Твердый углеродистый восстановитель

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

09) (И) Ш4 С 22 В 5/10, В 22 F 9/18

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ)ТИЙ (21) 4213494/31-02 (22) 23.03.87 (46) 07.09.88, Бюл. 9 33 (71) Запорожский индустриальный институт и Днепровский алюминиевый завод им. С.М.Кирова (72) А.Н.Попов, N.N.Гасик, А,А.Попов, А.К.Чепурной, И.Х.Зингер и И.П.Милусь (53) 621.762.242 (088.8) (56) Раковский В.С. и др. Основы производства твердых сплавов., N.:

Государственное научно-техническое иэд-во по черной и цветной металлургии, 1960, с. 15.

Острик П.Н, и др. Комбинированное восстановление железной окалины в вертикальных муфельных печах непрерывного действия. — Порошковая металлургия, 1966, 11) 12, с. 2-6. (54) ТВЕРДЫЙ УГЛЕРОДИСТЫЙ ВОССТАНОВИТЕЛЬ (57) Изобретение относится к производству твердых углеродных материалов, которые могут быть использованы в качестве восстановителей оксидов металлов. Целью изобретения является повышение реакционной способности, стабилизация остаточного содержания углерода в восстановленном продукте и снижение стоимости восстановителя. Твердый углеродистьп восстановитель, имеющий в своем составе древесный уголь, дополнительно содержит технологические отходы электродного производства с О,l-0,57 каталитических добавок при следующем соотношении ингредиентов, мас.7: технологические отходы электродного производства 36-93, древесный уголь остальное, Описываемьп состав обеспечивает стабилизацию содержания углерода в восстановленном продукте в пределах

0,08-0,11% за счет стабильного содержания углерода в технологических отходах электродного производства, высокую реакционную и восстановительную способность. 2 .табл, 1421?89

Изобретение относится к производству твердых углеродных материалов, .которые могут быть использованы н качестве восстановителей оксидов металлов.

Цель изобретения — повышение реакционной способности, стабилизация остаточного содержания углерода в восстановленном продукте и снижение стоимости восстановителя.

Сущность изобретения состоит в том, что твердый углеродистый носстановитель, имеющий н своем састане древесный уголь, дополнительно содер" жит технологические отходы электродного производства с 0,1 — 0,5 X каталитических добавок при следующем соотношении ингредиентов, мас.X:

Технологические отхацы электродного производства 36- 93

Древесный уголь Остальное

Технологические отходы имеют следующую характеристику.

Садержание е

Зола 1,1

Влага Не более 0,5

Углерод твердый Остальное

Грануламетрический состав,, 7., Фракции., мм: менее 0,09 10= 15

0 09-2,5 Основа более 2 5 Цо 10

Технологические отходы содержат каталитические добавки хлористого натрия илн едкого кали. Введение катализатора в технологические отходы осуществляется и праце"се приготовления шихты для восстанонления оксидов металлов, Оптимальное количестно каталитических добавок находится н пределах 0,1 — 0 5 X от массы технологических отходон. Уменьшение количестна каталитических дабанок ниже

0,17. не позволяет достичь повьппения реакционной способности углерода насстанонителя, Превышение количества более 0,57 приводит к àçáóõàíèþ шихты„ что ухудшает внешний газообмен в реакционной зоне и снижает скорость восстановления оксидов металлов. Продукты восстанОнления приобретают свойства пираформости и склонности к саманозгоранию, Пример 1, В идентичных условиях проведены эксперименты по комбинированному восстановлению железной окалины с использованием в качестве твердого углеродистого восстановителя древесного угля и технологических отходов электродного производства, импрегниронанных нодным растворам

NaC1, взятых при различном содержании ингредиентов. Восстановление проводят в пилотной установке при температуре 1000 С в среде конвертированного природного газа. Количество твердого углеродистого восстановителя во всех опытах взято иэ расчета отношение кислорода оксидон к активному углероду (О:С), равного 2,2. Содержание ЫаС1 в технологических отходах во всех опытах кроме опытов варианта 4 одинаково и равно 0,5%. В опытах варианта 4 содержание NaC1 в технологических отходах 0„05 — 1,07. Еелезная окалина имеет следующий химический состав, мас. : Ре ?5,5;

С 0,0?; Si 0,16; Nn 0,25; Оп 24,5;

Р 0,029.

Результаты восстановления оксидов железа приведены н табл.1, Как следует из табл.1 павьппение содержания катализатора (NaC1) в технологических отходах электродного производства, входящих в состав углеродистого восстановителя„ вьппе

0,57. или уменьшение ега содержания ниже 0,1% однозначно приводит к увеличению времени восстановления железной окалины да 2,9 ч (вариант 4, серия ?) и да 3,0 ч (нариант 4, серия 1}, Оптимальные результаты получены при содержании катализатора в технологических отходах в пределах 0,1

O,5 (вариант 4, серии 3-5). При этом время носстанонления железной окалины 2, 5 - 2, 6 ч, Повьппение содержания технологических отходов электродного производства н составе углеродистого восстановителя выше 93 приводит к увеличению времени восстановления железной окалины до 3,5 ч (вариант i) и до 3,4 ч (вариант 2). В случае уменьшения содержания технологических отходон электродного производства ниже 36Х наблюдаются нысакае среднеквадратичное отклонение остаточного содержания углерода в восстановленном продукте и увеличение стоимости углеродистого восстановителя (варианты 6 и ?).

Оптимальные результаты получены при содсржании технологических отхо1421789 дов электродного производства в составе твердого углеродистого восстановителя в количестве 36-93 (вариан" ты 3-5). Среднеквадратичное о- клонение остаточного содержания углерода а находится при этом в пределах 11,1 х х 10 — 17,8 10, время восстановления в пределах 2,.4 — 3,0 ч, стоимость углеродистого восстановителя

137,8 — 201,6 руб.

Пример 2. В идентичных условиях проведены эксперименты по комби" нированному восстановлению окалины хромистой стали 95Х18 с использова нием в качестве твердого углеродис-а того восстановителя древесного угля и технологических отходов электродного производства, импрегнированных водным раствором катализатора и взятых при различном содержании ингредиентов. В качестве катализатора применяют водный раствор К0Н, который импрегнируют в технологические отходы. Избыток влаги удаляют из отходов о путем их сушки при температуре 110 С. !

Восстановление окалины проводят в высокотемпературной пилотной печи с контролируемой атмосферой при температуре 1300 С в среде технического водорода. Количество твердого углеродистого восстановителя во всех опытах взято из расчета отношения кислорода оксидов к активному углероду 0 : .С =

i 8. Окалина легированной стали

95Х18 имеет следующий химический сос.тав, мас. : Cr 12,2; Ni 0,21; С

0,04; Б 0,03; P 0,013; Si 0,3; Мп

0,29; Fe остальное. Содержание катализатора во всех опытах кроме варианта 3 одинаковое и равно 0,3. В серии экспериментов варианта 3 содерЖание катализатора изменяется в пределах 0,05-1,0 ., Как следует из табл.2, повышение содержания технологических отходов электродного производства в составе твердого углеродистого восстановителя выше 93 приводит к увеличению времени восстановления шихты соответственно до 5,0 ч (вариант 3) и до 5,4 ч (вариант 1).

В случае уменьшения содержания технологических отходов электродного производства ниже 36 отмечаются высокое среднеквадратичное отклонение остаточного содержания углерода в восстановленном продукте и увеличение стоимости углеродистого восстановителя (варианты 6 и 7).

Оптимальные результаты получены при содержании технологических отхо5 дов электродного производства в составе твердого углеродистого восстановителя в количестве 36-93 (варианты 3-5), Среднеквадратичное отклонение остаточного содержания углерода нахо° дится при этом в пределах 11 1 х

-ь з х 10 — 17,8 ° 10, время восстановления в пределах 4,1 — 4,4 ч, стон" мость углеродистого восстановителя !

37,8-201 6 руб, В табл,2 приведены также результаты экспериментов по влияшпо количества каталитнческих добавок, вводи20 мых в технологические отходы электродного производства, на реакционную способность углеродистого восстановителя, которая характеризуется временем достижения заданной степени

26 восстановления оксидов. Как видно из табл,1, уменьшение содержания каталитических добавок ниже О,!Е или увеличение их выше 0,57. приводит однозначно к увеличению времени восста30 новления оксидов хрома до 4,8 ч (серия 1, вариант 3) и до 4,7 ч (серия 7, вариант 3).

Оптимальные результаты получены при содержании каталитическнх добавок в технологических отходах в пределах 0,1 — 0,5 . {серии 3-5. вари ант 3). Время восстановления хрома

4,2 — 4,4. ч, Применение предложенного твердо<> го углеродистого восстановителя оксидов металлов обеспечивает стабилизацию содержания углерода в восстановленном продукте 0,08 — О,!1 за счет более стабильного содержания углерода в технологических отходах электродного производства; высокую реакционную и восстановительную способность углеродистого восстановителя за счет каталитического влияния щелочных металлов (КОН, NaC1) на углерод технологических отходов электродного производства, что сокращает г время дос тижения заданной (98, 5X ) степени восстановления оксидов металлов

55 от ЗФ5 ч до 2,4 ч при восстановлении оксидов железа от 5,4ч до 4,1 ч при восстановлении оксидов хрома; снижение стоимости углеродистого восстановителя от 242 руб/т до 13?,8 руб/т.

5 14 мула из обр ет ения

21789

Ф о р импрегнированные водным раствором

NaCl или КОН до содержании 0,1-0,52 технологические отходь электродного

5 производства при следующем соотноше" нии ингредиентов, мас.f:

Твердый углеродистый восстанови" тель, содержащий древесный уголь, отличающийся тем, что, с целью повышения реакционной способности, стабилизации остаточного содержания углерода в восстановленном продукте и снижения стоимости восстановителя, он дополнительно содержит

8ари ант

Среднее квадратичное отклоСтоимость

Остаточное

Время дости"

Сетвердого углеродистого восстаноPHR содержание жения степени вос становСодержание некие остаТехнологические отУголь дре весный у вителя, руб./т углерода в восстаточного содержания углерода ления

98,57,, ч ходы электВ (с) новленном продукте, Е родного производства, X ких от ходах,Е

0,14

0,14

0,12

0,13

3

4,25 ° 10 130

3,5

100

7,01 10 134,5

0,5

11, 1 10 137,8

0,5 3Ä0

0,05 3,0

0,08 2,8

0,l 2,6

0,3 2,5

0,5 2,5

0,8 2,7

l,0 2,9

l2,2 l0

160,24

0,10

0,10

0,06

0,07

2

201,6

17,8 10

2,4

0,5

0,10

0,08

0,20

0,15

2

46,5 10

211,7

2,3

0,12

0,20

0,25

0,10

2

3 100

65 10

242

0,5 2,3

1

3

1

3 .4

3

5

Твердый углеродистый восстановитель . катализатора . NaC1. в технологичесТехнологические отходы электродного производства 36 -93

Древесный уголь Остальное

Т а б л и ц а

0,09

0,10

0,12

0,10

0,11

0,10

0,11

0,08

0,13

0,10

0,09

0,08

0,08

0,ll

0,l2! 421789

Т.а б л и ц а 2

Вари Се- Твердый углеродистый ант рия восстановитель

Стоимость

Остаточное

Время твердого углеродистого вос» достижения содержание

Уголь степени вос становсодержания углерода становителя,руб/т углерода в восстадре" весный, Ж ления . О,SX, ч новленном продукте, Ж отходам, Х

4,33 . 10

100 0,3 5,4

130

2 I

2 4

7,07 10

0,3 50

134,5

3 1

3

4 7

6

0,05

0,08

0,1

93 0,3

0,5

0,8

1,0

1! 1 10

137,8

4 1

3 27

12 10

73 . 0,3

4,2

160,24

5 1 о

2 64 36 0 3

17,8 10

4,1

201,6

6 1

3 73 27 O 3 4

211,7

46,5 " 10

4,1

7 1

3 100 — 0 3

69,6 10

242

3,9

Тираж 595 Подписное

ВНИИПИ Заказ 4392/26

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

1 !

Технологические отходы электродного производства

Содержание катализатора (K0H) в технологических

4,8

4,7

4,4

4,4

4,2

4,5

4,7

0,14

0,12

0,13

0,15

0,09

0,10

0,1!

0,10

0,12

0,09

0,09

0,08

0,09

0,10

0,13

0,08

0,07

0,10

0,08

0,10

0,10

0,06

0,07

0,10

0,08

0,20

0,15

0,12

0,20

0,25

0,07

Среднеквадратичное отклонение остаточного