СПОСОБ АГЛОМЕРАЦИИ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ МАТЕРИАЛОВ
IRON-ORE MATERIAL AGGLOMERATING METHOD

Изобретение относится к термическим способам окускования железорудных материалов и может быть использовано при агломерации руд и концентратов в черной металлургии.
Известен способ агломерации железорудных материалов, включающий подготовку компонентов агломерационной шихты к спеканию, составление, смешивание и окомкование агломерационной шихты, укладку ее на агломерационную машину, зажигание и спекание агломерационной шихты, обработку агломерационного спека [Коротич В.И., Фролов Ю.А., Бездежский Г.Н. Агломерация рудных материалов. - Екатеринбург: ГОУ ВПО «УПУ-УПИ», 2003. - 400 с.]. Этот способ агломерации железорудных материалов по совокупности технических признаков и назначению является наиболее близким аналогом (прототипом) по отношению к предлагаемому способу.
В связи с тем что на горно-металлургических предприятиях в рудной части агломерационных шихт содержание тонкозернистых концентратов составляет 60-80% и выше, затраты на модернизацию агломерационного производства значительны, цены на сырье и его транспортные перевозки высоки, актуальны поиски способов агломерации железорудных материалов, не требующих значительных изменений существующей технологии и оказывающих комплексное воздействие на процессы окомкования и спекания агломерационной шихты. Указанным требованиям удовлетворяет использование в агломерационной шихте минеральных добавок, которые улучшают ее окомкование и активизируют при спекании процессы минералообразования в твердой фазе, образуют легкоплавкие соединения или обеспечивают устранение из агломерата стекловидных составляющих.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является улучшение качества получаемого агломерата и увеличение производительности агломерационной машины.
Техническим результатом изобретения являются повышение прочности агломерата на удар, снижение сопротивления агломерата истиранию, увеличение удельной производительности агломерационной машины и выхода годного агломерата.
Технический результат изобретения достигается тем, что в способе агломерации железорудных материалов, включающем подготовку компонентов агломерационной шихты к спеканию, составление, смешивание и окомкование агломерационной шихты, укладку ее на агломерационную машину, зажигание и спекание агломерационной шихты, обработку агломерационного спека, согласно изобретению, смешанную шихту при окомковании увлажняют до 6-10% пульпой, содержащей бентонит крупностью не более 0,1 мм и расходом 2÷18 кг/т.
Кроме того, пульпа дополнительно содержит в качестве активатора бентонита полимер, или карбонат натрия, или хлорид натрия, или оксид кальция с содержанием 1÷5 вес. % от расхода бентонита.
Технический результат изобретения достигается также тем, что пульпу при окомковании подают в импульсном режиме.
Кроме того, вода пульпы и/или пульпа имеет водородный показатель pH=1÷5 или pH=11÷13.
Кроме того, температура пульпы составляет 20-70°C.
Кроме того, вода пульпы и/или пульпа прошла магнитную, и/или ультразвуковую, и/или электрохимическую обработку.
Использование в качестве связующего бентонита позволяет повысить степень окомкования шихты, увеличить средний эквивалентный диаметр агломерационной шихты за счет набухающих свойств бентонита, снизить газодинамическое сопротивление слоя агломерационной шихты при спекании. При постоянстве состава железорудной смеси и условий спекания минералогический состав бентонита способствует активации твердофазных реакций, обеспечивая более высокие показатели прочности и выхода годного агломерата, рост удельной производительности агломерационной машины по сравнению с прототипом. Отрицательным эффектом от введения бентонита является ухудшение однородности агломерационной шихты, что снижает эффект от введения добавок, а неравномерное распределение добавки бентонита по классам крупности окомкованной агломерационной шихты оказывает отрицательное влияние на качество получаемого агломерата (снижаются его механические и физико-химические свойства). Поэтому такие добавки-активаторы следует подавать с водой в виде пульпы при увлажнении агломерационной шихты. Ввод в агломерационную шихту при окомковании используемой для ее увлажнения до 6÷10% пульпы, содержащей бентонит, за счет пиромеханических, кристаллохимических превращений меняет физико-химические и механические свойства шихты. Подача активных добавок на поверхность формирующихся гранул при окомковании позволяет улучшить качество подготовки шихты, что дает возможность увеличить высоту слоя агломерационной шихты, долю тонкозернистых концентратов в агломерационной шихте, активировать процесс спекания, повысить производительность агломерационной машины, увеличить прочность и выход годного агломерата. С целью предотвращения возможного засорения форсунок и получения однородной пульпы для бентонита оптимальной является крупность не более 0,1 мм. Так как ограничением по использованию добавок бентонита в пульпе является то, что он не должен разубоживать агломерат по содержанию железа, а расход бентонита на зарубежных фабриках окускования при производстве окатышей не превышает 18 кг/т, то содержание бентонита в агломерационной шихте должно составлять 2-18 кг/т в зависимости от доли в ней железорудного концентрата.
В качестве активаторов бентонита пульпа дополнительно может содержать полимер, или карбонат натрия, или хлорид натрия, или оксид кальция с содержанием 1÷5 вес. % от расхода бентонита. Ввод дополнительных активаторов снижает расход бентонита за счет повышения его качества, что изменяет энергию межфазного взаимодействия и поверхностные свойства связующего вещества, способствует лучшему растеканию связки по частицам тонкоизмельченных материалов, интенсифицирует процессы окомкования и спекания. При этом содержание активатора зависит от гранулометрического состава подлежащего окомкованию железорудного концентрата.
Содержание кондиционной фракции в окомкованной шихте определяется режимом увлажнения (характером распределения влаги). Используя подачу пульпы при окомковании в импульсном режиме увлажнения агломерационной шихты, можно увеличить количество кондиционной фракции, что положительно скажется на газопроницаемости спекаемого слоя и условиях теплопередачи.
Определенное влияние на качество окомкования тонкодисперсной железорудной шихты оказывает качество используемой в пульпе воды, при этом большое значение имеют физические свойства жидкой фазы, например поверхностное натяжение и водородный показатель pH. В агломерационном производстве для увлажнения шихты чаще используют оборотную воду с pH>8 из-за присутствия растворенной извести, также применяют техническую воду с pH=7. Установлено, что наихудшая комкующая способность у воды (пульпы) при pH=7÷9, а для создания наилучших условий для окомкования и уменьшения залипания шихтой рабочих органов агломерационной машины необходимо, чтобы у воды (пульпы) pH=1÷5 или pH=11÷13. Изменение pH воды, подаваемой на окомкование, до этих значений способствует увеличению вертикальной скорости спекания и улучшению прочности агломерата.
Регулировать водородный показатель pH пульпы можно изменением ее температуры в интервале 20÷70°C в зависимости от состава агломерационной шихты и характеристик воды. Так, при повышении температуры пульпы можно уменьшить значение ее водородного показателя pH. Температура пульпы также достаточно сильно влияет на ее вязкость, причем на температурной зависимости можно выделить нелинейную область в диапазоне 0÷41°C, где значения динамической вязкости плавно уменьшаются и линейный участок уменьшения вязкости, характерный для 41÷90°C. Кроме того, увеличение температуры пульпы до 50÷70°С является одним из дополнительных факторов для предварительного нагрева агломерационной шихты, устранения зоны переувлажнения в спекаемом слое и повышения прочности агломерата.
Изменяя поверхностное натяжение и водородный показатель pH жидкой фазы можно повысить эффект комкуемости шихты, но изменения эти для шихт различного гранулометрического состава не одинаковы. Влияние воды для шихт, содержащих преимущественно фракции >0,9 мм, выражается в разрыхлении слоя за счет образования пленки на поверхности частиц, чему способствует снижение поверхностного натяжения и кислая среда pH<7. Для шихт, содержащих фракции <0,9 мм, увеличение поверхностного натяжения воды и создание щелочной среды pH>7 способствует лучшей комкуемости шихты благодаря уменьшению толщины пленки физически связанной воды и лучшего агрегирования мелкодисперсной фракции в щелочной среде. Применяя различные методы, с помощью которых можно изменять физические свойства воды, можно получить на практике эффект увеличения производительности агломашин.
Одним из таких способов является магнитная обработка воды или пульпы перед подачей их в окомкователь, с помощью которой можно значительно увеличить степень окомкования агломерационной шихты. Особенно высокой комкующей способностью обладает вода, прошедшая кратковременную магнитную обработку, которая влияет на вязкость и поверхностное натяжение воды. «Омагничивание» воды также изменяет ее плотность и водородный показатель pH. При этом плотность «омагниченной» жидкости возрастает на 0,02-0,05%, также возрастают ее вязкость и поверхностное натяжение. После магнитной обработки комкующая способность и упрочняющее действие технической воды, содержащей большое количество растворов солей, выше, чем питьевой, причем действие технической воды, подвергнутой магнитной обработке, на концентратные шихты эффективнее, чем на рудно-концентратные. В случае спекания грубозернистой шихты (>0,9 мм) pH воды, идущей на увлажнение, должен быть <7. При работе на тонкодисперсной шихте (<0,9 мм) pH воды, идущей на окомкование, должен быть >7, а для увеличения сил поверхностного натяжения и уменьшения толщины пленки физически адсорбированной воды можно подвергать воду магнитной обработке. Наибольшие эффекты «омагничивания» воды наблюдаются при скорости воды V=0,5-2,5 м/с, при существенно меньших и больших скоростях эффекты малы. Оптимальная магнитная индукция B=0,07-0,2 Тл, при больших и меньших значениях магнитной индукции эффекты «омагничивания», как правило, малы. Экспериментальные данные показывают, что важны не столько сами по себе значения V или В, сколько их произведение B⋅V. При воздействии слабого переменного магнитного поля на воду в резонансном режиме увеличивается pH и свойства воды сдвигаются в щелочную область. При воздействии на воду сверхвысокочастотного электромагнитного излучения ее свойства изменяются, так же как и при воздействии слабого периодического магнитного поля, при этом величина pH увеличивается. При магнитной обработке воды и пульпы обычно получаются близкие результаты, однако при обработке пульпы результаты получаются более четкими и стабильными.
o
Если благодаря большой скорости поток становится турбулентным, то эффект от магнитной обработки возрастает. Можно создать турбулентность, обрабатывая жидкость ультразвуковым полем, тогда в ней возникает кавитация. Одновременная обработка потока воды пульпы и/или пульпы магнитным и ультразвуковым полем в режиме кавитации с возникновением пульсирующих газовых пузырьков создает эффект, больший, чем сумма эффектов от каждого вида порознь. Если кавитацию создать после магнитной обработки, то эффект ослабляется, станет меньшим, чем от одного поля. Эффекты магнитной обработки возрастают при повышении температуры до 60÷80°C, а затем начинают уменьшаться. Для воды, обработанной ультразвуком, начальное значение водородного показателя pH=9,3. При ультразвуковой активации воды пульпы и/или пульпы водородный показатель pH увеличивается, изменяется поверхностное натяжение, быстрее проходит смачивание, растворение.
Достоинством электрохимической обработки (в поле постоянного тока) воды пульпы и/или пульпы также является то, что она позволяет корректировать значения водородного показателя pH жидкости, снижая или увеличивая его (в зависимости от вещественного и гранулометрического состава агломерационной шихты) для улучшения результатов окомкования агломерационной шихты.
Если вода пульпы и/или пульпа прошла магнитную, и/или ультразвуковую, и/или электрохимическую обработку, то эффект от совместного действия обработок усиливается.
Предлагаемый способ агломерации железорудных материалов осуществляют следующим образом.
После подготовки компонентов агломерационной шихты к спеканию, составления агломерационной шихты, ее смешивания в барабанном смесителе с увлажнением до 3-4% водой, подаваемой через форсунки, смешанную агломерационную шихту при окомковании ее в барабане увлажняют до 6-10% подаваемой через пневматические форсунки пульпой, содержащей бентонит. Затем окомковывают агломерационную шихту без ее увлажнения. Расход воды и пульпы корректируют с учетом достижения агломерационной шихтой требуемой влажности и заданного расхода бентонита, концентрация которого в пульпе определяется в зависимости от доли железорудных концентратов в агломерационной шихте. Постель из возврата и окомкованную агломерационную шихту укладывают на агломерационную машину, агломерационную шихту зажигают и спекают. Затем производят обработку агломерационного спека.
Пример
T
2
2
В состав аглошихты входили: аглоруда Бакальского рудоуправления, концентрат «доменный» (смесь аглоруды и концентрата Михайловского горнообогатительного комбината в соотношении 1:3), возврат (отсев агломерата крупностью 0-5 мм), известняк и коксик (крупностью 0-3 мм). Содержание возврата в аглошихте составляло 25% от массы сухой железорудной смеси (ЖРС). Содержание углерода топлива в аглошихте составляло C=4,2%; содержание оксида магния в агломерате - MgO=2,0%; основность агломерата соответствовала верхней границе его минимальной прочности (CaO/SiO=1,5 ед.). Расход бентонита, вводимого с пульпой в аглошихту при окомковании, варьировался от 2 до 18 кг/т. Обработка шихты в барабанных смесителях и окомкователях включала: смешивание шихты; смешивание шихты с ее увлажнением до 3-4% пневмораспылением воды; окомкование шихты с ее увлажнением до 6-10% пневмораспылением пульпы; окомкование шихты без ее увлажнения. Спекания проводили на агломерационных машинах площадью спекания 84 м.
В таблице приведены результаты изменения показателей (прочности агломерата на удар, сопротивления агломерата истиранию, удельной производительности агломерационной машины, выхода годного агломерата), полученных в результате применения нового способа агломерации железорудных материалов, относительно способа, выбранного в качестве прототипа.
Полученные при использовании способа агломерации железорудных материалов результаты показали увеличение прочности агломерата на удар на 0,2-22% (отн.), снижение сопротивления агломерата истиранию на 0,1-33% (отн.), увеличение удельной производительности агломерационной машины на 0,1-23% (отн.) и рост выхода годного агломерата на 0,3-22% (отн.).