК – 19,0; глинозем – 14,4; уголь газовый – 15,3 и нефтяной кокс – 16,0 при соотношении газового угля и нефтяного кокса в брикетах 40:60 по C_нлт и общей дозировке 100% против стехиометрии (распад электродов 550-560 мм, средняя мощность печи ~124 кВт) установлено:

▪ Увеличение производительности печи по рафинированному сплаву, соответственно, на ~12 и 8%;

▪ Снижение удельного расхода электроэнергии на ~12 и 8%.

■ Плавками шихт с соотношением каолина и ДСК 62:38 масс. и глиноземом с повышенным содержанием нефтяного кокса (40 и 80% по C_нлт. в смеси с газовым углем) с "рыхлителями": гранулами лигнина (дозировка углерода в брикетах и в виде "рыхлителя" по C_нлт. составила ~88:9) и древесной щепой (~84:13%) по сравнению с "базовой" шихтой (без "рыхлителей") с соотношением угля и кокса по С_нлт 70:30 (распад электродов 490-500 мм, мощность 117-132 кВт) установлено:

▪ Добавка "рыхлителей" позволяет снизить "спекание" колошника и улучшить сход брикетов в печи;

▪ Производительность печи при плавках шихт, содержащих 40 и 80% нефтекокса в составе восстановителя в брикетах, с использованием гранул лигнина повысилась на ~15 и 29%, а удельный расход электроэнергии и минеральной части шихты снизился, соответственно, на ~14 и 18% и ~21 и 29%.

Выход при рафинировании возрос, соответственно, до ~87 и 92%.

▪ Производительность печи при плавках брикетированных шихт с аналогичным составом восстановителя с применением древесной щепы повысилась на ~15 и 9%. Удельный расход электроэнергии и минеральной части шихты сократился, соответственно, на ~18 и 17% и ~15%.