способ производства офлюсованного агломерата из руд и тонкоизмельченных концентратов

Формула изобретения

Способ производства офлюсованного агломерата из руд и тонкоизмельченных концентратов, включающий дозирование компонентов агломерационной шихты, их смешивание, окомкование и подогрев, а также спекание гранулированной шихты, отличающийся тем, что в шихте обеспечивают значение модуля микроструктуры (Fe_общ·CaO)/(Fe ⁺²·SiO₂) в пределах 7-16, при этом осуществляют увлажнение агломерационной шихты последовательно в три стадии: при ее смешивании в смесителе - первая стадия, в первой трети длины окомкователя от места загрузки шихты - вторая стадия и во второй трети длины окомкователя - третья стадия, причем переокомкованную часть шихты разрушают механическими средствами или при обработке всей шихты на участке окомкователя в водопадном режиме ее движения, а подогрев окомкованной шихты производят до температуры, меньшей температуры точки росы на 10-15°.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при подготовке сырья к доменной плавке.

Известен способ подготовки тонкоизмельченной агломерационной шихты к спеканию [1], в котором качество агломерата повышают путем управления прочностными свойствами зародышей и ростом гранул в одном окомковательном агрегате, при этом в зоне увлажнения ссыпающийся слой в количестве 5-17% веса шихты пропитывают до влажности 14-18% за время разового ссыпания в поперечном сечении барабана-окомкователя.

Недостатком этого способа является значительное переокомкование шихты при увеличении ее влажности до 14-18%, в результате образуются непрочные гранулы размером более 10-20 мм, которые при спекании не усваиваются, снижая прочность спека и агломерата в исходном состоянии и при восстановлении.

Известен также способ производства агломерата [2], где процесс спекания осуществляют, задавая отношение Fe_общ /FeO в годном агломерате в зависимости от высоты слоя шихты в соответствии с формулой

(Fe_общ/FeO)=(Fe _общ/FeO)_H=300+(0,007-0,015) Н,

где Н - превышение высоты слоя шихты над 300 мм. Использование этого способа позволяет снизить удельный расход топлива на 15-18 отн.% и увеличить восстановимость агломерата на 13,9-28,9% без ухудшения его механической прочности.

Недостатком является невозможность применения этого способа для производства агломератов из тонкоизмельченных концентратов, основностью CaO/SiO ₂ более 1,4 и отношением SiO₂/MgO менее 5.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ производства магнезиального агломерата [3], включающий введение твердого топлива в шихту из железорудных компонентов с содержанием 57-67% железа и 16,7-6,0% оксида кремния, магнезиальных добавок и флюса, последующее смешивание, окомкование и спекание агломерата с отношением оксида кремния к оксиду магния в нем равным 4,6-8,9; количество вводимого твердого топлива изменяют в зависимости от изменения соотношения (SiO₂ /MgO)/FeO в агломерате, при этом величину этого соотношения уменьшают на 0,035-0,06 ед., начиная с 0,63-1,30 при уменьшении отношения на каждую абсолютную единицу. Применение этого способа повышает восстановимость агломерата на 5,6-9,0% и его прочность при восстановлении на 0,2-2,5% (выход фракции+5 мм).

Недостатками способа являются: невозможность применения этого способа для производства агломератов с отношением SiO₂/MgO менее 5. При сохранении отношения SiO₂/MgO на одном уровне (менее 5 ед.) уменьшение соотношения (SiO ₂/MgO)/FeO в агломерате приведет к увеличению содержания FeO и, следовательно, к повышению расхода твердого топлива, что увеличит экологически вредные выбросы в атмосферу. Кроме того, рост содержания в агломерате FeO приведет к снижению его восстановимости.

Задачей изобретения является снижение экологически вредных выбросов в атмосферу, уменьшение топливно-энергетических затрат при производстве агломерата и повышение комплекса его металлургических свойств, обеспечивающих снижение расхода кокса при плавке агломерата в доменной печи.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе, включающем дозирование компонентов агломерационной шихты, их смешивание, подогрев и окомкование, а также спекание гранулированной шихты, согласно изобретению в шихте обеспечивают значение модуля микроструктуры (Fe_общ·CaO)/(Fe ⁺²·SiO₂) в пределах 7-16; увлажнение шихты осуществляют последовательно в три стадии: при ее смешивании в смесителе - первая стадия, в первой трети длины окомкователя от места загрузки шихты - вторая стадия и во второй трети длины окомкователя - третья стадия, при этом переокомкованную часть шихты разрушают механическими средствами или при обработке всей шихты на участке окомкователя в водопадном режиме ее движения, а подогрев окомкованной шихты производят до температуры, меньшей температуры точки росы на 10-15 градусов.

Модуль микроструктуры Fe_общ·СаО/Fe⁺² ·SiO₂ связан с показателем восстановимости агломерата. Пределы значения модуля микроструктуры ограничены комплексом металлургических свойств агломерата. При снижении значения модуля микроструктуры ниже 7 ед. повышается прочность агломерата в исходном состоянии и при восстановлении, но существенно снижается восстановимость, а также возрастает расход твердого топлива и экологически вредные выбросы при спекании агломерата. При увеличении значения модуля микроструктуры выше 16 ед. резко уменьшается прочность агломерата в исходном состоянии и при восстановлении.

Трехстадийное увлажнение обеспечивает полное усвоение воды шихтой, высокую прочность гранул окомкованной шихты и получение агломерата с повышенными металлургическими свойствами. Первая стадия увлажнения при смешивании обеспечивает смачивание крупных компонентов шихты (возврат, аглоруда) и образование зародышей в необходимом количестве. Вторая стадия увлажнения в первой трети длины окомкователя позволяет сформировать гранулы шихты необходимого размера. Третья стадия увлажнения обеспечивает необходимую прочность гранул окомкованной шихты. Высокая прочность гранул окомкованной шихты обеспечивает снижение расхода твердого топлива и уменьшение экологически вредных выбросов.

При окомковании шихты в результате повышенной влажности и неравномерного распределения воды возникает явление переокомкования с появлением крупных и непрочных окатышей. При спекании переокомкованной шихты снижаются металлургические свойства агломерата. Для устранения этого явления предназначена стадия разрушения крупных окатышей. Разрушение переокомкованной части шихты и третья стадия увлажнения осуществляются последовательно во второй трети длины окомкователя. Окатыши разрушают механическими средствами или при обработке всей шихты в водопадном режиме ее движения. При использовании в схеме шихтоподготовки вращающихся цилиндрических смесителей 2,8×8 или 3,2×12,5 м для разрушения комков, если они образуются, применяют, например, механические калибраторы или устанавливают по образующей смесителя самоочищающиеся лопатки, которые крепятся к продольным уголкам, удерживающим на внутренней поверхности барабана футеровочное покрытие, и формируют в этом сечении смесителя водопадный режим движения шихты.

Регламентирование температуры подогрева шихты обеспечивает высокую прочность гранул окомкованной шихты. При подогреве последней до температуры точки росы и выше прочность гранул окомкованной шихты резко (провально) снижается в результате пропорционального уменьшения коэффициента поверхностного натяжения воды, что приводит к уменьшению металлургических свойств агломерата и повышению расхода твердого топлива. При температуре подогрева шихты менее чем температура точки росы минус 10-15 градусов гранулы окомкованной шихты также разрушаются, но уже при спекании шихты, что приводит к соответствующему снижению металлургических свойств спека и агломерата.

Сравнительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показал, что способ производства офлюсованного агломерата из руд и тонкоизмельченных концентратов отличается от известного тем, что в шихте обеспечивают значение модуля микроструктуры Fe_общ·СаО/Fe⁺² ·SiO₂ в пределах 7-16; увлажнение шихты осуществляют последовательно при ее смешивании в смесителе - первая стадия, в первой трети длины окомкователя - вторая стадия и во второй трети длины окомкователя - третья стадия, при этом переокомкованную часть шихты разрушают механическими средствами или при обработке всей шихты на участке окомкователя в водопадном режиме ее движения, а подогрев окомкованной шихты производят до температуры, меньшей температуры точки росы на 10-15 градусов. Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом заключается в обеспечении в шихте конкретного модуля микроструктуры, разделении процесса увлажнения шихты на три стадии, регламентировании температуры нагрева шихты, а также разрушении переокомкованной ее части.

Анализ известных в технической и патентной литературе способов не выявил их использование с целью снижения экологически вредных выбросов в атмосферу, уменьшения топливно-энергетических затрат при производстве агломерата и повышения комплекса его металлургических свойств, обеспечивающих снижение расхода кокса при проплавке агломерата в доменной печи.

Таким образом, заявляемый способ соответствует условиям патентоспособности - новизне, изобретательскому уровню, промышленной применимости.

Пример конкретного выполнения. Для испытания заявляемого способа проводили лабораторные спекания шихты в чаше диаметром 420 мм. Агломерационная шихта состояла из руды и тонкоизмельченных концентратов, известняка, коксовой мелочи (твердое топливо). Составы компонентов приведены в таблице 1. Во всех опытах количество возврата составляло 40% от массы шихты. Шихту для получения опытных агломератов готовили следующим образом. После набора навесок компонентов шихты их смешивали в течение 3 минут в барабанном смесителе. При смешивании в шихту вводили воду. Окомкование проводили в барабанном окомкователе в течение 6 минут. Воду подавали в течение первой и второй трети процесса окомкования. Переокомкованную часть шихты разрушали механическими средствами. Подготовленную таким образом шихту перед загрузкой в агломерационную чашу нагревали до температуры 55-60°С в специальном электронагревателе путем пропускания через слой электрического тока. Масса шихты для одного спекания составляла 75 кг. Зажигание шихты производили стружкой (смоченной керосином) и влажной коксовой мелочью. Спекание шихты производили при начальном вакууме 600 мм вод.ст. В процессе спекания фиксировали время, температуру отходящих газов и разряжение в коллекторе. Окончание процесса спекания шихты определяли по максимальной температуре отходящих газов. Кроме того, определяли вертикальную скорость спекания и удельную производительность.

После окончания процесса спекания спек охлаждали, дробили в щековой дробилке и рассевали на ситах с размером ячейки 40, 25, 15, 10 и 5 мм. Количество фракции более 5 мм отождествляли с выходом годного. От массы годного агломерата отбирали представительную пробу (15 кг), фракцию более 40 мм додрабливали. Пробу агломерата испытывали на прочность в стандартном барабане (ГОСТ 15137-77). К важнейшим показателям, определяющим металлургические свойства агломерата, относятся также восстановимость и прочность при восстановлении. Восстановимость оценивали по ГОСТ 17212-84. Прочность при восстановлении определяли по методу RDI (ГОСТ 27446-87). Для сравнения показателей были проведены испытания способа по прототипу.

По результатам оценки металлургических свойств рассчитывали прогнозируемое изменение расхода кокса в доменной плавке, при этом считали, что расход кокса снижается на 0,3% при уменьшении количества мелочи в агломерате (повышение прочности в исходном состоянии) на 1%, на 1% при увеличении восстановимости на 1% и на 0,5% при повышении показателя RDI+3,15 на 1%. В расчетах принят базовый расход кокса 450 кг/т чугуна. Известно, что снижение расхода горючего углерода на каждые 10 кг/т агломерата сокращает выбросы NO_x на 0,1 кг/т агломерата, а выбросы СО в атмосферу сокращаются на 5 кг/т агломерата. В соответствии с этим определен экологический эффект от использования способа по сравнению с прототипом. Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Анализ полученных результатов показывает, что использование заявляемого способа производства офлюсованного агломерата из руд и тонкоизмельченных концентратов способствует снижению экологически вредных выбросов оксидов азота и углерода соответственно на 0,076-0,175 и на 3,8-8,75 кг/т агломерата, при этом повышаются металлургические свойства агломерата, за счет чего при его проплавке в доменной печи расход кокса может быть снижен на 11,8-61,2 кг/т чугуна.

Таблица 1. Химический состав (мас.%) шихтовых материалов
Элементы, оксиды	Концентраты			Руда	Известняк	Зола кокса
	1	2	3
SiO2	7,58	0,70	7,10	10,8	1,65	56,1
FeO	27,4	24,0	28,6	18,8	-	-
Feобщ	65,8	64,08	66,2	29,0	-	-
Fe2О 3	63,6	65,0	62,9	10,2	0,5	6,6
Al 2О3	0,22	1,82	0,15	2,34	0,5	23,6
СаО	0,48	0,37	0,28	33,3	53,2	3,30
MgO	0,47	5,65	0,43	8,5	0,5	2,15
S	0,093	0,28	0,057	0,118	0,05	-
MnO	0,15	0,57	0,04	2,56	-	-
Р	0,004	0,055	0,017	0,22	-	0,2
TiO2	0,045	1,049	0,029	0,87	-	1,36
ZnO	0,002	0,040	0,001	0,008	-	0,016
Na2O	0,033	0,032	0,032	0,037	-	0,99
К2O	0,033	0,035	0,055	0,055	-	1,67
п.п.п.	0,27	0,73	0,46	4,49	43,49	-

Источники информации

1. Авт. свид. СССР, №907076, заявл. 07.12.79, опубл. в БИ, 1982, №7, МКИ С22В 1/24.

2. Авт. свид. СССР, №1452855, заявл. 23.03.87, опубл. в БИ, 1989, №3, МКИ С22В 1/16.

3. Авт. свид. СССР, №1235952, заявл. 24.07.84, опубл. в БИ, 1986, №21, МКИ С22В 1/16.