Войти  |  Регистрация
Авторизация

Закалка магния газообразными углеводородами и природными газами



Кроме водорода, для закалки пригодны и другие газы — гелий, аргон, газообразные углеводороды, входящие в состав природных газов и отходов крекинга. Промышленное применение гелия и аргона неперспективно, поэтому останавливаться на них нет необходимости. Сопоставление некоторых физических свойств водорода и углеводородов, наиболее пригодных для закалки, дано в табл. 189.
Закалка магния газообразными углеводородами и природными газами

Приведенные в табл. 189 объемные теплоемкости углеводородов выше, чем водорода; соответственно ниже должен быть их удельный расход на закалку. Присутствие тяжелых углеводородов улучшает качество газа как охладителя. Углеводороды, перечисленные в табл. 189, представляют собой основные компоненты природного газа, промышленная добыча которого развита во многих странах. Техническая и экономическая целесообразность применения природного газа для закалки подтверждается работой завода в Перманенте, на котором применяли природный газ следующего состава: 92% СН4, 4,3% С2Н6, 1,4% С3Н8, 0,7% СО2, 1,6% CO.
Советский Союз обладает большими запасами природного газа. Крупные газовые месторождения находятся на территории Украины, в Татарии, Башкирии, Азербайджане, Краснодарском крае, а также в Средней Азии и Западной Сибири. Добыча и производство газа в России быстро растут. В промышленную разработку в недалеком будущем будут введены новые газовые месторождения — Ставропольское, Шебелинское, Степновское и подготовлено к эксплуатации Березовское месторождение в Западной Сибири. В 1958 г. добыча и производство газа увеличились против уровня 1957 г. (около 20 млрд. м3) в полтора раза, а в 1965 г. возрастут в 7,5 раза — до 150 млрд. м3. В ближайшие же 15 лет добыча и производство газа будут доведены до 270—320 млрд. м3, т. е. превысят уровень 1957 г. в 13—15 раз.
Природные газы крупнейших эксплуатируемых месторождений России удовлетворяют условиям карботермического способа получения магния, т. е. содержат небольшие количества вредных примесей CO, СО2, N2 и О2. Средний состав саратовского газа, % (объемн.): 95 CH4, 1 тяжелых углеводородов, 4 Ng и пр. Еще меньше примесей содержит газ Дашавского месторождения в Западной Украине. Состав газа, % (объемн.): 98,6 С H2n-2; 1,4 N2 и пр.
Природный газ, обогащенный окисью углерода в результате закалки, не очищается. Для поддержания концентрации окиси углерода в повторно используемом газе на допустимом уровне часть отработанного газа выводят из оборота и заменяют свежим. Удаляемый газ используют как топливо.
Независимо от состава газов, применяемых для закалки, в восстановительную печь подают немного водорода. Кроме того, водород образуется в печи при распаде летучих восстановителя, если брикеты предварительно не прокалены. В этом случае из печи выходит смесь газов, содержащая 42% (объемн.) паров магния, 43% окиси углерода, 15% водорода. При предварительной прокалке брикетов состав печных газов несколько иной; 45% паров магния. 47% окиси углерода, 8% водорода. Содержание водорода в Отработанном природном газе в первом случае будет около 1%, во втором — около 0,5%. Поскольку концентрация водорода невелика, его реакция с окисью углерода не имеет значения. Этим и объясняется сравнительно высокий предел допустимого содержания окиси углерода в природном газе, поступавшем для закалки — до 6% на заводе в Перманенте против 0,5% в оборотном водороде, по нормам завода в Хыннаме.
Свежий природный газ очищают от углекислого газа, а затем сушат активированным глиноземом или силикагелем. Содержание влаги в осушенном газе не должно превышать 0,05 г/м3.
Состав пыли при закалке водородом или природным газом различен (табл. 190); количество примесей в ней зависит, конечно. от чистоты исходной шихты. Расчет на основе приведенных в табл. 210 данных показывает, что избыток углерода в пыли при закалке водородом на 25% больше стехиометрического по содержанию в ней MgO и СаО, хотя в шихту вводят только 85% углерода от расчетного количества.
Закалка магния газообразными углеводородами и природными газами

Упругость паров углерода очень мала, механический износ графитовых электродов в дуге невелик — по практическим данным завода в Хыннаме он примерно равен 25 кг на 1 т брикетов. Отсюда можно сделать вывод, что избыток углерода в пыли обусловлен какими-то иными причинами.
При расчете шихты не учитывалось содержание углерода в летучих восстановителя, которых в нем 15—25%. Исходя из опубликованных данных, можно ориентировочно рассчитать, что летучие содержат 86,5% С. В этом случае вследствие разложения летучих может образоваться избыток углерода в несколько раз больший, чем наблюдается. He исключена возможность, что избыточный углерод образует с окисью углерода субокиси, которые уходят из печи с продуктами реакции и распадаются с выделением углерода при понижении температуры.
На рис. 161 приведена электрономикроскопическая фотография пыли, полученной при закалке природным газом на заводе в Перманенте. Даже при большом увеличении частицы неметаллических включений на снимке не видны. Это свидетельствует о несравненно большей, чем у магния, дисперсности этих включений, которая, возможно, обусловлена их образованием из газовой фазы. В случае механического уноса шихты из рабочего пространства печи частицы шихты можно было бы различить. На рис. 161 видны корольки магния величиной в доли микрона, а на них — лишь неясные очертания кристаллов. Корольки магния растут, по-видимому, на зародышах, которыми могут быть не только твердые частицы сажи или магнезии, но и частицы железа, алюминия и кремния. Они уже существуют в то время, когда магнии находится еще в виде пара. Поскольку магний растворяет алюминий и при высоких температурах смачивает железо и кремний, он конденсируется в первую очередь на твердых частицах.
Закалка магния газообразными углеводородами и природными газами

В пыли, полученной при закалке природным газом, обычно содержится 6—8% карбидов магния. Из-за их нестойкости соответственно увеличено содержание магния и углерода в табл. 190. Факт образования карбидов магния в очень короткие сроки как будто опровергает сведения о трудности их образования. Однако карбиды магния образуются всего легче при действии на магний углеводородов. При быстром охлаждении печных газов образуется конденсат магния, несравненно более дисперсный и активный, чем в обычных лабораторных условиях. Это, очевидно, и создает возможность быстрого образования карбидов при закалке природным газом. Предложено также получать карбиды магния при взаимодействии магниевых паров с газообразными соединениями, содержащими углерод в присутствии твердых инертных веществ, например окиси магния, при 600—700°. Образование карбидов магния наблюдается и при восстановлении окиси магния сажей в вакууме и обусловлено, по-видимому, взаимодействием паров магния с окисью углерода при сравнительно медленном охлаждении.
Из состава пыли от закалки природным газом (табл. 190) следует, что содержащимся в ней 19% окиси магния стехиометрически соответствуют только 6% С из 22%. Следовательно, 16% С являются избыточными. Если принять, что в результате распада субокисей углерода или летучих, как и при закалке водородом, образуется 25%-ный избыток углерода против стехиометрического, т. е. 1,5%, то на долю термического разложения природного газа придется 14,5% С в пыли, что соответствует разложению 1% природного газа, участвующего в закалке.
Из состава пыли при закалке водородом следует, что независимо от рода газа, применяемого для закалки, окись магния восстанавливается при избытке углерода в печи (около 5% от веса всего углерода в шихте). Избыток углерода способствует восстановлению.
С точки зрения обмена тепла при закалке, эндотермические реакции диссоциации углеводородов природного газа на углерод и водород, а также образования карбидов приносят некоторую пользу, но вред от этого больше — лишняя сажа в магниевой пыли затрудняет ее прессование; повышение концентрации водорода в газах, содержащих окись углерода и магниевую пыль, также нежелательно.
Хотя для закалки природный газ выгоднее, чем водород, его применение не устраняет ряда недостатков, присущих закалке газами. Потребность в охладителе велика — около 35 нм3 на 1 кг Mg в слитках. Невысокое содержание пыли в газах после закалки и небольшой размер частиц пыли приводят к необходимости сооружать громоздкие устройства для улавливания пыли, в частности рукавные фильтры. В то же время, как показал опыт работы завода в Хыннаме, фильтры представляют собой наиболее взрывоопасный участок заводского оборудования. Магниевая пыль вследствие высокой дисперсности весьма пирофорна, что затрудняет ее переработку на слитки магния.
Применение природного газа в качестве охладителя требует размещения магниевого завода вблизи газового месторождения или трассы газопровода. Такая территориальная зависимость несколько ограничивает возможности применения карботермического способа получения магния при закалке газами, так как магниевый завод должен иметь также расположенную поблизости сырьевую базу и источник снабжения электроэнергией (если для ее производства не может быть использован отработанный на заводе природный газ).
Эти обстоятельства привели к необходимости изыскивать другие способы закалки газовой смеси, в частности при помощи жидкостей.
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent