СПОСОБ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССОВ ОКУСКОВАНИЯ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ МАТЕРИАЛОВ
METHOD OF INTENSIFYING PROCESSES OF AGGLOMERATION OF IRON ORE MATERIALS

Изобретение относится к производству окускованного сырья, а именно к технологии получения агломерата, и может быть использовано на агломерационных фабриках черной и цветной металлургии.
Известен способ окускования, описанный в патенте №662021 «Шихта для производства агломерата или окатышей», предусматривающий применение в качестве связующего материала щелочно-металлической соли карбоксиметилцеллюлозы (№662021, C22B 1/224, опубл. 05.05.1979). В данном документе описан способ окускования железорудных материалов, в котором в шихте содержится щелочно-металлическая соль карбоксиметилцеллюлозы в количестве 0,01-1,0% от массы железорудного материала и соль щелочного металла низкомолекулярной слабой кислоты в количестве 0,001-10,0%.
Недостатком известного способа служат невысокие связующие свойства предлагаемого связующего (щелочно-металлической соли карбоксиметилцеллюлозы), что определяет ее высокий удельный расход (до 10 кг/т) и необходимость применения дополнительного материала в виде соли щелочного металла низкомолекулярной слабой кислоты, что существенно усложняет приемку и складирование шихтовых материалов, процесс приготовления шихты, приводит к снижению содержания железа в агломерате и увеличению массовой доли вредных примесей (щелочных металлов).
Также известна шихта для производства агломерата (RU 2255125), которая включает железорудный материал, топливо, флюс и связующее, содержащее органические поверхностно-активные вещества. В качестве связующего шихта содержит катамин. При этом соотношение компонентов в шихте следующее, масс. %: флюс - 5-10; топливо - 5-10; катамин - 0,01-0,03; железорудным материал - остальное. Изобретение позволит при использовании шихты повысить производительность доменной печи и снизить расход кокса.
Недостатком данного изобретение является высокая стоимость катамина и низкая прочность получаемого агломерата.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ окускования мелкодисперсных железосодержащих материалов для металлургического передела с использованием органического связующего (RU 2272848)
4
7
В качестве связующего материала используют синтетический сополимер акриламида и акрилата натрия, в котором мольная доля акрилата натрия может составлять от 0,5 до 99,5%, молекулярная масса в диапазоне от 1*10 до 2*10. Дозировка синтетического сополимера акриламида и акрилата натрия составляет от 0,02 до 0,10 кг на тонну железосодержащего материала. Сополимер акриламида и акрилата натрия может быть использован в виде сухого порошка, раствора, эмульсии, суспензии или аэрозоля, в чистом виде или в смеси с дополнительным материалом.
Недостатком данного метода окускования служит высокая чувствительность к изменению качества шихтовых материалов, особенно к повышению влажности, что негативно отражается на стабильности процесса агломерации и приводит к снижению прочности и росту истираемости железорудного агломерата.
Задачей настоящего изобретения является создание способа интенсификации процесса окускования железосодержащих материалов для агломерации.
Ожидаемый технический результат - повышение производительности процесса агломерации за счет повышения скорости формирования прочных гранул оптимального гранулометрического состава, при сохранении в окускованном продукте максимально высокого содержания железа и требуемых физических и металлургических свойств.
Технический результат достигается тем, что по изобретению в качестве интенсифицирующего материала используют интерполимерную связующую добавку, включающую полимерный комплекс и минеральные присадки, при этом полимерный комплекс состоит из:
- низковязкого анионного полимера полисахаридного ряда с вязкостью однопроцентной суспензии менее 5 мПа*с - 20-40%;
6
- высоковязкого неионного полиакриламида с молекулярной массой 5-15*10 и степенью гидролиза менее 6%, с вязкостью однопроцентной суспензии более 5 мПа*с - 5-10%;
- минеральная добавка - остальное.
Дозировка минерального комплекса составляет 1/100-1/400 долей единиц от массы твердого топлива.
В качестве минеральных присадок в низковязкий полимер вводятся природные алюмосиликатные материалы в количестве 40% от массы полимера, а в высоковязкий - соли щелочных и щелочноземельных металлов в количестве 30%.
Соотношение низковязкой и высоковязкой составляющих полимера (далее по тексту - НВП и ВВП, соответственно) выбирается в соответствии с химическим составом пустой породы агломерационной шихты и агломерата:
Получение минерального комплекса осуществляется из полимерной и минеральной составляющих, подвергнутых механохимической активации и тепловому воздействию. Полимерная составляющая включает два компонента, имеющих разную степень ионизации. Полимерная составляющая включает два компонента, имеющих разную степень ионизации и разную молекулярную массу, а при взаимодействии с водой, соответственно, неодинаковые вязкопластичные свойства. Применение двух полимеров обусловлено следующими соображениями.
Низковязкий полимер при взаимодействии с влагой железорудного концентрата быстро растворяется, образуя легкоподвижную клеевую субстанцию, смачивающую поверхность частиц концентрата с увеличением их адгезионной способности. Эффективная вязкость его 1%-го раствора составляет менее 5 мПа·с. В процессе окускования эта субстанция равномерно распределяется в агломерационной шихте и придает сырым гранулам нормативную статическую прочность и оптимальный гранулометрический состав, что позволяет увеличить высоту слоя и скорость аглоленты.
Высоковязкий полимер, присутствующий в меньшем количестве и, как правило, более крупнодисперсный, поглощает излишки влаги и окомковывает мелкие частицы гидрофобного коксика. Эффективная вязкость 1%-го раствора ВВП составляет более 50 мПа·с. Кроме того, крупные частицы полимера служат дополнительным упрочняющим элементом в каркасе структуры влажного агломерата.
В процессе обжига полимеры выгорают, что придает агломерату дополнительную равномерно распределенную пористость, в том числе и открытую. При выгорании полимера между рудными частицами возникают прочные контакты в результате их спекания.
Пример использования способа при получении железорудного агломерата
уд
2
Для оценки эффективности предложенного способа были проведены лабораторные испытания четырех агломерационных шихт на основе тонкоизмельченных концентратов. После спекания спек охлаждался, производилось его разрушение (сбрасывание с высоты 1 метр) и стабилизация (5 оборотов в барабане по ГОСТ 15137-77). Вещественный состав исследованных шихт был представлен железорудным концентратом Лебединского месторождения (S=900…1300 см/г), металлургическими отходами (окалиной, колошниковой пылью), известняком, известью и сидеритом Бакальского месторождения. В качестве твердого топлива использовался кокс фракции 0…3 мм. Информация о химическом составе исходного сырья представлена в таблице 1.
2
Перед спеканием производился подогрев шихты до 64…65°C. Дозировка извести в шихту соответствовала ее удельному расходу 30 кг/т агломерата. В качестве полимерного составляющего было использовано связующее, подготовленное по указному выше способу, производства ОАО «Компания Бентонит» в дозировке 150 г/т агломерата. Дозировка определялась с учетом достижения основности CaO/SiO=1,85 при массовой доле железа в агломерате 57,3…58,0%. Исходные данные экспериментов и их результаты представлены в таблице 2.
2
Полученные результаты свидетельствуют, что использование связующих (известь, ИПС) является эффективным способом повышения газопроницаемости слоя за счет роста степени окомкования на 3…10% (абс.) и среднего диаметра комочка на 18…33% (отн.), что позволило обеспечить рост скорости фильтрации на 12…20% и достижение удельной производительности 1,473…1,684 т/(м*ч) против 1,18 в базовом опыте. Таким образом, наибольшим преимуществом, с позиций увеличения удельной производительности агломашин, обладает агломерация шихт с подачей извести на стадии усреднения во влажный концентрат. При условии подачи связующего на стадии смешивания, эффективность извести и ИПС сопоставимы, давая прирост производительности 24…27% по отношению к базовому опыту.
Ситовый анализ гранулометрического состава агломерата выявил снижение среднего диаметра куска агломерата при интенсификации процесса известью на 12,8…14,6% (отн.) и на 3,6% (отн.) при использовании ИПС. Однако показатель среднего размера куска не учитывает влияние разрушения крупных (более 40 мм в поперечнике) фракций агломерата при транспортировке в доменный цех. Для более адекватной оценки качества агломерата было проанализировано распределение агломерата по фракциям.
В качестве некондиционных фракций агломерата была принята сумма классов -5 мм, как ухудшающего газопроницаемость столба доменной шихты, и +40 мм. Крупные куски агломерата (+40 мм) в условиях транспортировки и восстановительно-тепловой обработки в шахте доменной печи склонны к разрушению с образованием мелочи, а окончательное восстановление оксидов железа в них происходит за счет прямого восстановления. Все это снижает эффективность доменной плавки и дает основания относить агломерат крупнее +40 мм к некондиционному. Согласно полученным данным, несмотря на рост среднего диаметра куска агломерата, базовый опыт характеризуется наибольшим содержанием некондиционных классов в агломерате. Использование связующих способствует перераспределению фракций с увеличением доли наиболее качественного сырья класса 5…40 мм.
Затраты твердого топлива при агломерации железных руд покрываются металлургическим коксом фракции 0…3 мм. Анализ потребления топлива указывает на снижение расхода горючего углерода (-4,0% отн.) при использовании извести, что может быть объяснено выводом из шихты части карбонатов флюсов. Соответственно, снижаются расходные статьи теплового баланса процесса спекания, связанные с эндотермической реакцией декарбонизации кальцита известняка. Экономия углерода твердого топлива при использовании ИПС - 2,7% (отн.).
В целом, проведенные исследования показали, что использование ИПС при агломерации железных руд является эффективным и, в частности, может выступать альтернативой традиционному способу интенсификации процесса добавлением в шихту извести. При этом, подача извести в количестве 30 кг на тонну агломерата и ИПС в количестве 150 грамм на тонну агломерата характеризуются практически одинаковой эффективностью как с точки зрения производительности, так и с позиций улучшения качества агломерата.