Реферат: Разработка технологии электротермического получения силикоалюминия с использованием малозольных восстановителей

■ Плавками (рис. 7) на герметизированной печи (со сводом) песчано-глиноземных шихт на основе кварцевого песка и пыли кальцинации глинозема (шихты 1 и 2 ) и глинозема (3 ) с добавкой 20% масс. каолина от минеральной части, содержащих 100% нефтяного кокса в брикетах, с применением "рыхлителей" (распад электродов 490-500 мм, средняя мощность печи ~133 кВт) установлено:

▪ Герметизация печи способствует снижению дозировки С_нлт. в шихте до 90% или на ~7%;

▪ Лучшие показатели получены плавке шихты с использованием в качестве "рыхлителя" древесной щепы. Производительность по сравнению с "базовой" шихтой (без "рыхлителей) повысилась на ~13%, расход электроэнергии и минеральной части снизился, соответственно, на ~11 и 17%;

▪ Снижение дозировки С_нлт. в шихте ниже 90% (до ~83%) ухудшает показатели плавки.

■ В плавках шихт с соотношением каолина и ДСК 65:35 масс. и глиноземом с КНТК и газовым углем в соотношении 50:50 и 30:70 по С_нлт. с дозировкой С_нлт. против стехиометрии, соответственно, 99 и 104%, рассчитанной (см. формулу 1), исходя из содержания нелетучего и общего углерода в смеси восстановителей (распад электродов 400-410 мм, мощность ~182 -194 кВт) установлено:

▪ Производительность печи возросла на ~10 и 22%, а удельный расход электроэнергии и минеральной части шихты снизился, соответственно на ~8 и 11 и ~12 и 17%;

▪ Извлечение V и Ni в силикоалюминий составило ~85-90%.

■ Анализом практических данных ЗАЛКа с учетом фактического и теоретического расхода нелетучего углерода установлено:

▪ Степень окисления С_нлт. шихтыкислородом воздуха возрастает по мере увеличения содержания нефтяного кокса в смеси с газовым углем (рис. 8, а). Это компенсируется одновременным повышением дозировки восстановителя в брикетах (рис. 8, б).

Рис. 8 – Изменение степени окисления нелетучего углерода шихты

и дозировки восстановителя в брикетах при различном составе

восстановителя в брикетах

▪ Дозировка нелетучего углерода против стехиометрии в брикетах может быть рассчитана по формуле 1.

(C_нлт. )_брик. @ , (1)

где: ∑ (С_нлт. )_восст. и ∑ (С_общ. )_восст. – содержания нелетучего и общего углерода в смеси используемых восстановителей в брикетах, % масс; 114 – эмпирический коэффициент, соответствующий опыту промышленной эксплуатации печей.

ВЫВОДЫ

1. Показано, что на начальной стадии процесса выплавки силикоалюминия восстанавливается SiO₂ . Оставшийся углерод частично или полностью связывается в SiC, количество которого зависит от массового соотношения Al₂ O₃ : SiO₂ в шихте. На следующей стадии по мере схода шихты восстанавливается Al₂ O₃ . При содержании Si в силикоалюминии выше 60% масс. основным восстановителем Al₂ O₃ является SiC, ниже этого значения – SiC и свободный углерод шихты. С_{своб. шихты} при взаимодействии с Al₂ O₃ образует легкоплавкие расплавы, содержащие оксикарбидные "комплексы" алюминия переменного состава, которые составляют жидкую фазу шлаков и разрушаются при высоких температурах в зоне дуги.

2. Продолжительность пребывания шихты в междуэлектродных зонах низких (1600^о С) температур печи при ее замедленном сходе способствует увеличению количества образовавшегося SiC и возникновению в шихте дефицита более активного С_{своб. шихты} , который в этих зонах переходит в расплав с образованием оксикарбидных "комплексов". При "задержке" шихты в высокотемпературных (2000^о С) зонах возрастает вероятность взаимодействия уже восстановленного металла с углеродом подины или электродов с образованием карбидов алюминия и кремния.

3. Практикой эксплуатации печей различного типа установлена пропорциональная зависимость выхода шлака от числа междуэлектродных зон. В упомянутых зонах восстановление не завершается и образуется шлак, включающий оксикарбидные "комплексы" и SiC, выходящий из летки вместе с металлом. Это свидетельствует о предпочтительном использовании в производстве электротермического силикоалюминия мощных однофазных печей.

4. Установлена постоянная величина энергии активации процесса, составляющая 3,33 ·10² кДж/моль, что свидетельствует о протекании восстановления алюмосиликатов в кинетической области.

5. Установлено, что летучие компоненты восстановителя практически полностью, до ~1,1% масс, удаляются из брикетов при температурах ниже 1000^о С, характерных для поверхностного слоя колошника печи, и не участвуют в восстановительных реакциях.

6. Образование пироуглерода в результате протекания реакций пиролиза летучих компонентов может иметь место лишь в нижних горизонтах колошника, где нет доступа воздуха. Пироуглерод, осаждаясь в малых количествах (до 1,4% масс.) на поверхности минералов, по-видимому, деформирует ее пограничный слой, активизируя его, и оказывает влияние на кинетику процесса, повышая скорость протекания восстановительных реакций.

7. Анализом данных промышленной эксплуатации трехфазных печей установлена взаимосвязь между дозировкой углерода в брикетах и степенью окисления нелетучего углерода. С увеличением содержания нефтяного кокса в смеси восстановителей окисление С_нлт. повышается, при этом недостаток летучих компонентов требуется компенсировать повышением дозировки восстановителя в шихте. Выведена расчетная формула содержания С_нлт. в брикетах с учетом нелетучего и общего углерода в смеси восстановителей и эмпирического коэффициента:

(C_нлт. )_брик. @

8. Показатель восстановления помимо состава восстановителя также зависит от минеральной части шихты. В порядке возрастания массовой доли легкоплавкой фазы, шихты располагаются в следующий ряд: песчано-глиноземные – с каолином и ДСК – каолин-глиноземные. Для "удержания" в объеме брикета образующейся при нагреве легкоплавкой фазы необходима мешающая слиянию капель расплава в текущую массу "губка". Эту роль выполняет "пористый", после удаления летучих компонентов, восстановитель. Его "объемное" содержание в шихте должно уменьшаться при увеличении содержания нефтяного кокса в смеси с углем по С_нлт. в обратной пропорции количеству минеральных составляющих, образующих жидкую фазу, в основном каолина.

9. Установлено, что добавка в брикеты сульфатов аммония и алюминия (1-2% масс.) в связи с низкими (>218-350^о C) температурами их диссоциации увеличивает поверхность и реакционную способность восстановителя. При этом повышается глубина взаимодействия субоксидов Al₂ O_г и SiO_г с углеродом шихты, что способствует более полному восстановлению сырья. Добавка CaSO₄ повышает пористость брикетов за счет выделения CO₂ при его восстановлении углеродом при 800-900^о С. Плавками шихт с добавками (NH₄ )₂ SO₄ и Al₂ (SO₄ )₃ на однофазной двухэлектродной печи опытного завода вами мощностью 200 кВА показана возможность увеличения содержания малозольного нефтяного кокса в смеси с газовым углем по С_нлт. до 60%.

Производительность печи по выпуску рафинированного сплава при использовании сульфатов аммония и алюминия возросла, соответственно, на ~12 и 8%, а удельный расход электроэнергии снизился на ~12 и 8%.

10. Применение "рыхлителей", гранул лигнина и древесной щепы, позволяет повысить содержание нефтяного кокса в смеси с газовым углем до 80% по С_нлт . При проведении плавок производительность печи (при использовании лигнина) за счет уменьшения "спекания" колошника и улучшения схода шихты увеличилась на ~29%, расход электроэнергии и минеральной части шихты снизился, соответственно, на ~18 и 29%. С повышением содержания нефтяного кокса в смеси с углем требуется увеличивать количество "рыхлителя".

11. Плавками на герметизированной печи 200 кВА установлена возможность 100% использования нефтяного кокса в восстановителе с применением "рыхлителей". Производительность печи (при использовании древесной щепы) повысилась на ~13%, расход электроэнергии и минеральной части шихты сократился, соответственно, на ~11 и 17%. Герметизация снижает подсос воздуха на колошнике, уменьшая окисление летучих компонентов и нелетучего углерода шихты. Это способствует уменьшению дозировки С_нлт. в шихте на ~7%.