ЖЕЛЕЗОРУДНЫЕ ОКАТЫШИ ДЛЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
IRON ORE PELLETS FOR METALLURGICAL PRODUCTION

Изобретение относится к области подготовки сырья к металлургическому переделу и может быть использован при производстве железорудных окатышей с использованием шлама и/или пыли газоочисток доменного, или мартеновского, или конвертерного, или электросталеплавильного производств или их смеси.
Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому объекту является выбранное в качестве прототипа окатыши для металлургического производства, содержащие железосодержащий материал, связующее вещество и воду. В качестве железосодержащего материала используют дисперсные отходы производства, содержащие железо как в окисленной, так и в восстановленной форме. В качестве связующего вещества используют отходы травителя медных плат на основе хлорного железа при следующем соотношении компонентов, мас.%:
железосодержащий материал - 73-80;
связующее вещество - 8-12;
вода - 12-15;
(патент РФ №2225889, опубл. 20.03.2004).
У заявляемого объекта и прототипа совпадают следующие существенные признаки. Оба объекта содержат железосодержащий материал и связующее вещество.
Анализ технических свойств прототипа, обусловленных его признаками, показывает, что получению ожидаемого технического результата при использовании прототипа препятствуют следующие причины. При производстве железорудных окатышей не используются такие отходы металлургического производства, как шлам и пыль газоочисток доменного, или мартеновского, или конвертерного, или электросталеплавильного производств или их смесь. Кроме того, при производстве железорудных окатышей не улавливается такой ценный продукт, как цинковый концентрат, который содержит оксид цинка.
В основу заявляемого объекта поставлена задача - разработать такой состав железорудных окатышей, в котором усовершенствование путем введения новых компонентов позволило бы при использовании заявляемого объекта обеспечить достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности утилизации отходов металлургического производства за счет использования при производстве железорудных окатышей таких отходов, как шлам и пыль газоочисток доменного, или мартеновского, или конвертерного, или электросталеплавильного производств или их смеси. Кроме того, при производстве железорудных окатышей необходимо обеспечить улавливание такого ценного продукта, как цинковый концентрат, который содержит оксид цинка.
Заявляемые железорудные окатыши для металлургического производства содержат железосодержащий материал и связующее вещество. Отличительной особенностью является то, что в качестве связующего вещества используют гашеную известь, а в качестве железосодержащего материала окатыши содержат шлам и/или пыль газоочисток доменного, или мартеновского, или конвертерного, или электросталеплавильного производств или их смесь и дополнительно содержат отсев кокса. При этом количество отсева кокса в 1,2-1,4 раза превышает суммарное количество железа и цинка в железосодержащем материале, а количество гашеной извести составляет 0,14-0,20 от общего количества отсева кокса и железосодержащего материала.
В частных случаях изготовления, заявляемые железорудные окатыши для металлургического производства отличаются тем, что:
- размер частиц отсева кокса и гашеной извести не превышает 300 мкм;
- при содержании цинка в железосодержащем материале более 1-го мас.% размер окатышей составляет 3-10 мм.
При использовании заявляемого объекта достигается технический результат, заключающийся в повышении эффективности утилизации отходов металлургического производства за счет использования при производстве железорудных окатышей таких отходов, как шлам и пыль газоочисток доменного, или мартеновского, или конвертерного, или электросталеплавильного производств или их смеси. Кроме того, при производстве железорудных окатышей обеспечивается улавливание цинкового концентрата, который содержит оксид цинка.
Между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом имеется следующая причинно-следственная связь.
Смешивание при подготовке шихты для сырых окатышей отсева кокса, гашеной извести и железосодержащего материала, в качестве которого используют шлам и/или пыль газоочисток доменного, или мартеновского, или конвертерного, или электросталеплавильного производств или их смеси, при этом количество отсева кокса в 1,2-1,4 раза превышает суммарное количество железа и цинка в железосодержащем материале, а количество гашеной извести составляет 0,14-0,20 от общего количества отсева кокса и железосодержащего материала; последующий обжиг окатышей и направление отходящих от обжиговой печи запыленных газов на газоочистку обеспечивает производство качественных железорудных окатышей с использованием таких отходов металлургического производства, как шлам и пыль газоочисток доменного, или мартеновского, или конвертерного, или электросталеплавильного производств или их смеси.
Указанные железосодержащие отходы металлургического производства всегда содержат соединения цинка. При производстве окатышей из этих железосодержащих отходов цинк будет интенсивно возгоняться и восстанавливаться в процессе обжига окатышей, который осуществляется при 950-1050°C. В процессе возгонки восстановленный цинк легко взаимодействует с кислородом, образуя ценный продукт - оксид цинка.
Осуществление, при содержании цинка в железосодержащем материале более 1-го мас.%, рассева сухих окатышей до размера 3-10 мм перед обжигом и направление отходящих от обжиговой печи запыленных газов, содержащих оксид цинка, на охлаждение и на газоочистку для улавливания в рукавных фильтрах, обеспечивает восстановление и возгонку цинка из всего, сравнительно, небольшого объема каждого окатыша, улавливание и сбор такого ценного продукта, как цинковый концентрат, содержащий оксид цинка.
Кроме того, улучшается качество железорудных окатышей, изготовленных из шихты, содержащей отсев кокса, гашеную известь и железосодержащий материал, в качестве которого используют шлам и/или пыль газоочисток доменного, или мартеновского, или конвертерного, или электросталеплавильного производств или их смесь. Улучшение качества железорудных окатышей обусловлено следующим. Если не удалять цинк из окатышей до их загрузки в печные агрегаты основного производства для получения чугуна и стали, то возгоняющийся из шихты металлический цинк может вызывать разрушение футеровки плавильного агрегата - доменной печи, мартеновской печи, конвертера или электропечи. Кроме того, на поверхностях газоотводящих трактов могут образовываться настыли оксида цинка, что затрудняет эксплуатацию газоотводящих трактов и их ремонт, сокращает межремонтный период и увеличивает трудозатраты и стоимость ремонтных работ.
Выбор граничных значений существенных параметров обусловлен следующим.
Превышение количества отсева кокса над суммарным количеством железа и цинка в железосодержащем материале менее чем в 1,2 раза нецелесообразно потому, что при этом увеличиваются потери цинка, остающегося в окатышах, из-за нехватки кокса на восстановление цинка. Это, в свою очередь, ухудшает качество получаемых после обжига окатышей.
Превышение количества отсева кокса над суммарным количеством железа и цинка в железосодержащем материале более чем в 1,4 раза нецелесообразно потому, что при этом ухудшается гранулируемость шихты и увеличивается выход некондиционных гранул.
Использование в качестве связующего вещества гашеной извести в количестве менее 0,14 от общего количества отсева кокса и железосодержащего материала нецелесообразно потому, что при этом снижается выход кондиционных окатышей из-за снижения прочности сырых окатышей перед сушкой.
Использование в качестве связующего вещества гашеной извести в количестве более 0,20 от общего количества отсева кокса и железосодержащего материала нецелесообразно потому, что при этом снижается выход кондиционных окатышей в результате снижения их прочности.
Улавливание в рукавных фильтрах оксида цинка при использовании в шихте для сырых окатышей шлама и пыли газоочисток металлургического производства с содержанием цинка в железосодержащем материале менее 1-го мас.%, нерационально потому, что относительно малый объем получаемого цинкового концентрата не оправдывает значительные капитальные и эксплуатационные затраты на создание систем газоочистки с рукавными фильтрами.
При содержании цинка в железосодержащем материале более 1-го мас.% изготовление окатышей размером менее 3 мм нерационально потому, что при этом ухудшаются технологические качества окатышей.
При содержании цинка в железосодержащем материале более 1-го мас.% изготовление окатышей размером более 10 мм нерационально потому, что степень удаления цинка из глубинных слоев окатышей большего размера уменьшается и увеличиваются потери дорогостоящего оксида цинка.
Использование в окатышах отсева кокса и гашеной извести с размером частиц, превышающим 300 мкм нерационально потому, что снижается выход кондиционных окатышей в результате снижения их прочности.
В конкретном примере производство железорудных окатышей осуществляется следующим образом.
Для шихты используют компоненты, в частности отсев металлургического кокса и гашеной извести с размером частиц, не превышающим 300 мкм. В качестве железосодержащего материала целесообразно использовать шлам и/или пыль газоочисток доменного, или мартеновского, или конвертерного, или электросталеплавильного производств или их смесь. Шламы газоочисток металлургических производств желательно использовать с влажностью не более 16 мас.%.
В нижеприведенной таблице 1 приведено содержание компонентов в шихте для железорудных окатышей в конкретных примерах №1-5, когда количество отсева металлургического кокса, например, в 1,3 раза превышает суммарное количество железа и цинка в железосодержащем материале, а количество гашеной извести составляет, например, 0,16 от общего количества отсева металлургического кокса и железосодержащего материала. В примере №1 в качестве железосодержащего материала используют шлам газоочисток доменного производства. В примере №2 в качестве железосодержащего материала используют пыль газоочисток мартеновского производства. В примере №3 в качестве железосодержащего материала используют шлам и пыль газоочисток конвертерного производства. В примере №4 в качестве железосодержащего материала используют пыль газоочисток электросталеплавильного производства. В примере №5 в качестве железосодержащего материала используют смесь шлама газоочистки доменного, производства и пыли мартеновского, конвертерного и электросталеплавильного производств.
Таблица 1
№ примера
1
2
3
4
5
Содержание железа, мас.%
54
56
58
59
56,75
Содержание цинка, мас.%
0,9
2,5
3,7
6,2
3,32
Суммарное содержание железа и цинка, мас.%
54,09
58,5
61,7
65,2
60,07
Суммарное количество железа и цинка в 100 кг железосодержащего материала, кг
54,09
58,5
61,7
65,2
60,07
Количество отсева кокса, кг
70,32
76,05
80,21
84,76
78,09
Общее количество
железосодержащего материала и отсева кокса, кг
170,32
176,05
180,21
184,76
178,09
Количество гашеной извести, кг
27,25
28,17
28,83
29,56
28,50
Например, в конкретном примере №5 в качестве железосодержащего материала используют смесь подсушенного до 16 мас.% шлама газоочистки доменного, производства и пыли мартеновского, конвертерного и электросталеплавилыюго производств. Для используемого железосодержащего материала определяют суммарное количество в нем железа и цинка. Например, в этом железосодержащем материале железа - 56,75 мас.%, цинка - 3,32 мас.%, суммарно - 60,07 мас.%. Значит, в 100 кг используемого железосодержащего материала содержится 60,07 кг железа и цинка. При этом количество отсева металлургического кокса для шихты берут в 1,3 раза больше, чем суммарное количество железа и цинка в железосодержащем материале, т.е. 60,07×1,3=78,09 кг. Общее количество железосодержащего материала и отсева металлургического кокса составляет 100,00+78,09=178,09 кг. Количество гашеной извести, используемой в качестве связующего вещества, составляет 0,16 от общего количества отсева металлургического кокса и железосодержащего материала, т.е. 178,09×0,16=28,5 кг.
При подготовке шихты для сырых окатышей в смесителе смешивают в заданных количествах железосодержащий материал, отсев металлургического кокса и гашеную известь. В конкретном примере №5 в смесителе смешивают 100,00 кг железосодержащего материала, 78,09 кг отсева металлургического кокса и 28,5 кг гашеной извести. Полученную шихту направляют на тарель тарельчатого гранулятора, где через форсунки распыляется вода для увлажнения шихты до влажности 12-16 мас.%. На тарельчатом грануляторе осуществляется окомкование шихты до получения сырых окатышей. Полученные окатыши сушат в ленточной сушилке при 200°C в течение 2-х часов. Затем осуществляют рассев сухих окатышей на двухситном грохоте на фракции кондиционных и некондиционных по размеру окатышей. Кондиционные окатыши направляют на обжиг в барабанную обжиговую противоточную печь. Обжиг окатышей осуществляют при 1000°C в течение 2,5 часа. Отходящие от обжиговой печи запыленные газы направляют на газоочистку. Обожженные металлизованные железорудные окатыши охлаждают в барабанном холодильнике. Отсеянные некондиционные по размеру окатыши, после измельчения до частиц, размер которых не превышает 300 мкм, добавляют в шихту для сырых окатышей.
При содержании цинка в железосодержащем материале менее 1-го мас.%, например, в примере №1, рассев сухих окатышей на двухситном грохоте перед обжигом осуществляют до размера 3-20 мм.
При содержании цинка в железосодержащем материале более 1-го мас.%, например, в примерах №2-№5, рассев сухих окатышей на двухситном грохоте перед обжигом осуществляют до размера 3-10 мм для более полного извлечения цинка из глубинных слоев окатышей.
Отходящие от обжиговой печи запыленные газы, содержащие оксид цинка, направляют в систему газоочистки для улавливания цинкового концентрата в рукавных фильтрах. В собранном техническом цинковом концентрате содержится 72-75% оксида цинка.