способ производства железорудного агломерата

Формула изобретения

1. Способ производства железорудного агломерата, включающий дозирование и ввод в шихту железосодержащих материалов, оборотных продуктов металлургического производства, флюсов и твердого топлива, их смешивание, увлажнение, окомкование, зажигание шихты продуктами горения газообразного и жидкого топлива и спекание при температурах 1320-1500°С, отличающийся тем, что в состав шихты агломерата дополнительно вводят природнолегированный магнием железосодержащий концентрат в количестве 5-15% от массы всей шихты, а спекание осуществляют за счет тепла от горения твердого топлива в восстановительно-окислительной атмосфере с получением агломерата на оливино-ферритных связках.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве природнолегированного магнием железосодержащего концентрата используют концентрат обожженного сидероплезита бакальского месторождения.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что используют природнолегированный магнием железосодержащий концентрат с массовой долей фракции 0-10 мм не менее 90%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургического производства, в частности к способам получения агломерата для доменного передела.

Известен способ получения агломерата для доменного производства на металлургическом предприятии, включающий доставку на участок разгрузки и складирования компонентов шихты, в качестве которых используют железорудный концентрат, руды, флюсы, отходы металлургического производства, топливо, горячий и холодный возврат, добавки, в частности минеральные, физико-химический, метрический и весовой анализ аглошихты, усреднение компонентов аглошихты на рудном дворе, дозировку всех компонентов аглошихты путем провешивания, смешивание компонентов до получения однородной смеси распределением тепла горячего возврата по всей массе аглошихты, предварительное увлажнение до подачи на окомкование и окончательное увлажнение при окомковании, последующую загрузку окомкованной и увлажненной аглошихты на паллеты агломерационной машины, выравнивание ее поверхности, зажигание аглошихты продуктами горения природного или другого газа горелками горна агломерационных машин, спекание аглошихты за счет создания разряжения под паллетами агломерационной машины и развития высоких температур при горении твердого топлива в аглошихте, охлаждение с отбором проб для определения физико-химического состава и механической прочности, дробление и грохочение агломерата с выделением возврата и рециркуляцией его в аглошихту, проведение, при необходимости, ремонтно-восстановительных и подготовительных работ [1].

Однако при получении агломерата для доменного производства известная технология не обеспечивает необходимой прочности агломерата в исходном состоянии и после восстановления, а производительность агломашин при использовании тонкоизмельченных, богатых по содержанию железа концентратов снижается.

Известен способ производства офлюсованного железорудного агломерата при котором, в окомкованной шихте состав гранул меньше 3 мм регулируют по сумме модулей - соотношений CaO/SiO₂; FeO/Fe _общ.; Al₂O₃/SiO₂ и MgO/SiO ₂, которую поддерживают в пределах 1,0; 1,9 и 2,2; 3,1 для получения оливиновых и ферритных связок соответственно. При этом спекание агломерата на оливиновых связках ведут при 1270-1320°С в восстановительной атмосфере, создаваемой повышенным расходом твердого топлива не менее 4 мас.% при размерах его частиц, равных или меньше 2,5 мм, а при получении агломерата на ферритных связках спекание ведут при 1220-1260° в окисленной атмосфере, достигаемой за счет пониженного расхода твердого до 2,5-3,0 мас.% при его крупности 2,5-4,0 мм [2].

Недостатком данного изобретения является сложность выполнения данной технологической схемы.

Указанные пределы значений суммы модулей отвечают необходимости сосредоточить составы связок в областях кристаллизации оливиновых или ферритных твердых растворов соответствующих равновесных систем CaO-FeO-MgO-SiO₂.

Известен способ [3], по которому в агломерационную шихту перед смешиванием вводят предварительно гранулированную смесь, имеющую основность по отношению CaO/SiO ₂=2,5-7,0 ед. и содержащую Al₂О₃ и MgO в отношении 0,1-0,6 ед. и твердое топливо в количестве, обеспечивающем содержание углерода в смеси 0,5-10%. Смесь сначала измельчают до крупности меньше 1,0 мм, затем гранулируют. Измельчение осуществляют в дробилках ударного действия. Расход смеси составляет 30-100% от массы флюсов.

Недостатками данного способа являются:

1. Сложная схема технологических потоков шихты. К существующим схемам цепей аппаратов требуется добавить постоянно действующую технологическую линию подготовки совместно измельченной смеси, ее гранулирование в отдельном агрегате и подачу гранул без разрушения в барабан-окомкователь.

2. Регламентация состава смеси по большому количеству химических соединений, взятых в виде отношений CaO/SiO₂; Al₂О₃/SiO₂ и MgO/SiO₂ при определенном содержании углерода топлива, предъявляет жесткие требования по дозированию компонентов и их химическому составу. Например, железная руда обязательно должна содержать Al₂О₃ и MgO в определенном соотношении. Это может оказаться невыполнимым.

Наиболее близким по технической сущности достигаемому результату является способ производства высокоосновного агломерата, включающий смешивание железосодержащего материла, магнийсодержащего материала и известняка в соотношении (0,04-0,8%):(0,1-8,0):1, их увлажнение, измельчение до крупности 100% менее 0,1 мм, окомкование и спекание.

Окомкование и спекание осуществляют во вращающейся печи. При этом спекание ведут при 1320-1500°С в течение 15-25 мин.

Изобретение позволяет получить высокоосновный агломерат с соотношением (CaO+MgO)/SiO ₂>7, не разрушаемый в процессе длительного хранения [4] - 2175987, С. 22 В 1/216.

Однако данный способ имеет свои недостатки:

1. Необходимость обеспечить формирование фазовых составляющих прочного агломерата из разнородных материалов требует высокой степени их измельчения и затрат энергоресурсов.

2. Длительность взаимодействия компонентов шихты для формирования аглоспека и внешний нагрев шихты дымовыми газами во вращающейся печи требует довольно большого времени термообработки и производительность установки очень низкая.

3. Повышенная доля шлакообразующих компонентов при основности (CaO+MgO)/SiO₂>7 приводит к блокированию железорудных зерен от контакта с газом и низкой восстановимости в условиях доменной печи.

Технической задачей изобретения является повышение восстановимости агломерата, его прочности в исходном состоянии и при восстановлении при одновременном упрощении технологии и повышении производительности агломашин.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе, включающем смешивание железосодержащих материалов, оборотных продуктов металлургического производства и флюсов в шихту вводят твердое топливо, природнолегированный магнием железосодержащий концентрат обожженного сидероплезита в количестве 5-15% от массы всей шихты, смесь увлажняют, окомковывают, зажигают и спекают за счет тепла от горения твердого топлива в потоке просасываемого воздуха с образованием оливино-ферритных шлаковых связок.

Природнолегированный магнием железосодержащий концентрат обожженного сидероплезита используют после дробления до содержания фракции 0-10 мм не менее 90%.

Сущность способа заключается в следующем.

В природнолегированном магнием железосодержащем сидериоплезите соединений типа ферритов (MgO·FeO·SiO₂) образовались в ходе обжиг-магнитного обогащения сидероплезитовых руд, которые представляют из себя изоморфную смесь карбонатов Fe(FeCO₃) и Mg(MgCO₃). В условиях аглопроцесса, когда нагрев и высокотемпературная обработка материала длятся 3-5 мин, наличие готовых соединений, которые не требуют времени на твердофазные процессы, способствует их быстрому плавлению и формированию шлаковых связок равномерно распределенных по структуре агломерата. Такие агломераты, полученные при высокой производительности агломашин, прочны как в исходном состоянии, так и при восстановлении.

Улучшению физико-механических свойств агломератов способствует равномерное распределение заранее сформированных на стадии обжиг-магнитного обогащения ферритовых и оливиновых связок. Для равномерного распределения концентрата обожженного сидериоплезита размер его кусочков должен быть сопоставим с остальными компонентами шихты, для чего проводят измельчение до крупности 90% по кл. 10-0 мм.

Нижний предел содержания природнолегированного магнием концентрата обожженного сидерита (КОС), т.е. 5% обусловлен массовой долей MgO в нем на уровне 12-14%. При меньшем чем 5% количестве КОС в аглошихте количество ферритов магния и магниевых оливинов в агломерате оказывается недостаточным, для того чтобы обеспечить достаточную прочность агломерата в исходном состоянии и при восстановлении.

Содержание КОС, более 15% технически нецелесообразно, т.к. массовая доля оксида магния в агломерате с учетом вносимого другими железорудными компонентами превысит 3%. При доменной плавке такого агломерата содержание MgO в первичном шлаке превысит 15% и его вязкость при 1400°С будет более 20 пуаз. Это не позволит в средних горизонтах печей осуществлять нормальный сход шихты, приведет к ее зависанию и дальнейшим обрывам с выходом из строя оборудования печей.

При введении КОС крупностью 90% кл. 10-0 мм его гранулометрический состав соответствует среднему значению между богатыми концентратами, отходами металлургических производств и дробленой рудой. При этом около 50% материала имеют крупность в интервале 0,0-0,1 мм, такую же как у концентратов, а 40% - крупность 0,1-10 мм как рудные компоненты и металлургические отходы.

Переизмельчение материала с образованием кл. 0,0-0,1 мм более 50% приведет к снижению газопроницаемости слоя шихты и потери производительности агломашин. Недостаточный помол с увеличением доли кл. 0,1-10 мм более 40% вызовет затруднения при усвоении ферритов и оливинов основным расплавом с потерей однородности в структуре агломерата и его прочности.

Сравнительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показал, что способ производства железорудного агломерата отличается от известного по следующим существенным признакам:

- в качестве Mg-содержащего материала используется природнолегированный магнием железосодержащий концентрат обожженного сидероплезита Бакальского месторождения;

- спекание агломерата осуществляется за счет тепла от горения твердого топлива;

- агломерат содержит преимущественно оливино-ферритовые связки, сформированные до аглопроцесса при обжиг-магнитном получении природнолегированного магнием концентрата обожженного сидероплезита;

- природнолегированный магнием концентрат обожженного сидерита измельчен до крупности 10-0 мм с содержанием основной фракции не менее 90%.

Таким образом, заявляемый способ производства железорудных агломератов соответствует критерию "Новизна".

Анализ известных в технической и патентной литературе способов производства железорудных агломератов не выявил применение заявляемых отличительных признаков с целью получения прочного в исходном состоянии и при восстановлении агломерата, что свидетельствует о неочевидности заявляемого изобретения.

Способ осуществляют следующим образом. При подготовке материалов к спеканию формируют три штабеля, представляющих из себя:

- смесь концентратов мокрой магнитной сепарации с высоким содержанием железа Fe=63-65%;

- смесь руд или бедных концентратов сухой магнитной сепарации с содержанием железа 45-55%;

- смесь отходов металлургического производства (шлаки, шламы, пыли и др.).

Смеси из каждого штабеля подают в шихтовые бункера.

Магнезиальную добавку КОС, флюсы (известняк, известь и др.) и топливо подают непосредственно в предназначенные для них бункера шихтового отделения с целью точного регулирования основности агломерата по отношению СаО/SiO₂ и (CaO+MgO)/SiO ₂.

Концентраты ММС и отходы закладываются в штабель в собственной крупности после обогащения, а руды и КОС - дроблеными до 90% кл. 10-0 мм.

В составе твердого топлива должны преобладать частицы размером менее 3,0 мм, которые при окомковании концентрируются внутри гранул шихты, что обеспечивает протекание в их объеме реакций прямого восстановления. В случае преобладания в составе топлива частиц крупнее 3,0 мм их сгорание (газификация) происходит вне пределов гранул, что будет лимитировать процесс спекания с образованием ферритовых и оливиновых связок.

Смешанную в барабане шихту с возвратом крупностью 0-10 мм, образованную после грохочения спека окомковывают и укладывают на конвейерную агломашину с высотой слоя 200-400 мм, соответствующим типу тягодутьевых устройств. Твердое топливо шихты зажигают при прохождении конвейера под горном с газовыми горелками. Температура зажигания 1100-1150°С. После зажигания шихта спекается путем прососа воздуха через слой под воздействием вентилятора (эксгаустера), развивающего максимальное разрежение 600-1100 мм вод.ст.

Расход топлива в шихте регулируют по оптимальному содержанию закиси железа в готовом агломерате на уровне 12-14%, исключающем оплавление материала с затеканием расплава на колосниковую решетку и обеспечивающий развитие вюстито- и ферритообразование с упрочнением спека.

Скорость движения аглоленты регулируют по максимальной температуре в конце зоны спекания 120-150°С и контролируют по отсутствию заметных количеств остаточного углерода в агломерате.

Спек после схода с конвейера подвергают дроблению и грохочению с выделением некондиционного возврата крупностью 5-0 мм. Основную фракцию более 5 мм отправляют потребителю в доменный цех.

Расход природно-легированного магнием концентрата обожженного сидероплезита в заявляемых пределах 5-15% меняют в зависимости от состава доменной шихты, обеспечивающей оптимальный состав доменных шлаков по отношению MgO:Al₂O₃.

Примеры осуществления способа

Способ реализовывали на Лебяжинской аглофабрике Высокогорского ГОКа.

Основой штабеля концентратов был собственный концентрат мокрой магнитной сепарации обогатительной фабрики ВГОКа (Fe=62-65%).

Штабель руд был сформирован концентратом сухой магнитной сепарации богословской руды с примесью мартита ВГОКа.

Шлако-шламовый штабель представлял из себя смесь колошниковой пыли, шлаков доменного цеха НТМК с добавкой шламов аглофабрики и ЦУШ НТМК.

Химический состав компонентов аглошихты, используемых при испытаниях предлагаемого способа, представлены в таблице 1.

Для формирования штабелей концентрата, рудной и шлако-шламовой смеси материалы поступали на склад Лебяжинской аглофабрики железнодорожным транспортом и разгружались в приемные бункера склада вагоноопрокидывателем. Из приемных бункеров концентрат и отходы выдавались питателями на конвейер и закладывались в укладчик шихты. Руды сначала подавались в дробильно-сортировочное отделение, а затем на укладчик.

При перемещении укладчика шихтовый материал, ссыпающийся с консольных конвейеров, образует штабели с послойной укладкой. Материалы из штабелей забираются усреднительной машиной при помощи бороны, совершающей возвратно-поступательное движение поперек штабеля с одновременным перемещением усреднителя на штабель. В нижней части усреднителя ссыпающийся материал попадает на скребковый конвейер, а с него - на лопастный питатель, который закачивает концентрат, руду и шлако-шламовую смесь в бункеры аглофабрики. Известняк, коксик и КОС подавали в бункера аглофабрики непосредственно со склада, минуя усреднительные штабели.

Остальные операции смешивания, окомкования, зажигания, спекания шихты, обработки спека с выделением возврата не отличались от описанных в разделе "Осуществление способа".

При испытаниях заявляемого способа расход природно-легированного магнием КОС меняли в диапазоне 5-15% от массы всей шихты, а доля основного класса его крупности 10-0 мм была равна или больше заявляемой 90%.

Прочность готового агломерата определяли в стандартном барабане по ГОСТ 15137-77 с оценкой выхода кл. более 5 мм и истираемости - кл. менее 0,5 мм.

Таблица 1.
Химический состав основных компонентов аглошихты при проверке заявляемого способа
	Массовая доля элементов в компонентах аглошихты, %
Элементы	Смесь концентратов ММС	Рудная смесь	Шлако-шламовая смесь	Концентрат обожженного сидероплезита Бакальского РУ	Известняк	Зола коксика
Fe общ	62,6	52,4	50,0	48,5	-	-
FeO	24,0	15,0	11,5	5,0	-	-
Fe2O 3	62,8	58,2	58,6	63,7	-	-
СаО	1,9	5,6	6,0	3,7	53,3	5,2
SiO2	5,4	10,0	6,2	5,0	1,1	43,8
MgO	1,5	1,2	6,6	13,0	0,5	2,4
MnO	0,5	0,7	1,0	2,0	-	-
S общ	0,3	2,9	0,3	0,1	0,04	0,2
ППП	1,2	2,0	8,8	5,0	42,0	-
оксидов	97,9	95,6	99,0	97,5	96,9	-

Прочность агломерата после восстановления и степень восстановления при 800°С определяли в установке типа Линдера по ГОСТ 19576-76.

Вязкость доменных шлаков при плавлении агломератов рассчитывали по специальной программе для ПЭВМ, составленной на основе экспериментальных диаграмм вязкости в системе CaO-SiO₂-Al₂ O₃-MgO.

Показатели процесса спекания, качество агломератов и вязкость первичных доменных шлаков при их плавлении представлены в таблице 2.

Из нее следует, что добавка природно-легированного магнием КОС Бакальского РУ вместо рудной смеси позволяет при сохранении содержания железа в агломерате на уровне 55,1% поднять производительность аглоустановки с 1,25 т/м² час до 1,30-1,36 т/м² час (на 7%) за счет увеличения вертикальной скорости спекания.

Для агломашин ВГОКа с площадью спекания 75 м² (длина 25 м) производительность по заявляемому способу достигала 97,5-102,0 т/час. Производительности вращающейся печи, используемой в прототипе, при близкой длине и занимаемой площади не превышает 10 т/час.

Таблица 2.
Результаты промышленных испытаний заявляемого способа производства железорудного агломерата
№№	Показатели	Периоды с содержанием КОС (мас.%)
пп		0	5	10	10	15	20
1	2	3	4	5	6	7	8
1	Расход рудных и флюсовых шихтовых материалов, мас.%
	- смесь концентратов ММС	46,6	46,5	46,3	46,3	46,0	45,5
	- рудная смесь	33,7	30,8	28,0	23,2	23,2	18,9
	- шлако-шламовая смесь	10,4	8,7	7,8	8,3	8,3	8,3
	- известняк	9,3	9,0	7,9	7,9	7,5	7,3
2	Расход коксовой мелочи, кг/т. агл	40,0	40,0	40,0	40,0	40,0	40,0

Продолжение табл.2.
3	Показатели работы агломашины:
	- высота слоя, мм		250	250	260	255	260	250
	- скорость аглоленты, м/мин		2,2	2,3	2,4	2,6	2,5	2,6
	- вертикальная скорость спекания, мм/мин		17,6	18,0	18,8	19,3	19,0	19,0
	- разрежение в коллекторе, мм вод. ст		903	900	880	850	860	870
	- максимальная температура отходящих газов, °С		143	138	150	157	145	140
	температура шихты, °С		49	50	50	48	48	48
4	Удельная производительность агломашины, т/м2 час		1,25	1,30	1,34	1,40	1,35	1,36
5	Крупность помола	кл. 10-0 мм кл. более	-	90	90	85	91	92
	КОС, %	10 мм	-	10	10	15	9	8
6	Хим. состав агломерата, мас.%
	- Fe		55,1	55,0	55,1	55,1	55,1	55,1
	- FeO		13,6	13,3	13,1	13,1	12,8	12,5
	- CaO		8,9	8,6	8,5	8,5	8,2	8,0
	- SiO2		7,7	7,5	7,4	7,4	6,9	6,7
	- MgO		1,8	2,4	2,6	2,6	3,1	3,7
	- Al 2O3		2,5	2,5	2,4	2,4	2,5	2,5
	- S		0,060	0,050	0,048	0,048	0,046	0,045
	- CaO/SiO2		1,16	1,15	1,15	1,15	1,19	1,19

Продолжение табл.2.
7	Показатели прочности агломерата по ГОСТ 15137-77, мас.%
	- на удар по кл. более 5 мм	62,9	63,0	63,2	60,0	64,0	64,0
	- на истирание по кл. менее 0,5 мм	6,2	5,7	5,5	6,7	5,7	5,3
	- мелочь 5-0 мм	8,7	8,8	8,6	8,6	8,5	8,5
8	Показатели прочности агломерата после восстановления по ГОСТ 19576-76, мас.%
	- выход крупного кл. более 10 мм	12,0	14,5	15,0	14,0	20,0	23,0
	- истираемость кл. менее 0,5 мм	26,2	19,0	16,5	19,2	15,5	15,0
	- разрушаемость кл. 0,5-5,0 мм	35,0	31,2	28,7	34,0	25,0	27,0
9	Степень восстановления при 800°С по ГОСТ 19576-76, мас.%	52,8	53,0	54,0	54,0	57,0	43,0
10	Вязкость первичного доменного шлака при плавлении агломерата в доменной печи при 1400°С, пуаз	6,0	5,5	4,6	4,6	4,5	15,0

При меньшем чем 5% содержании КОС прочность агломерата как в исходом состоянии (гр.8, табл.2), так и после восстановления снижается, а вязкость первичных шлаков повышается (см. гр.10, табл.2).

Оптимальные металлургические свойства агломератов по прочности, истираемости и вязкости шлаков имеют место в диапазоне добавок КОС 5-15%. При добавке КОС до 20% вязкость шлаков при плавлении агломератов вырастает до 15 пуаз и это затруднит работу доменных печей.

Прочность агломератов, достаточная для их загрузки без разрушения в доменные печи, достигается при содержании кл. более 10 мм в КОСе - 10%. Повышение его до 15% резко снижает прочность агломерата и увеличивается истираемость как в исходном состоянии, так и при восстановлении (см. гр.7, 8, табл.2).

Таким образом, проведенные испытания заявляемого способа показали, что добавка природно-легированного магнием измельченного до крупности 90% кл. 10-0 мм КОС Бакальского РУ в интервале 5-15% к аглошихте ВГОКа позволяет существенно поднять производительность машин при получении прочного агломерата с низкой вязкостью, образующегося при его плавлении шлака. Повышение прочности агломерата, полученного по заявляемому способу с одновременным снижением вязкости шлака, обеспечит улучшение технико-экономических показателей его доменных плавок.

Литература

1. В.Е.Вегман, Жеребин и др. "Металлургия чугуна", М., Металлургия, 1989, с.76-122.

2. RU, П - 2048548, С 22 В 1/16, опубл. 20.11.1995.

3. А.С. 1611956, С 22 В 1/16, опубл. 07.12.1990.

4. RU, П - 2175987, С 22 В 1/216, опубл. 20.11.2001.