промывочный агломерат и способ его производства

Формула изобретения

1. Промывочный агломерат, отличающийся тем, что содержит монооксид железа, диоксид кремния, оксид магния, оксид алюминия, оксид кальция, оксид железа и силикаты железа при следующем соотношении оксидов, мас.%:

монооксид железа	28,0-60,0
диоксид кремния	23,0-30,0
оксид магния	0,5-9,0
оксид алюминия	1,7-6,0
оксид кальция	1,0-12,5
оксид железа	5,0-25,0

причем общее содержание железа в агломерате составляет 35,0-51,0%, а содержание силикатов железа 30,0-60,0%.

2. Способ производства промывочного агломерата, включающий смешивание и окомкование шихты, содержащей железо, кремний, магний, алюминий и кальций и состоящей из железосодержащего компонента, флюса и твердого топлива, загрузку шихты на спекательные тележки и спекание шихты, отличающийся тем, что в качестве флюса используют кремнеземсодержащий материал, количество твердого топлива в шихте составляет 6,5-10,0%, при этом количество и состав компонентов шихты выбирают из условия получения агломерата состава по п.1.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве железосодержащего компонента используют смесь мартитовой руды и отсева агломерата в соотношении 1/(0,5-1,0).

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве железосодержащего компонента используют шлам доменного и сталеплавильного производства.

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве железосодержащего компонента используют прокатную окалину.

6. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве кремнеземсодержащего материала используют кварцит.

7. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве кремнеземсодержащего материала используют хвосты обогащения железной руды.

8. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве кремнеземсодержащего материала используют шлаки шахтных печей никелевой плавки.

9. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве кремнеземсодержащего материала используют шлаки шахтных печей медной плавки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при производстве железорудного агломерата и чугуна в доменных печах.

Известен высокоосновный агломерат [1], содержащий оксиды кальция, магния, алюминия, кремния, железа и марганца, при этом содержание оксидов элементов, имеющих сродство к кислороду больше, чем у кремния, относится к содержанию оксида кремния и оксидов элементов, имеющих сродство к кислороду меньше, чем у кремния, по зависимости

при этом высокоосновный агломерат содержит серу в виде сульфидов металлов и ее содержание в агломерате составляет 0,04-0,20 мас.%. Содержание оксидов в агломерате составляет, мас.%: SiO₂ 3-6; CaO 10-30; MgO 2,0-6,5; Al₂ O₃ 0,5-1,5; MnO 1-4; FeO 12-18; Fe₂O ₃ 45-55. Вследствие необходимых значений отношения оксидов с различным сродством к кислороду и содержания серы в агломерате обеспечивается технологически необходимая основность агломерата и его прочность, позволяющая достигать высоких эксплуатационных характеристик в доменном и конвертерном переделах.

Недостатком высокоосновного агломерата является низкая эффективность при использовании в качестве промывочного агломерата.

Промывочный эффект в доменной печи достигается при плавке трудновосстановимого материала, имеющего низкую температуру плавления, способного ассимилировать тугоплавкие высокоосновные шлаки и активно разрушать коксовый мусор. Для этих целей больше всего подходит материал, основная масса которого состоит из минералов на основе силикатов железа. В высокоосновном агломерате кремнезем связан в термически прочные силикаты кальция, температура плавления которых превышает 1900°С.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ производства высокозакисного агломерата [2], включающий ввод в аглошихту железорудных материалов с содержанием FeO более 10% при крупности одного из них менее 3 мм. С целью повышения прочности высокозакисного агломерата с содержанием FeO более 35% шихту, содержащую 60-90% прокатной окалины и концентрата, загружают на агломашину в два слоя и спекают с прососом воздуха. Содержание окалины в шихте составляет 25-35%, а в верхнем слое, составляющем одну треть общей высоты слоев, - 0,8-1,0 общего его количества. Агломерат используется для промывки доменных печей.

В известном способе содержание SiO₂ в агломерате составляет 9,8% соответственно при условии полного усвоения оксида кремния в силикат, количество силикатов железа не превысит 28%. Таким образом, недостатком известного способа при его использовании в качестве промывочного материала являются низкие промывочные свойства, обусловленные низким содержанием кремнезема.

Задачей изобретения является создание агломерата с высокими промывочными характеристиками при его использовании в доменной плавке.

Технический результат достигается тем, что промывочный агломерат содержит монооксид железа (FeO), диоксид кремния (SiO₂), оксид магния (MgO), оксид алюминия (Al₂O₃), оксид кальция (СаО), оксид железа (Fe₂O₃) и силикаты железа при следующем соотношении оксидов, мас.%: 28,0-60,0 FeO, 23,0-30,0 SiO₂, 0,5-9,0 MgO, 1,7-6,0 Al₂ O₃, 1,0-12,5 СаО, 5,0-25,0 Fe₂O₃ , причем общее содержание железа в агломерате составляет 35,0-51,0%, а содержание силикатов железа - 30,0-60,0%.

Пределы содержания железа в промывочном агломерате обусловлены требуемым минеральным составом, обеспечивающим максимальный промывочный эффект в доменной плавке. При содержании железа в агломерате менее 35% возможно образование тугоплавких масс шлака, оседающих на коксовой насадке и ухудшающих дренаж продуктов плавки в горне. При содержании железа более 51% количество силикатов железа превышает 70%, что приводит к снижению газопроницаемости агломерата, снижению производительности аглоленты.

Пределы содержания FeO в промывочном агломерате обусловлены требуемым количеством силикатов железа, обеспечивающим максимальный промывочный эффект в доменной плавке. При содержании FeO в агломерате менее 28% количество силикатов железа менее 30% и не обеспечивает необходимого промывочного эффекта. При содержании FeO более 60% количество силикатов железа превышает 70%, что приводит к снижению газопроницаемости агломерата, снижению производительности аглоленты.

Пределы содержания диоксида кремния в промывочном агломерате обусловлены требуемым количеством силикатов железа, обеспечивающим максимальный промывочный эффект в доменной плавке. При содержании SiO₂ в агломерате менее 23% количество силикатов железа менее 30% и не обеспечивает необходимого промывочного эффекта. При содержании SiO₂ более 30% возможно образование тугоплавких масс шлака, оседающих на коксовой насадке и ухудшающих дренаж продуктов плавки в горне.

Пределы содержания оксида магния в промывочном агломерате обусловлены химическим составом компонентов шихты и требуемым количеством и составом силикатов железа, обеспечивающим максимальный промывочный эффект в доменной плавке. Нижний предел содержания MgO в агломерате, т.е. 0,5%, обусловлен минимально возможным содержанием магнезии в компонентах агломерационной шихты. При содержании MgO более 9,0% возможно образование тугоплавких масс шлака, оседающих на коксовой насадке и ухудшающих дренаж продуктов плавки в горне.

Пределы содержания оксида алюминия в промывочном агломерате обусловлены химическим составом компонентов шихты и содержанием в агломерате тугоплавких соединений. Нижний предел содержания Al₂O₃ в агломерате, т.е. 1,7%, обусловлен минимально возможным содержанием глинозема в компонентах агломерационной шихты. При содержании Al₂O₃ более 6,0% возможно образование тугоплавких масс шлака, оседающих на коксовой насадке и ухудшающих дренаж продуктов плавки в горне.

Пределы содержания оксида кальция в промывочном агломерате обусловлены химическим составом компонентов шихты и требуемым количеством и составом силикатов железа, обеспечивающим максимальный промывочный эффект в доменной плавке. Нижний предел содержания СаО в агломерате, т.е. 1,0%, обусловлен минимально возможным содержанием извести в компонентах агломерационной шихты. При содержании СаО более 12,5% возможно образование тугоплавких масс шлака, оседающих на коксовой насадке и ухудшающих дренаж продуктов плавки в горне.

Пределы содержания Fe₂ O₃ в промывочном агломерате обусловлены требуемым количеством силикатов железа, обеспечивающим максимальный промывочный эффект в доменной плавке. При спекании агломерата очень трудно достичь содержания Fe₂O₃ в агломерате менее 5,0%, при этом возрастает расход твердого топлива. При содержании Fe₂O₃ более 25% уменьшается количество силикатов железа, определяющее промывочные свойства агломерата.

Заявленный состав компонентов и их количественное содержание гарантирует формирование минеральной основы агломерата с необходимым для достижения задачи изобретения содержанием силикатов железа - 30-60%.

При содержании силикатов железа менее 30% промывочные характеристики агломерата резко снижаются. При содержании силикатов железа более 60% количество расплава при агломерации превышает максимально допустимый уровень, что приводит к снижению газопроницаемости агломерата и соответственно снижению производительности аглоленты.

Известен способ производства высокозакисного агломерата [3]. В качестве железосодержащих компонентов шихты используют концентрат с содержанием Fe_oбщ 63% и окалину в соотношении 1/(1-3). Агломерат имеет основность (СаО+МgО)/(SiO₂+Al₂O₃) 0,8 при отношении MgO/СаО=0,3-0,5. Шихту загружают двумя слоями, причем 25-35% загружают в нижний слой с содержанием в нем топлива 2,3-2,5% при общем содержании топлива в шихте 3,8-4,7%. При реализации этого способа получается агломерат с содержанием FeO более 20%.

Недостатком способа производства высокозакисного агломерата является низкая эффективность в качестве промывочного агломерата. Промывочный эффект в доменной печи достигается при плавке материала, основная масса которого состоит из минералов на основе силикатов железа. В известном способе количество силикатов железа в высокозакисном агломерате при содержании Fe_oбщ 63 % не превышает 15% из-за низкого содержания кремнезема.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ производства промывочного агломерата [4]. Промывочный агломерат с общим содержанием железа более 60% и FeO не менее 20% производят из железорудного концентрата с содержанием железа более 63% и аглоруды, а в качестве флюсов применяют доломитизированный известняк, известняк и (или) известь в количестве, обеспечивающем отношение MgO/CaO 0,2 при основности CaO/SiO₂ 0,7. Шихту загружают двумя слоями, причем 25-30% от общего количества шихты загружают в нижний слой с массовой долей топлива 2,0-2,7%, а доля топлива в шихте верхнего слоя составляет 5,8-6,4%.

В известном способе при содержании общего железа более 60% и FeO не менее 20% количество силикатов железа в промывочном агломерате 18% из-за низкого содержания кремнезема. Недостатком известного технического решения являются низкие промывочные свойства агломерата при его использовании в доменной плавке.

Задачей изобретения является получение агломерата состава по п.1 с содержанием общего железа 35-51% и силикатов железа в минеральном составе 30-60% с высокими характеристиками промывочных свойств при его использовании в доменной плавке.

Технический результат достигается тем, что способ производства промывочного агломерата включает смешивание и окомкование шихты, содержащей железо, кремний, магний, алюминий и кальций и состоящей из железосодержащего компонента, флюса и твердого топлива, загрузку шихты на спекательные тележки и спекание шихты и отличается тем, что в качестве флюса используют кремнеземсодержащий материал, количество твердого топлива в шихте составляет 6,5-10,0%, при этом количество и состав компонентов шихты выбирают из условия получения агломерата состава по п.1.

Способ производства промывочного агломерата отличается от прототипа тем, что в качестве флюса используются кремнеземсодержащие материалы в виде кварцита; хвостов обогащения железной руды; шлаков шахтной никелевой или медной плавки. Количество твердого топлива в шихте составляет 6,5-10,0%. В качестве железосодержащего компонента используют смесь мартитовой руды и отсев агломерата в соотношении 1/(0,5-1,0); шлам доменного и сталеплавильного производств; прокатную окалину. В качестве кремнеземсодержащего материала используют кварцит; хвосты обогащения железной руды; шлак шахтной никелевой или медной плавки.

При производстве промывочного агломерата введение в шихту железосодержащих, флюсовых компонентов и твердого топлива обусловлено задачей получения агломерата заданного минерального состава. Использование в качестве флюса кремнеземсодержащего материала обеспечивает образование необходимого количества силикатов железа.

Пределы количества твердого топлива в шихте обусловлены задачей получения силикатов железа за счет создания повышенного восстановительного потенциала в процессе спекания агломерата. Нижний предел количества твердого топлива в шихте обусловлен составом железосодержащих компонентов и при высоком содержании в нем монооксида железа составит 6,5%. При меньшем, чем 6,5%, количестве твердого топлива в шихте при спекании агломерата развиваются окислительные процессы, что приводит к увеличению содержания Fe₂O₃ в агломерате и к уменьшению количества силикатов железа. Верхний предел количества твердого топлива в шихте также обусловлен составом железосодержащих компонентов и при высоком содержании в нем Fe ₂O₃ составит 10,0%. При большем количестве твердого топлива в шихте при спекании агломерата образуется чрезмерно большое количество расплава, что приводит к заплавлению колосниковой решетки и снижению производительности аглоленты.

Введение в шихту в качестве железосодержащего компонента смеси мартитовой руды и отсева агломерата в соотношении 1/(0,5-1,0) обеспечивает необходимый минеральный состав агломерата. При отношении в смеси мартитовой руды и отсева агломерата больше, чем 1/0,5, снижается удельная производительность агломерационного процесса. При отношении в смеси мартитовой руды и отсева агломерата меньше, чем 1/1, снижается количество силикатов железа в агломерате и ухудшаются промывочные свойства.

Использование кремнеземсодержащего материала в виде кварцита; хвостов обогащения железной руды; шлака шахтных печей никелевой или медной плавки также обеспечивает образование необходимого количества силикатов железа. Минеральный состав этих материалов наиболее полно отвечает задаче получения максимального количества силикатов железа в промывочном агломерате.

Соотношения компонентов шихты при производстве промывочного агломерата определяются экспериментально с учетом количества силикатов железа и оценки его промывочных свойств.

Пример конкретного выполнения. Производство и испытание промывочного агломерата проводили в лабораторных условиях. Агломераты спекали в чаше диаметром 420 мм. Агломерационная шихта состояла из мартитовой руды, железорудного концентрата, флюсов, коксовой мелочи (твердое топливо). Содержание оксидов в компонентах шихты приведено в табл.1. Во всех опытах количество возврата составляло 30% 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 тарельчатом окомкователе в течение 6 минут. 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 разрежение в коллекторе. Окончание процесса спекания шихты определяли по максимальной температуре отходящих газов.

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 и определяли минералогический и химический состав, в том числе содержание силикатов железа. Основными показателями, определяющим промывочные свойства агломерата, относятся восстановимость и фильтруемость продуктов плавки через коксовую насадку. Чем ниже восстановимость агломерата и больше фильтруемость его продуктов плавки через коксовую насадку, тем выше промывочные свойства агломерата. Восстановимость и фильтруемость продуктов плавки определяли по специально разработанной методике. Для сравнения показателей были проведены испытания способа по прототипу. Результаты испытаний представлены в табл.2-4. Количество силикатов железа в промывочном агломерате определяется расчетным методом и корректируется с учетом количества шлака, профильтровавшегося через коксовую насадку.

Анализ полученных результатов показывает, что использование заявляемого промывочного агломерата и способа его производства обеспечивает получение железосиликатного минерального состава агломерата, снижает его восстановимость и повышает за счет этого промывочные свойства по сравнению с прототипом с 75,2 до 89,5-94,9%.

Заявляемое техническое решение может быть реализовано в промышленности, а технический результат вытекает из совокупности существенных признаков изобретения, что свидетельствует о соответствии критерию «Промышленная применимость».

Источники информации

1. Пат. РФ № 2146296, заявл. 06.07.1999, опубл. 10.03.2000, МПК С22В 1/16.

2. А.с. SU 1574656, опубл. 30.06.90, БИ № 24, С22В 1/16.

3. Пат. РФ № 2157854, заявл. 24.11.1998, опубл. 20.10.2000, МПК С22В 1/16.

4. Пат. РФ № 2158316, заявл. 31.12.1999, опубл. 27.10.2000, МПК С22В 1/16.