способ производства окускованного железорудного сырья на конвейерной машине и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ производства окускованного железорудного сырья на конвейерной машине, включающий загрузку шихты, спекание с воздействием на слой концентрированной энергии, обеспечивающей расплавление верхнего слоя шихты, отличающийся тем, что загрузку шихты осуществляют в мульды их опрыскивания известковым молоком двумя слоями, нижний из которых состоит из необожженных железорудных окатышей и возврата, а верхний слой представляет смесь гематитовой железной руды с кальцийсодержащим флюсом, химический состав которой соответствует эвтектике в системе CaO Fe₂O₃ или CaO - Fe₂O₃ SiO₂, при этом отношение высоты слоя смеси к общей высоте спекаемого слоя равно (0,1 0,3) 1, а воздействие на слой концентрированной энергией осуществляют с интенсивностью, обеспечивающей полное расплавление слоя смеси и заполнение полученным расплавом пор между железорудными окатышами и возвратом.

2. Конвейерная машина для производства окускованного железорудного сырья, содержащая устройство для загрузки верхнего и нижнего слоев шихты и емкости для спекания шихты, отличающаяся тем, что машина снабжена узлом опрыскивания известковым молоком емкостей для спекания шихты и источником концентрированной энергии, установленными перед и после устройств для загрузки слоев шихты соответственно, при этом емкость для спекания шихты выполнена в виде мульд.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к окускованию руд и концентратов.

Известен способ производства окускованного железорудного сырья, в котором подготовленную и уложенную на машину шихту оплавляют на высоту 15-50% поверхности слоя посредством источника концентрированной энергии (1).

Известны конвейерные машины, в которых осуществляется производство окускованных материалов, содержащее устройство для загрузки двух слоев шихты в емкости для ее спекания (2).

Недостатком известных решений получения окускованного железорудного сырья является то, что его осуществление требует просасывания газов через спекаемый слой с помощью тягодутьевых средств, между тем в отходящих агломерационных газах всегда содержится значительное количество вредных веществ, таких как пыль, оксиды азота, оксиды серы, моноксид углерода, что ухудшает экологическую обстановку. Кроме того известный способ требует использования в шихте дорогостоящего и дефицитного твердого топлива, являющегося основным источником образования оксидов азота, оксида серы и единственным источником образования при агломерации моноксида углерода. Это также ухудшает экологическую обстановку.

Целью изобретения является улучшение экологической обстановки за счет осуществления процесса спекания без просасывания газов через спекаемый слой и, соответственно, без использования тягодутьевых средств, а также за счет полного вывода из шихты твердого топлива.

Цель достигается тем, что в способе получения окускованного железорудного сырья на конвейерной машине, включающем двухслойную загрузку шихты, ее спекание при высоких температурах, выгрузку спека и его дробление, процесс окускования осуществляется следующим образом: в мульды после их опрыскивания известковым молоком (раствором) двумя слоями последовательно загружают необожженные железорудные обкатыши с возвратом и смесь кальцийсодержащего флюса и гематитовой железной руды, причем химический состав смеси соответствует эвтектике в системе CaO-Fe₂O₃ или CaO-Fe₂O₃-SiO₂ при отношении высоты слоя смеси к общей высоте спекаемого слоя 0,1-0,3:1, затем слой смеси полностью расплавляется с помощью источника концентрированной энергии, после чего образовавшийся расплав эвтектического состава стекает вниз, заполняя поры между железорудными окатышами и частицами возврата, одновременно пропитывая их и осуществляя жидкофазное спекание, после завершения которого полученный спек выгружается и подвергается дроблению.

В конвейерной машине для осуществления способа, состоящий из конвейера с мульдами с приводом натяжного устройства, опрыскивателя мульд известковым молоком (раствором) и разгрузочного устройства, конвейер с мульдами снабжается расположенными над ним последовательно питателем для укладки необожженных железорудных окатышей и возврата, питателем для укладки смеси кальцийсодержащего флюса и гематитовой железной руды, источником концентрированной энергии, а также дробилкой, расположенной за разгрузочным устройством. При этом в качестве источника концентрированной энергии могут быть использованы лазер (оптический квантовый генератор) или плазмотрон.

Сопоставительный анализ позволяет сделать вывод, что заявляемый способ отличается тем, что осуществляется без просасывания газов через спекаемый слой с помощью тягодутьевых средств и без твердого топлива, причем единственным источником энергии, обеспечивающим расплавление верхнего слоя шихты и образование спека, является источник концентрированной энергии (лазер или плазмотрон).

На фиг. 1 приведена схема конвейерной машины для осуществления способа получения окускованного железорудного сырья, вид справа; на фиг. 2 то же, вид сверху.

Реализация способа осуществляется с помощью предлагаемой конвейерной машины, состоящей из конвейера с мульдами 1, опрыскивателя 2, мульд известковым молоком (раствором), питателя 3 для укладки необожженных железорудных окатышей, питателя 4 для укладки смеси кальцийсодержащего флюса и гематитовой железной руды, источника 5 концентрированной энергии плазмотрона или оптического квантового генератора (лазера), разгрузочного устройства 6, дробилки 7, привода 8 и звездочек 9, редуктора 10 и электродвигателя 11.

Конвейерная машина работает следующим образом.

Конвейер, состоящий из бесконечной цепи с мульдами 1, приводится в движение приводом 8, состоящим из двух цепных звездочек 9, жестко насаженных на вал, вращаемый электродвигателем 11 через редуктор 10. После выгрузки спека мульды опрыскиваются известковым молоком (раствором) с помощью специального опрыскивателя 2 во избежание приваривания спека к мульдам. Затем с помощью питателя 3 в мульды 1 непрерывно загружается нижний слой шихты необожженные железорудные окатыши и возврат. Непрерывность загрузки обеспечивается тем, что мульды 1 образуют на конвейере сплошную ленту благодаря перекрытию зазоров буртами смежных мульд. После этого с помощью питателя 4 в мульды 1 непрерывно загружается верхний слой шихты смесь кальцийсодержащего флюса и гематитовой железной руды. После завершения загрузки мульды подъезжают к источнику 5 концентрированной энергии. С помощью источника 5 концентрированной энергии верхний слой шихты расплавляется, после чего происходит процесс жидкофазного спекания. После его завершения мульды 1 подъезжают к расположенному на хвосте ленты разгрузочному устройству 6, с помощью которого производится выгрузка окускованного железорудного сырья из мульд 1 и дробление спека с помощью дробилки 7.

Способ получения окускованного железорудного сырья реализуют следующим образом.

В мульды, служащие для осуществления процесса спекания, с помощью специального питателя вначале загружается нижний слой шихты необожженные железорудные окатыши в смеси с возвратом. Предварительное смешивание сырых окатышей с частицами горячего возврата приведет к удалению из окатышей гигроскопической влаги. Соотношение между расходами окатышей и возврата будет полностью зависеть от выхода годного спека (чем ниже выход годного, тем больше расход возврата). После этого в движущиеся мульды загружают верхний слой шихты, состоящий из гематитовой железной руды и кальцийсодержащего флюса (например, известняка или извести), причем соотношение между ними зависит от содержания СаО, Fe₂O₃ и SiO₂ в них. Химический состав смеси должен соответствовать эвтектикам в системе СаО-Fe₂O₃ или же в системе СаО-Fe₂O₃-SiO₂. Эвтектика в системе СаО-Fe₂O₃, состоящая из однокальциевого феррита (СаFe₂O₄) и полукальциевого феррита (СаFe₄O₇), соответствует химическому составу, мас. СаО 20 Fe₂O₃ 80. Эвтектика в системе СаО-Fe₂O₃-SiO₂, состоящая из двухкальциевого силиката (Са₂SiO₄), однокальциевого феррита (CaFe₂O₄) и полукальциевого феррита (СаFe₄O₇), соответствует химическому составу, мас. СаО 26,5; Fe₂O₃ 66,0; и SiO₂ 7,5. В верхнем слое шихты соотношение между СаО и Fe₂O₃ (для ферритной смеси) или между СаО, Fe₂O₃ и SiO₂ (для силикатноферритной смеси) должно соответствовать эвтектическому составу.

После завершения двухслойной загрузки шихты в мульды верхний слой шихты расплавляется с помощью сканирующего луча оптического квантового генератора (лазера) или плазмотрона. Этим и обусловлено применение в верхнем слое смесей эвтектического состава, обладающих низкой температурой плавления, что способствует экономии энергии на расплавление этого слоя. Эвтектика в системе CaO-Fe₂O₃ имеет температуру плавления 1205^оС, а эвтектика в системе СаО-Fe₂O₃-SiO₂ 1192^оС. Кроме того расплавы эвтектического состава обладают максимальной жидкоподвижностью и минимальной вязкостью, что облегчает их спекание после расплавления в нижний слой шихты, происходит заполнение пор между железорудными окатышами, а также их пропитка и осуществление процесса жидкофазного спекания.

Экспериментальное изучение процесса расплавления шихт, по химическому составу соответствующих эвтектикам в системах СаО-Fe₂O₃ и СаО-Fe₂O₃-SiO₂, проводилось с помощью сканирующего луча технологического лазера ТЛ-1,5 конструкции научно-исследовательского центра по технологическим лазерам АН СССР. Данные исследования показали, что расплавление смесей высотой 30 мм можно осуществить с помощью луча лазера диаметром 19 мм мощностью 1000 Вт (интенсивность излучения 353 Вт/см²) в течение 3,8 с, что соответствует скорости сканирования 5 мм. Удельный расход энергии лазерного луча при этом составляет 1,34 кДж/см².

Отношение высоты верхнего (расплавляемого) слоя шихты к общей высоте спекаемого слоя должно составлять 0,1-0,3:1. Данное отношение предопределено тем, что содержание расплава при получении железорудных окатышей методом жидкофазного спекания должно находиться в пределах 10-30% а оптимальное содержание связки по экспериментальным данным должно составлять 20-25 мас.

При загрузке мульд в два слоя при высоте нижнего слоя (необожженных железорудных окатышей и возврата) 120 мм и при высоте верхнего слоя (эвтектической смеси кальцийсодержащего флюса и гематитовой железной руды) 30 мм, что обеспечивает отношение высоты верхнего слоя к общей высоте спекаемого слоя 0,2: 1, с последующим расплавлением верхнего слоя сканирующим лучом лазера мощностью 1000 Вт и диаметром пятна 19 мм, процесс расплавления и жидкофазного спекания продлится не более 4 ч.

После завершения процесса окускования полученный спек поступает в зону загрузки, где выгружается из мульды и подвергается дроблению с помощью дробилки, которая может использоваться как обычная одновалковая дробилка, применяемая для дробления пирога агломерата так и дробилки ударно-инерционного действия для получения калиброванного спека. После этого из спека выделяется горячий возврат, используемый для сушки сырых окатышей, а годный спек охлаждается подобно агломерату на охладителях линейного либо чашевого типа и используется в качестве окускованного железорудного сырья в доменных печах.

Использование в предлагаемом способе источника концентрированной энергии (лазера или плазмотрона) позволяет полностью вывести из агломерационной шихты твердое топливо, являющееся источником образования вредных веществ, и отказаться от просасывания газов через спекаемый слой с помощью тягодутьевых средств.

Преимуществом заявляемого способа является также то, что его реализация не потребует перерасхода тепла, такого, к примеру, как при реализации способа производства плавленного железофлюса, где расплавляется вся шихта. В данном случае расплавляется 10-30% всей шихты, как и при производстве железорудных окатышей методом высокотемпературного обжига. Кроме того, экономии энергоресурсов способствует и высокий КПД оптических квантовых генераторов (лазеров) и плазмотронов.

Полезный эффект от осуществления заявляемого способа получения окускованного железорудного сырья на заявляемой конвейерной машине, обуславливающий его промышленную применимость, заключается в улучшении экологической обстановки за счет осуществления процесса спекания без просасывания газов через спекаемый слой и, соответственно, без использования тягодутьевых средств, а также за счет полного вывода из шихты твердого топлива. При этом вынос в атмосферу оксидов азота и моноксида углерода снизится до нуля.