Способ изготовления агломерата из окисленных руд и концентратов
PROCEDURE FOR PRODUCTION OF AGGLOMERATE OUT OF OXIDARED ORES AND CONCENTRATES

Изобретение может быть использовано в области подготовки металлургического сырья в черной металлургии, в производстве офлюсованного агломерата с использованием руд, содержащих не менее 50% (по массе) железа и оксида железа (FeO) не более 10% (по массе), для дальнейшей плавки в доменной печи.
Известно, что спекание агломератов из руд, содержащих значительно окисленные железные руды с содержанием железа не менее 50% и содержанием оксида железа (FeO) не более 10%, сопровождается увеличением теплоэнергетических затрат на спекание и снижением производительности (Вегман Е.Ф. «Окускование руд и концентратов», М., «Металлургия», 1974, 223 с). Из этого источника следует, что для получения офлюсованного агломерата приемлемого качества из шихты, содержащей значительное количество гематитовой руды (с содержанием FeO не более 5%), необходим повышенный (по сравнению с шихтами на основе магнетитовых руд и концентратов) расход топлива. Это, в свою очередь, приводит к снижению производительности агломерационной установки.
2
3
2
x
y
х
2
3
у
2
2
3
x
2
3
y
2
2
3
2
2
3
2
Также известно, что использование в качестве добавки в шихту тонкоизмельченной смеси богатой гематитовой руды и добавки, содержащей СаО (известняка, извести) в долях, соответствующих их доле в соединении СаО⋅FеО, позволяет повысить холодную прочность агломерата и повысить удельную производительность агломерационной установки (Коротич В.И. и др. «Теоретические основы технологий окускования металлургического сырья. Агломерация», Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005, с. 417). Из этого источника следует, что спекание офлюсованного агломерата в процессе нагрева шихты сопровождается твердофазными реакциями, результатами которых, в основном, являются образованные соединения вида (SiO)⋅(FeO) и (СаО)⋅(FеO). Данные соединения отличаются низкой по сравнению с оксидами SiO, СаО, FеО температурой плавления, поэтому дают первые порции расплава при агломерации. При этом большей скоростью обладает реакция с образованием ферритов кальция (CaO)⋅(FeO). Кроме того, количество образованных продуктов реакции является функцией площади контактирующих поверхностей, а твердофазные реакции между SiO и FеО, между СаО и FeO, SiO и СаО идут с пренебрежимо малой скоростью и образуют соединения с температурой плавления значительно выше. Разделение в пространстве твердофазных реакций между FеО, СаО, FeO, SiO позволит интенсифицировать их ход, тем самым снижая температуру плавления агломерационной шихты. Это, в свою очередь, повысит производительность агломерационной машины, снизит количество тепла, необходимого для получения агломерата, и улучшит механическую прочность агломерата.
Обычно используемая схема агломерации, включающая в себя смешивание, окомкование шихты и ее спекание на агломерационной машине, не позволяет разделить в пространстве твердофазные реакции образования ферритов кальция, силикатов железа и силикатов кальция. Спекание агломерата с использованием в шихте окисленных руд, содержащих не менее 50% железа и не более 10% оксида железа (FeO), приводит к росту температуры плавления шихты. На практике производства рост температуры плавления шихты сопровождается увеличением теплоэнергетических затрат (расходом топлива), а увеличение расхода топлива ведет к увеличению газодинамического сопротивления слоя и снижению производительности агломерационной установки.
2
3
Таким образом, обычно используемая схема агломерации железных руд не позволяет разделить в пространстве реакции твердофазного образования ферритов кальция и силикатов железа, что приводит к увеличению затрат топлива на агломерацию шихт с высоким содержанием FеО и низким содержанием FeO.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления агломерата из железорудных материалов для плавки в доменной печи, включающий получение микроокатышей из возврата и флюсующей добавки с содержанием в них оксида кальция (СаО) от 4 до 15%, смешивание их с остальной частью шихты и спекание полученной шихты (заявка JP №63-49727, МКИ 4 С22В 1/16, опубликована 05.10.88). Согласно информации, изложенной в данной заявке, агломерат, полученный таким способом, отличается одновременно высокой восстановимостью и холодной прочностью, что составляло технологическую сложность прежних методов. В результате повышается удельная производительность доменной печи и снижается удельный расход топлива.
2
2
3
Недостаток описанного выше технического решения в использовании в качестве компонента микроокатышей возврата, что увеличивает долю возврата в шихте, а значит и снижает удельную производительность агломерационной установки. Кроме того, способ не содержит обоснования соотношения оксида кальция (СаО) в микроокатышах к содержащимся в них SiO, FеО, и FeO.
Техническая задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, - это снижение температуры плавления шихты и, соответственно, уменьшение расхода топлива при спекании.
2
2
3
Для решения данной задачи необходимо определение оптимального соотношения оксида кальция (СаО) и SiO, FeO, и FeO в микроокатышах, способа формирования структуры слоя агломерационной шихты, укладываемой на паллеты таким образом, чтобы имело место чередование в процессе агломерации микрообъемов шихты различного химического состава и физико-химических свойств, способа увеличения центров грануляции агломерационной шихты за счет введения микроокатышей.
2
Указанный технический результат достигают за счет того, что часть шихты, состоящую из железорудного материала, содержащего не менее 50% железа и не более 10% оксида железа (FeO), смешивают с известью в соотношении, соответствующем основности (СаО/SiO), не менее требуемой заказчиком основности агломерата, но и не более 3 единиц. Возможно осуществление совместного измельчения, имеющего целью активацию поверхности зерен исходных материалов. Полученную смесь окомковывают в барабанном или тарельчатом грануляторе с получением микроокатышей, средний диаметр которых не менее 1,6 мм и не более 5 мм (для сохранения газодинамических свойств агломерируемого слоя). Ограничение верхнего предела крупности микроокатышей обусловлено увеличением теплоэнегетических затрат и снижением качества агломерата при использовании шихты с диаметром больше 5 мм. Микроокатыши подают в поток предварительно смешанных кокса, возврата, других компонентов шихты и остальной части руды. Полученную смесь из микроокатышей и остальной части шихты окомковывают и подают на паллеты агломерационной машины, где происходит спекание агломерата.
Описанный способ позволяет получить аглошихту, а затем и агломерат, состоящий из микрообъемов с различным химическим составом, что ведет к интенсификации реакций образования ферритов кальция и силикатов железа в твердой фазе, приводящих к снижению температуры плавления агломерационной шихты, к снижению затрат топлива на спекание и увеличению производительности агломерационной машины. Получаемый в результате применения данного способа агломерат обладает большей холодной прочностью, чем агломерат, получаемый при спекании по обычной технологии. Совместный помол и окомкование руды и извести ведет к образованию гранул с высокой прочностью, введение которых позволит получить гранулированную шихту с высокой газопроницаемостью слоя.
2
2
2
Предлагаемый способ основан прежде всего на использовании железорудной составляющей микроокатышей с содержанием железа не менее 50% и окиси железа (FeO) не более 10%, при этом содержание SiO должно быть минимально возможным. Соотношение извести и железорудной составляющей определяют содержанием SiO и СаО в компонентах, при этом соотношение SiO и СаО в микроокатышах должно быть в пределах от требуемой заказчиком основности агломерата до 3 единиц. Ограничение пределов изменения основности гранул до 3 единиц связано с особенностями формирования микроструктуры агломерата при спекании и отвечает оптимальной прочности как сырых гранул, так и агломерата. Для повышения эффекта от изобретения необходимо осуществить выдерживание гранул для более полной гидратации СаО или их сушку.
2
2
2
3
Газопроницаемость слоя шихты при применении способа повышается за счет увеличения центров грануляции при окомковании, при этом получают более равномерный гранулометрический состав окомкованной шихты и снижают газодинамическое сопротивление слоя. Также такая структура слоя агломерационной шихты позволит максимально использовать явление твердофазных реакций в процессе нагрева до температур 1000-1100°С, в результате которых образуются ферриты кальция и силикаты железа, имеющие температуры плавления ниже, чем исходные компоненты шихты. Таким образом, первые порции расплава появляются раньше, а температура плавления шихты снижается, что позволит снизить расход топлива на спекание, повысить производительность агломерационной машины. По мере увеличения в шихте для микроокатышей SiO эффект от использования рассматриваемого способа снижается, поскольку доля ферритов кальция, образующихся в процессе твердофазных реакций, уменьшается, так как в силу большего химического сродства SiO связывает СаО и уменьшается поверхность реагирования между FеО, и СаО.
Пример осуществления способа
Произведено четыре спекания агломерата на пилотной установке типа «аглочаша». Шихта №1 содержала 5,0% кокса, 35% возврата, 0,9% известняка и 59,1% гематитовой руды Большетроицкого месторождения (содержание железа 64,8%, оксида двухвалентного железа (FeO) - 8,6%). Шихта для первого спекания была окомкована в одну стадию в течение 5 минут. Шихта для спекания №2 была разделена на две части: первая, содержащая 50% от использованной руды и весь известняк, была смешана и предварительно окомкована. Затем произвели смешивание и окомкование в течение 4 минут остальных компонентов шихты между собой. После этого в барабан-окомкователь были загружены микроокатыши и произведено их смешивание с остальной частью руды продолжительностью 1 минута. Обе шихты подверглись спеканию.
2
Шихта для третьего спекания содержала 4,25% кокса, 35% возврата, 0,85% извести и 59,65% гематитовой руды Большетроицкого месторождения (содержание железа 64,8%, FeO - 8,6%). Подготовка шихты проводилась по вышеописанному способу, при этом основность микроокатышей составляла 3,0 единиц, основность агломерата 0,99, удельная поверхность совместно измельченных извести и гематитовой руды 560 см/г.
2
Шихта для четвертого спекания (№4) по составу аналогична шихте №3. Подготовка шихты проводилась по вышеописанному способу, при этом основность микроокатышей составляла 3,0 единиц, основность агломерата 0,99, удельная поверхность совместно измельченных извести и гематитовой руды 560 см/г. Микроокатыши после их формирования подвергались вылеживанию в штабеле в течение суток.
Результаты опытов приведены в таблице.
На основе полученных результатов можно увидеть, что использование предложенного способа позволяет увеличить производительность и прочность агломерата (по показателю барабанной пробы +5 мм), а также снизить выход мелочи и расход кокса на спекание.
Таким образом, опытным путем подтверждено, что предложенный способ позволяет снизить выход мелочи из агломерата, повысить газопроницаемость слоя шихты, снизить расход твердого топлива на спекание и повысить производительность агломерационной машины.