СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА АГЛОМЕРАТА ДЛЯ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ
PROCEDURE FOR PRODUCTION OF AGGLOMERATE FOR MELTING IN BLAST FURNACE

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к агломерации шихт, содержащих вторичное сырье, с получением железорудного офлюсованного агломерата для выплавки чугуна.
Известен способ, в котором утилизация замасленной окалины с определенной влажностью и содержанием масел через агломерацию включает ее совместную подготовку с комкующей составляющей шихты в массовом отношении к последней в пределах 0,01-0,5 (Способ утилизации замасленной окалины через агломерацию. - Заявка на изобретение РФ №92005879 кл. С22В 1/16, дата подачи заявки 1992.11.12, публикации 1996.05.27, бюл. №15).
Недостаток способа заключается в следующем. Обычные компоненты агломерационной шихты, в том числе комкующие (например, частицы аглоруды, шлака, возврата), инертны по отношению к парам масел, а мелкодисперсные частицы замасленной окалины не являются комкуемым компонентом из-за гидрофобных свойств и не улучшают гранулометрический состав окомкованной шихты. Поэтому организовать горение масел замасленной окалины в агломерируемом слое до их испарения, как предполагалось в известном способе, практически не представляется возможным. Это в значительной мере ограничивает содержание такой окалины в аглошихте по эксплуатационным и экологическим причинам.
Предлагаемый способ расширяет возможность вовлечения в передел вторичного железосодержащего сырья, в том числе шламов и окалины, взамен минерального без ухудшения условий эксплуатации газоотводящего оборудования, позволяет улучшить металлургические свойства агломерата и сэкономить энергоресурсы при его производстве и проплавке, т.е. направлен на решение технической и экономической задач.
2
Предлагаемый способ производства агломерата для доменной плавки, спекаемого из шихты, состоящей из железосодержащих компонентов, флюса и топлива, включающий ее подготовку путем дозирования, смешивания и окомкования, последующее спекание и проплавку полученного агломерата, отличается от известного способа тем, что в процессе подготовки в качестве одного из железосодержащих компонентов формируют смесь из шламов, окалины, в том числе замасленной, с мелкофракционной добавкой растительного происхождения, представленной предпочтительно древесными опилками или торфом или их смесью в массовом отношении добавки к сумме шламов и окалины в пределах 0,01-0,05 и 0,01-0,07 соответственно при производстве агломерата в интервалах основности CaO/SiO 1,10-1,44 и 1,45-1,90 ед. при введении суммарного количества шламов и окалины 50-120 кг/т агломерата.
Сущность способа заключается в следующем. Железосодержащие шламы ввиду их высокой дисперсности и влажности предрасположены к образованию комков, склонных к разрушению в зоне переувлажнения спекаемого слоя, либо в процессе окомкования комки могут достичь критических размеров, при которых они не будут расплавляться, а лишь высыхать, ослабляя прочность тела спека и переходя в возврат. Формирование промежуточной смеси, состоящей из шламовой окалины, содержащей шламы металлургических переделов (в их состав могут входить увлажненные пыли, кроме колошниковой, являющейся самостоятельным компонентом аглошихты, аналогичные шламам по физико-химическим свойствам) и окалину, в том числе замасленную, позволяет в процессе массобмена создать на поверхности исходных комков гидрофобную масляную пленку и предотвратить их рост до критических размеров. Вместе с тем, масло замасленной окалины имеет отрицательное свойство испаряться не воспламенившись, затем оседать совместно с пылью на поверхности газоходов, очистных агрегатов и лопатках эксгаустеров. Масло необходимо связать и увеличить полноту его сгорания, воспрепятствовав переходу в газовую фазу в естественном виде в процессе агломерации. Такими свойствами обладают мелкофракционные отходы деревообрабатывающих производств в виде опилок и продукт неполного разложения органической массы в условиях болот в виде торфа, являющиеся адсорбентами паров масел в тесном контакте с замасленной окалиной в сформированной по предлагаемому способу смеси. Температура испарения масел совпадает с температурой воспламенения опилок и торфа (380-450°С) и происходит их одновременное горение. Катализатором горения является гашеная известь, вносимая уже прошедшими термическую обработку шламами. Опилки и торф не требуют дополнительного измельчения так же, как окалина и шламы, и обладают необходимыми теплофизическими и физико-химическим свойствами.
Обычно основной унос паров масел имеет место на середине длины агломашины, когда зона переувлажнения доходит до колосниковой решетки или слоя постели и испарение достигает максимума.
Влияние ввода мелкофракционных добавок растительного происхождения, представленных предпочтительно опилками или торфом или их смесью, на содержание масел в отходящем газе в середине аглопроцесса и температурно-тепловой уровень последнего, регулируемый расходом коксовой мелочи на спекание и характеризуемый содержанием FeO в спеке, определяли специальными опытами в лабораторной аглочаше диаметром 500 мм при высоте слоя шихты 380 мм и постели 20 мм.
2
Железосодержащая часть аглошихты состояла из концентратов с кислой и магнезиальной пустой породой в соотношении 50:50, 100 кг/т агломерата, смеси шламов и окалины, в том числе замасленной (с общим содержанием масел в окалине 3%) с добавкой растительного происхождения в виде опилок или торфа. Содержание шламов, первичной и замасленной окалины составляло по 1/3 каждого компонента. Отношение добавки к смеси шламов и окалины варьировали в пределах 0,01-0,10 по массе. Сформированную по предлагаемому способу смесь выдерживали в течение 10 суток. Шихту офлюсовывали СаО-содержащим флюсом до расчетной основности CaO/SiO 1,60 ед., количество возврата 35%.
Ввиду высокой реакционной способности и пониженной жаропроизводительности опилок и торфа расход коксовой мелочи на тонну агломерата изменяли обратно пропорционально расходу добавок не в адекватной массе, а в эквиваленте 0,3 кг/кг.
Результаты спеканий представлены в таблице 1.
2
Из полученных результатов следует, что в сравнении с базовым опытом при содержании добавок 1-7 кг/т агломерата и отношении добавка: смесь шлама и окалины 0,01-0,07 содержание масел в отходящем газе снизилось в пределах 16-35% (опыты №2 и 5). Повысился выход годного агломерата, характеризующий его прочностные свойства в исходном состоянии, значительно возросла удельная производительность (т/м час).
Повышение отношения добавка: смесь шламов и окалины сверх 0,07 до 0,10 в случае использования как опилок, так и торфа сопровождалось снижением выхода годного из-за образования повышенного количества крупных пор от выгоревшей добавки, ослабляющих тело спека. Это также не увеличивало степень удаления масел, поскольку улучшение газопроницаемости слоя шихты и рост вертикальной скорости спекания сокращало продолжительность контакта паров масел с адсорбирующей добавкой.
3
В целом использование опилок или торфа показало одинаковый результат, что позволяет вводить их как раздельно, так и в смеси, а отношение добавки к смеси шламов и окалины 0,01-0,07 остается оптимальным в исследованном интервале ввода последней в аглошихту в количестве 50-120 кг на тонну агломерата. Для сравнения - при вводе в шихту раздельно шламов, первичной окалины и смеси замасленной окалины с возвратом (известный способ) содержание масел в отходящем газе повысилось до 0,340 мг/м.
Явление повышения скорости спекания и количества расплава с ростом основности аглошихты и агломерата и положительное влияние опилок и торфа на скорость спекания за счет разрыхления аглошихты делают необходимым дифференцированный подход к количеству вводимой добавки. Если ввод добавки по нижнему пределу уже обеспечивает снижение содержания масел в отходящем газе, то верхний предел должен быть оптимизирован в сочетании этого показателя с прочностными свойствами спека и его восстановимостью.
Добавки растительного происхождения в процессе агломерации выгорают и практически не влияют на химический состав агломерата. В то же время, их влияние на структуру спека и связанную с этим прочность продукта в исходном состоянии и восстановимость, косвенно характеризуемую содержанием FeO в продукте, значительно. Одновременное изменение скорости спекания, структуры и минералогического состава агломерата также оправдывают дифференцированный подход к оптимизации количества добавок при производстве агломерата различной основности. Проведена серия спекания агломерата, результаты которых представлены в таблице 2.
Таблица 2
Прочность (числитель) и истираемость (знаменатель) агломерата после низкотемпературного восстановления по ИСО 3930, %
CaO/SiO<sub>2</sub>,ед.
Показатель прочности (RDJ+6,3) и истираемости (RDJ-0,5) агломерата при массовом отношении добавки (опилки) к смеси шламов и окалины (100 кг/т агломерата)
0
0,01
0,03
0,05
0,07
1,10
<img file="00000002.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000003.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000004.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000005.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000006.tif" he="11" wi="12" img-content="undefined" img-format="tif" />
1,35
<img file="00000007.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000008.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000009.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000010.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000011.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
1,44
<img file="00000012.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000013.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000014.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000015.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000016.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
1,50
<img file="00000017.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000018.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000019.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000020.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000021.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
1,60
<img file="00000022.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000023.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000024.tif" he="11" wi="12" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000025.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000026.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
1,90
<img file="00000027.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000028.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000029.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000030.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000031.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
Ввод добавки по нижнему пределу ее массового отношения к смеси шламов и окалины 0,01 положительно влияет на восстановимость агломерата, определяющую расход кокса в доменной плавке в пределах рабочей основности агломерата от 1,10 до 1,90 при плавке соответственно 100% агломерата или смеси с частично офлюсованными окатышами на шлаках заданной постоянной основности. В то же время, положительный эффект верхнего предела 0,07 по догоранию масел, оставаясь таковым и с точки зрения незначительного снижения прочностных характеристик спека в интервале основности начиная с 1,45 и до 1,9 ед., то с этой же позиции ограничивается величиной 0,05 в интервале основности 1,10-1,44 ед. Зависимость прочности агломерата от основности имеет параболический характер с минимумом при 1,44 ед. Аналогичные результаты с незначительным отличием абсолютной величины показателей получены и при использовании торфа.
2
Прогноз изменения расхода кокса в доменной плавке при проплавке агломерата в первом среднем нижнем интервале основности СаО/SiO 1,35 ед. (соотношение агломерат:окатыши 67:33) и во втором среднем более высоком интервале основности 1,60 ед. (соотношение агломерат:окатыши 48:52) проводили по методике, изложенной в Патенте РФ №2283877 кл. С21В 1/14 «Способ определения металлургической ценности доменного железорудного сырья», по показателю качества, включающему исходные свойства продукта и свойства при восстановительно-тепловой обработке.
Комплексный показатель качества оценивали по балльной системе составляющих по зависимости
где ПК - комплексный показатель качества, баллы;
i
i
F и В - соответственно составляющие комплексного показателя качества и соответствующие им баллы, учитывающие влияние:
1
1
F·B=(Fe-47)·1,0 - содержания железа (Fe, %);
2
2
2
2
3
F·В=[(CaO+MgO)/(SiO+AlO)]·5,0 - основности полной, ед.;
3
3
F·В=-(100-П)·0,1 - прочности (П, %) по ИСО 3271;
4
4
F·В=-(И)·0,1 - истираемости (И, %) по ИСО 3271;
5
5
F·B=-(RDJ)·0,1 - истираемости (RDJ - 0,5, %) по ИСО 3930;
6
6
k
1
k
1
F·B=(W/W)·0,1 - отношения степени восстановления по ИСО 7992 (W %) к степени восстановления по ИСО 13930 (W %);
7
7
F·B=[(T-1300)/50]·1,0,
8
8
9
9
F·B=-(M)-0,05 и F·В=-(FeO)-0,05 - соответственно температуры начала фильтрации расплава (Т, °С), массы не профильтровавшегося расплава (M, %) и содержания закиси железа в первичном шлаке (FeO, %) при нагреве на слое кокса до 1600°С восстановленного по ИСО 7992 железорудного материала.
3
9
При этом изменение ПК на каждый один балл оценивали обратно пропорционально базовому изменению расхода кокса на 4-7 кг/тонну чугуна. Входящие в составляющие ПК F…F величины определяют экспериментально.
Полученные результаты приведены в таблице 3.
Таблица 3
Величина составляющих, входящих в показатель качества (числитель), и соответствующие им баллы (знаменатель) при спекании агломерата разной основности из шихты без опилок и с опилками
Составляющие
Основность агломерата CaO/SiO<sub>2</sub>, ед.
1,35
1,60
Отношение опилки: смесь шламов и окалины
0
0,03
0
0,03
F<sub>1</sub>
<img file="00000033.tif" he="11" wi="9" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000034.tif" he="11" wi="9" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000035.tif" he="11" wi="9" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000035.tif" he="11" wi="9" img-content="undefined" img-format="tif" />
F<sub>2</sub>
<img file="00000036.tif" he="11" wi="9" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000037.tif" he="11" wi="9" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000038.tif" he="11" wi="9" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000039.tif" he="11" wi="9" img-content="undefined" img-format="tif" />
F<sub>3</sub>
<img file="00000040.tif" he="10" wi="10" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000041.tif" he="11" wi="14" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000042.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000043.tif" he="11" wi="14" img-content="undefined" img-format="tif" />
F<sub>4</sub>
<img file="00000044.tif" he="11" wi="16" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000045.tif" he="11" wi="16" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000046.tif" he="11" wi="16" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000047.tif" he="11" wi="16" img-content="undefined" img-format="tif" />
F<sub>5</sub>
<img file="00000048.tif" he="11" wi="16" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000049.tif" he="11" wi="16" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000050.tif" he="11" wi="16" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000051.tif" he="11" wi="16" img-content="undefined" img-format="tif" />
F<sub>6</sub>
<img file="00000052.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000053.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000054.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000055.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
F<sub>7</sub>
<img file="00000056.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000057.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000058.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000059.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
F<sub>8</sub>
<img file="00000060.tif" he="11" wi="16" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000061.tif" he="11" wi="16" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000062.tif" he="11" wi="14" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000063.tif" he="11" wi="16" img-content="undefined" img-format="tif" />
F<sub>9</sub>
<img file="00000064.tif" he="11" wi="16" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000065.tif" he="11" wi="16" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000066.tif" he="11" wi="16" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000067.tif" he="11" wi="16" img-content="undefined" img-format="tif" />
ПК
16,524
17,081
16,249
16,937
Прогнозное снижение расхода кокса с учетом металлургических свойств агломерата составило:
2
для основности агломерата CaO/SiO 1,35 ед.
(17,081-16,524)·(4÷7)·0,67=1,49-2,61 кг/т чугуна;
2
для основности агломерата CaO/SiO 1,60 ед.
(16,937-16,249)·(4÷7)·0,48=1,0-2,31 кг/т чугуна,
где 0,67 и 0,48 - доля агломерата в смеси с окатышами.
В промышленных условиях смесь шламов, окалины и добавки растительного происхождения формируют на отдельной площадке путем перемешивания всех составляющих, укладки в штабель, выдержке в нем желательно не менее 10 суток, последующей отгрузки на аглофабрику. В приемные бункера шихтового отделения сформированную смесь подают отдельно либо совместно с холодным отсевом с доменных печей при его наличии. Дозируют на сборный конвейер как самостоятельный железосодержащий компонент аглошихты. Отдозированные в шихтовом отделении железосодержащие компоненты, флюс и топливо смешивают, окомковывают и спекают с получением агломерата заданного состава.
3
В периоды проплавки на доменной печи объемом 1000 м агломерата из шихты с использованием смеси из шламов и окалины 100 кг/т агломерата и опилок 3 кг/т агломерата при соотношении агломерата основностью 1,60 ед. с окатышами 67:33 и агломерата основностью 1,35 ед. с окатышами 48:52 в сравнении с предшествующими периодами с использованием агломерата из шихты с аналогичным расходом шламов и окалины, но без опилок, достигнуто снижение расхода кокса соответственно с 423 до 421 кг/т чугуна и с 425 до 423,5 кг/т чугуна.