ЕКСПЕРИМЕНТ «ЗАМОРОЖЕНА ПІЧ» ВОДНЕВОГО ВІДНОВЛЕННЯ ГЕМАТИТОВОГО ЗАЛІЗОРУДНОГО КОНЦЕНТРАТУ, ARCI, ХАЙДЕРАБАД, ІНДІЯ
Рис.1. Хайдерабад столиця штату Теленгана, Індія, знаходиться серед мальовничих скель плато Декан. Це Південна Індія. Жарка і суха погода. Там був заснований Міжнародний центр передових досліджень порошкової металургії та сучасних матеріалів ARCI. Дослідження виконано в рамках Наукової співпраці Україна – Індія, 1998 рік
ЩО БУЛО ЗРОБЛЕНО?
Проведено експерімент «Заморожена піч» для водневого відновлення індійського гематитового концентрату на пилотній печі штовхального типу із масою порошку на човні до 2.5 кг. Відновлення воднем гематитового концентрату для отримання губчастого залізного порошку має ряд переваг перед двостадійним карботермічним технологічним процесом.Питомі енерговитрати на процес нижчі, оскільки процес карботермічного відновлення у шахтній печі має низьку енергоефективність палива. Немає проблем із вихлопними газами після пальників зрідженого газу. Не потрібний проміжне подрібнення коржів губчастого заліза перед остаточним відпалом в водневій атмосфері.Порошок є дуже пластичним, має достатньо високу щільність при навантаженні 4,2 т/см3 і надзвичайну міцність у стиснутому стані для 6,5 г/см3 (без додавання мастила) 65 Н/мм2, що набагато перевищує стандартний ринковий порошок губчастого заліза.Порошок має низьку насипну уявну щільність 1,29 г/см3, але прийнятну текучість сталі 74 секунди стандартного зразка 50 г.Вміст кисню 0,4% трохи вище, ніж стандартний порошок губчастого заліза на ринку, але можна покращити ці характеристики. Вміст вуглецю лише 0,007% свідчить про те, що шляхом відновлення воднем гематитового концентрату можна отримати унікальний безвуглецевий порошок заліза.Щоб збільшити насипну щільність за потреби і зробити процес відновлення більш гнучким, запропоновано розділити процес відновлення на дві стадії.Першу стадію закінчують при вмісті кисню 2-3%, оскільки саме на цьому рівні відновлення різко сповільнюється і насипна щільність стабілізується.Можуть бути включені проміжні операції для додаткового очищення порошку шляхом магнітної сепарації неметалевих невідновлюваних включень, що підлягають видаленню, і операції для збільшення насипної щільності.Другу стадію відновлення під воднем починають знову з порошкового шару, що прискорює процес відновлення і дозволяю додатково знизити питомі витрати енергії.Відновлений порошок має високорозвинену поверхню, тому легко зварюється з поверхнею транспортного човна. Для запобіганню цьому небажаному процесу винайдено спеціальний пристрій для покриття поверхні човна вуглецевим захисним шаром, і отримано індійський патент № 211922
РЕЗУЛЬТАТ
Рис.2. Результат експерименту "Заморожена піч"
Результат експерименту “Заморожена піч” показано на Рис.2. Перший період від 0 до 100 хвилин отримав назву «індукційний період». Впродовж цього періоду не спостерігали розділення шару порошку на відновлену та спечену верхню поверхню та невідновлену нижчу частину шару порошку. Процес відновлення протікає у всьому об’ємі порошкового шару. Схоже, що водень легко дифундує крізь шара порошку впродовж цього періоду, і немає обмежень через дифузію. Тому немає різниці між верхнім і нижнім вмістом кисню, але середній вміст кисню зменшується досить швидко. Потім, до кінця періоду, між 80 і 100 хвилинами, утворюється свіжа тонка верхня кірка, і дифузія свіжого водню через шар порошку стає обмеженням процесу. Починається другий період.Другий період від 100 до 180 хвилин отримав назву «перехідний період». У цей період різко сповільнюється відновлення ижньої частини шару, з’являється різниця вмісту кисню між верхньою і нижньою і різниця між ними швидко зростає. При цьому вміст кисню у верхньому шарі знижується і до кінця періоду стабілізується на рівні близько 2,0% (попередньо розрахований рівень). Це означає, що відновлення відбувається переважно у верхній спеченій частині шару. За рахунок зменшення вмісту кисню у верхньому шарі та зростання верхнього спеченого шару середній вміст кисню також зменшується. До кінця періоду стабілізується середній вміст кисню і різниця між верхом і низом.Це початок третього періоду. Це «фронтальний період». Вміст кисню у верхній і нижній частинах шару постійний від 180 до 280 хвилин, різниця між ними також постійна. Проте середній вміст кисню поступово зменшується, оскільки за період поступово зростає товщина верхньої спеченої кори. Це означає, що реакція відбувається тільки в новоствореному межевому шарі, який поступово рухається до дна човна. Це можна пояснити досягненням рівноваги між потоком свіжого газу, що проникає до межі реакції, і потоком відпрацьованого газу (H2O), що проходить через верхній спечений шар порошку.Поступово товщина верхнього спеченого шару збільшується, а нижнього зменшується. До 280 хвилини нижня частина стала настільки тонкою, що починається останній четвертий період, а саме «фінальний період». Через 280 хвилин можна вважати, що різниця між верхом і низом зникає. Можна спостерігати різке зростання товщини верхньої кори і зменшення різниці між верхнім, нижнім і середнім вмістом кисню. Процес завершено, тому що вміст залишкового кисню стає рівномірним по всьому об’єму шару порошку. Його рівень визначає рівновага між водневою атмосферою та FeO порошку.Насипна щільність відновленого порошку заліза є дуже важливою характеристикою. Для нашої мети найбільш значущою є насипна щільність верхньої спеченої кірки, оскільки вона визначає зміну видимої щільності для відновленого порошку.
Це експериментальне дослідження є основою розробки технології відновлення гематитового концентрату воднем із рециркуляцією та регенерацією останнього.