CC BY
49
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО
ИНСТИТУТА имени С. М. Кирова
1964
Том 126
ТОПЛИВО-ПЛАВИЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ТОРФА
И. В. ГЕБЛЕР, С. И. СМОЛЬЯНИНОВ
Торф мог бы быть прекрасным металлургическим топливом, так как содержит незначительное количество вредных примесей — золы и серы. Выплавка чугуна на торфе может дать результаты в отношении качества металла, близкие к выплавке этого металла на древесном угле, который до сих пор применяется для выделки качественной стали.
В Советском Союзе, главным образом, в 30-е годы проводились успешные плавки чугуна в доменных печах Выксунского, Косогорского заводов, на Чернореченском химкомбинате, с использованием в качестве доменного горючего торфяного кокса и воздушно-сухого (не коксованного) формованного торфа [1, 2, 3, 4].
Примерно в то же время инженером П. М. Вавиловым была выдвинута идея газодоменного процесса, то есть идея ведения доменной плавки на воздушно-сухом торфе с одновременным получением чугуна, высококалорийного газа и торфяного дегтя. Эта идея находила себе широкую поддержку вплоть до последнего времени [5, 6, 7, 8].
Вопросу использования торфа в качестве металлургического топлива уделяется серьезное внимание и в настоящее время. Это подтверждается состоявшимся в 1958 г. в Москве совещанием по использованию торфа в металлургической промышленности [9] и др.
Известны следующие способы использования торфа как металлургического топлива:
1. Производство из торфа доменного кокса:
а) коксование машиноформованного торфа;
б) получение доменного кокса из фрезерного торфа через промежуточное производство термобрикетов;
в) получение доменного кокса из фрезерного торфа через промежуточное полукоксование с последующим брикетированием полукокса (со связующим) и коксование брикетов;
г) получение доменного кокса коксованием брикетов, спрессованных под высоким давлением из фрезерного торфа.
2. Производство полукокса из фрезерного торфа с использованием этого полукокса для замены отощенных углей в угольной шихте и для агломерации руд.
3. Использование воздушно-сухого формованного торфа.
Были предложены также способы получения торфожелезобрикетов (торф, руда, флюсы) методами термобрикетирования [4].
Все эти способы имеют ряд существенных недостатков. Кокс из машиноформованного торфа невысокой степени переработки обладает 8
сравнительно низкой механической прочностью, в лучшем случае 60—80 кг/см2. Кроме того, в настоящее время не имеется высокопроизводительных торфококсовальных печей.
Производство доменного кокса из фрезерного торфа, пригодного для печей большого объема, возможно лишь при большом усложнении технологического процесса и сильном удорожании его.
Нами предлагается метод получения из торфа топливо-плавильных материалов, т. е. материалов, содержащих в своем составе топливо, железную руду и флюсы в необходимых для доменного процесса соотношениях, заключающийся в следующем.
Сырой торф с рабочей влажностью (не менее 80—85%) подвергается переработке (перетирание), после чего к нему добавляются при тщательном перемешивании тонко измельченная руда и флюсы в нужном соотношении. Руда и флюсы должны быть измельчены до размеров зерен не более 0,15 мм, а лучше мельче, вплоть до 0,07 и менее мм. Смесь формуется под давлением 1—5 кг!см2 в формовки нужного размера и формы. После естественной сушки до влажности не более 15—20% топливо-плавильные материалы пригодны для их применения в доменных печах в воздушно-сухом состоянии или после получения из них кокса; первое предпочтительно.
Нами в лабораторных условиях получены на основе торфа и руды, содержащей в своем составе 40% железа, при расчетном количестве флюса — известняка, топливо-плавильные материалы с соотношением углерод: железо (в прококсованном при 800° образце) до 0,9:1.
Для лабораторных образцов определены показатели механической прочности (истираемость, сопротивление раздавливанию, индекс прочности по К. И. Сыскову —: работа разрушения на увеличение единицы поверхности), пористость и процент восстановленного железа.
В нижеследующей таблице приведены данные по определению показателей механической крепости топливо-плавильных материалов с добавкой на сырую массу торфа (рабочая влажность 85%) 6 и 10% железной руды и соответствующего количества флюсов (степень измельчения 0,088 мм). Для сравнения в этой же таблице приводятся определенные нами в равноценных условиях показатели для металлургических коксов производства Кемеровского коксохимического завода и Кузнецкого металлургического комбината, а также древесного угля (березового-ретортного) и формованного торфа без добавок.
Топливно-плавильный материал с добавкой 10% руды на сырую массу торфа имеет после удаления летучих при 800° соотношение между углеродом и железом примерно 0,9 : 1, а при добавке руды 6% — 1,6—1. В первом случае указанные соотношения являются нормальными для современного доменного процесса, во втором — вполне допустимыми, так как при выплавке некоторых специальных сортов чугуна расход кокса даже превышает эту величину.
Как видно из таблицы, топливо-плавильные материалы в воздушно-сухом состоянии по сопротивлению раздавливанию и индексу прочности равны хорошему металлургическому коксу, а по истираемости его превосходят. Это обстоятельство имеет особое значение при загрузке в домну воздушно-сухих материалов, так как значительная доля разрушающих усилий прилагается к топливу в моменты его транспортировки и загрузки в колошник.
Для газопроницаемости доменной шихты большое значение имеет истираемость компонентов шихты. Этот показатель топливо-плавиль-ных материалов заметно превышает истираемость каменноугольного кокса лишь у образцов с добавкой 10% руды, прогретых до 800°. Однако это не дает основания считать, что подобные материалы нельзя применять в крупных доменных печах. Газопроницаемость столба тор-
Э
фяных топливо-плавильных материалов, даже обладающих несколько более повышенной истираемостью, чем каменноугольный кокс, может оказаться вследствие однородности материала гораздо более высокой, чем у многокомпонентной шихты в обычном доменном процессе.
Тем более несомненно успешное применение торфяных топливо-плавильных материалов в печах меньшего объема. Это ясно видно из сравнения механической прочности указанных материалов и древесного угля (табл. 1), который, как известно, используется и до настоящего времени.
Интересно отметить, что топливо-плавильные материалы имеют повышенную по сравнению с чистым торфом механическую прочность в интервале температур 400°, где последний, как правило, имеет мини-
Таблица 1
Топливо-плавильные материалы на основе торфа
№ п. п. Объект испытания Коэффициент истираемости Сопротивление раздавливанию, кг\см2 Индекс прочности (с учетом мелочи), кгм\дм?
1 Кокс КМК 2,8-$,0 250-300 1,79
2 Кокс Кемеровского КХЗ 3,2-3,3 ■ - 1,30
3 Древесный уголь 18-19 —
4 Торфо-плавильный материал с 6 % руды (0,088 мм) содержание железа в руде 41 %
а) воздушно-сухой 1,23 350 1,70
б) прогрет до 400°С 4,0 120 0,56
в) прогрет до 800°С 3,8 150 0,70
5 То же с добавкой 10 % руды
а) воздушно-сухой 1,4 250-300 1,30
б) прогрет до 400°С 6,7 90 0,42
в) прогрет до 800СС 9,0 100 0,45
6 Торф без добавок
а) воздушно-сухой 1,2 300 3,00
б) прогрет до 400°С 11,8 26 0,57
в) прогрет до 800°С 4,2 70 0,65
7 Топливо-плавильный материал с Соколовско-Сарбайским концентратом (80 % под сито 0,05 мм, содержание железа 63 отношение углерода к железу 0,9:1,0)
j а) воздушно-сухой 0,6 800 —
! б) прогрет до 800°С 4,5 150 i —
мум прочности. Это важно как при применении в домне данных материалов в воздушно-сухом состоянии, так и при коксовании их в печах непрерывного действия.
В образцах, прогретых до температуры 800°, процент железа, восстановленного до металла, составляет 60—70%, а пористость — 45—60%.
Следует обратить внимание и на то обстоятельство, что образцы с добавкой руды и флюсов сохнут в естественных условиях на 20—25% быстрее, чем формованный торф без добавок, а конечное содержание ■ влаги на 4—5% меньше.
Так как к сырому торфу в момент формования можно добавить такое количество руды, какое обеспечит нормальные соотношения между рудой и топливом в доменном процессе, то вышеописанный способ получения топливо-плавильных материалов может также рассматриваться как способ окусковывания пылеватых руд и рудной мелочи.
Производство таких топливо-плавильных материалов можно, по-видимому, осуществить на обычных торфоформовочных машинах, причем дополнительные затраты будут минимальными и скорее В'сего компенсируются ускорением естественной сушки торфа 'под действием руды и флюсов.
Выводы
1. Предлагается использовать торф в виде топливо-плавильных, материалов в газодоменном процессе.
2. Топливо-плавильные материалы, полученные в процессе производства машиноформованного торфа, в воздушно-сухом состоянии превышают по прочности каменноугольный металлургический кокс.
ЛИТЕРАТУРА
1. Н. Н. Богданов. Коксование торфа. ГНТИ, М.-Л., 1931.
2. М. А. Павлов. Металлургия чугуна. Т. 1, изд. АН СССР, М.-Л., 1948.
3. А. А. Мягков. Торфяной кокс. Изд. ОНТИ, М. Л., 1936.
Б К К л и м о в. Новые методы термической переработки торфа. Изд. ГОНТИ, М.-Л., 1939.
А. П. Вавилов. Забытая проблема (проблема комплексного использования торфа в доменных печах). Изд. ВНИТО Металлургов, 1939.
6. В. В. Кондаков. Доменная плавка на торфе и кислородном дутье. Кислород № 1, стр. 35-47, 1945.
7. А. К. Ф а м б у л о в. Плавка чугуна в вагранках на торфе. Торфяная промышленность, № 5, стр. 28-32, 1957.
8. Б. Д. С ы с о е в. Использование торфа для газификации путем применения его в качестве металлургического топлива. Торфяная промышленность, № 1, стр. 13-15, 1959.
9. А. Г. Б о р ц. Совещание по использованию торфа в металлургической промышленности. Кокс и химия, № 2, стр. 56-58, 1959.
