СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО МАТЕРИАЛА ИСХОДНОГО СЫРЬЯ ДЛЯ СПЕКАНИЯ
METHOD FOR MANUFACTURING GRANULAR MATERIAL OF INITIAL RAW MATERIALS FOR SINTERING

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способу изготовления гранулированного материала исходного сырья для спекания, а, в частности, в нем предлагается способ улучшения производительности по спеченной руде, которую получали при использовании указанного материала исходного сырья, в результате разработки гранулированного материала исходного сырья для спекания, эффективного для уменьшения размера влажной зоны, которая появляется в слое загруженного материала на палете агломерационной (спекательной) машины.
Уровень техники
При функционировании обыкновенной агломерационной машины прикладывались усилия по уменьшению доли влажной зоны в слое загруженного материала на палете, что, тем самым, в основном уменьшает использованное количество углеродного материала и улучшает производительность по спеканию. Например, в источнике патентной литературы 1 раскрывается способ изготовления спеченной руды, в котором к материалу исходного сырья для спекания, содержащему углеродный материал, добавляют воду и связующее в целях гранулирования, а после этого его высушивают при использовании вращающейся печи в целях изготовления гранулированного материала исходного сырья для спекания, который загружают на палету и спекают на ней. Однако на предшествующем уровне техники в целях высушивания гранулированного материала исходного сырья для спекания требуется специальное технологическое оборудование, такое как вращающаяся печь.
Существует еще одно предложение, касающееся способа, в котором материал исходного сырья для загрузки в доменную печь, то есть  крупнокусковую руду, загружают в охладитель, присоединенный к агломерационной машине, и предварительно высушивают. То есть в способе предлагаются загрузка крупнокусковой руды для доменной печи в участок охлаждающего устройства (охладителя) агломерационной машины, где температура внутри устройства (температура охлажденной спеченной руды) достигает значения в диапазоне от 300 до 600°С, и предварительное высушивание крупнокусковой руды.
Перечень цитирования
Источники патентной литературы
Источник патентной литературы 1: JP-A-2007-169780
Источник патентной литературы 2: JP-A-2013-119667
Раскрытие изобретения
Техническая проблема
В целях улучшения производительности по спеченной руде в любом из вариантов предшествующего уровня техники, например, в способе предварительного нагревания и предварительного высушивания компаундирующегося материала исходного сырья для спекания (гранулированного материала исходного сырья для спекания) (источник патентной литературы 1) требуется новое специальное оборудование, что создает проблему, связанную с увеличением стоимости оборудования, а также требуется топливо в дополнение к коагулирующему материалу, используемому в технологическом процессе спекания, что создает проблему, связанную с увеличением издержек.
В источнике патентной литературы 2 раскрывается способ использования источника тепла в виде охладителя в агломерационной машине для предварительного нагревания крупнокусковой железной руды для загрузки в доменную печь. Таким образом, данный способ не представляет собой методику, заключающуюся в контролируемом выдерживании влажной зоны слоя загруженного материала на палете в результате улучшения самого гранулированного материала исходного сырья для спекания и, тем самым, улучшении производительности по спеченной руде и ее качества.
Поэтому цель изобретения заключается в разрешении вышеупомянутых проблем, присущих предшествующему уровню техники, в частности, в предложении нового способа изготовления гранулированного материала исходного сырья для спекания в результате нагревания до температуры, не меньшей, чем определенная температура, при использовании пара при гранулировании, в результате чего улучшается газопроницаемость, а также улучшается производительность по спеченной руде при загрузке гранулированного материала исходного сырья для спекания в агломерационную машину.
Решение проблемы
В настоящем изобретении в целях решения вышеупомянутых проблем пар, такой как водяной пар, вдувают в гранулятор, такой как барабанный смеситель, смеситель от компании Eirich или окомкователь, используемые при гранулировании компаундирующегося материала исходного сырья для спекания в целях гранулирования компаундированного материала для спекания при одновременном нагревании, в результате чего получают термогранулированный материал исходного сырья для спекания (гранулированный материал исходного сырья для спекания), имеющий температуру, например, увеличенную до температуры, большей, чем первоначальная температура компаундирующегося материала исходного сырья для спекания до загрузки в барабанный смеситель, более предпочтительно температуру, составляющую не менее чем 60°С, который загружают на палету агломерационной машины.
То есть настоящее изобретение представляет собой способ изготовления гранулированного материала исходного сырья для спекания, характеризующийся тем, что при гранулировании в грануляторе компаундирующегося материала исходного сырья для спекания, полученного в результате компаундирования порошкообразной железной руды, углеродного материала и вспомогательного материала, в гранулятор вдувают водяной пар, чтобы, тем самым, увеличить температуру гранулированного материала исходного сырья для спекания до температуры, большей, чем температура компаундирующегося материала исходного сырья для спекания до загрузки в гранулятор на не менее чем 10°С.
В изобретении более предпочтительным является то, что:
(1) степень перегревания водяного пара составляет не более чем 13,5°С в трубе водяного пара;
(2) водяной пар вдувают в участок первой половины гранулятора, который простирается от позиции загрузки материала до почти что средней позиции в направлении по его длине;
(3) вдуваемое количество водяного пара в гранулятор составляет не менее чем 3,0 кг/т-с;
(4) при превышении температурой гранулированного материала исходного сырья для спекания, выгруженного из гранулятора, значения в 60°С, в дополнение к уровню содержания воды, приданному в результате вдувания водяного пара, придают уровень содержания воды, эквивалентный не менее чем 0,5%, но не более чем 3,0 масс.% от уровня содержания воды в гранулированном материале исходного сырья для спекания после гранулирования, в результате добавления технологической воды, горячей воды или конденсационной воды.
Выгодные эффекты от изобретения
В соответствии с изобретением возможно изготовление гранулированного материала исходного сырья для спекания, имеющего температуру, большую, чем первоначальная температура исходного материала (температура компаундирующегося материала исходного сырья для спекания до загрузки в гранулятор) на не менее чем 10°С. Поэтому при загрузке такого гранулированного материала исходного сырья для спекания на палету агломерационной машины улучшается газопроницаемость в слое загруженного материала исходного сырья, что приводит к улучшению производительности по спеченной руде.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую технологическую схему, соответствующую изобретению, где фиг. 1(а) представляет собой схематическое изображение компоновки барабанного смесителя и трубы пара, и фиг. 1(b) представляет собой вид в поперечном разрезе для внутреннего состояния барабанного смесителя.
Фиг. 2 представляет собой график, демонстрирующий соотношение между временем вдувания водяного пара и увеличением температуры гранулированных материалов исходного сырья для спекания при изменении времени вдувания водяного пара.
Фиг. 3 представляет собой график, демонстрирующий соотношение между температурой гранулированного материала исходного сырья для спекания и уровнем содержания воды в нем после гранулирования на стороне выгрузки из барабанного смесителя.
Фиг. 4 представляет собой график, демонстрирующий соотношение между уровнем содержания воды в гранулированном материале исходного сырья для спекания и его гармоническим средним диаметром при вдувании пара в участок первой половины барабанного смесителя и при вдувании пара по всему участку барабанного смесителя.
Осуществление изобретения
2
Гранулированный материал исходного сырья для спекания (квазичастицы), предназначенный для загрузки на палету агломерационной машины в целях производства спеченной руды, обычно производят следующим образом. То есть сначала в бункере хранят компаундирующийся материал исходного сырья для спекания, содержащий: порошкообразную железную руду, характеризующуюся средним диаметром в диапазоне приблизительно от 1,0 до 5,0 мм; разнообразный источник железа, такой как различные пыли, наработанные на железоделательных предприятиях; СаО-содержащий материал, такой как известняк, негашеная известь и сталеплавильный шлак; коагуляционный материал, такой как коксовая мелочь и антрацит; и произвольный компаундирующийся материал, такой как измельченный никелевый шлак, доломит, MgO-содержащий материал, образованный из серпентина, SiO-содержащий материал, образованный из диоксида кремния (кварцевого песка), и каждый материал для спекания подают на транспортер из бункера с предварительно определенной долей и компаундируют для получения компаундирующегося материала исходного сырья для спекания. После этого компаундирующийся материал исходного сырья для спекания загружают в гранулятор, перемешивают и смешивают при одновременном добавлении необходимой влажности и гранулируют для получения гранулированного материала исходного сырья для спекания (квазичастиц), характеризующегося средним диаметром частиц в диапазоне приблизительно от 3,0 до 6,0 мм.
Термин средний диаметр частиц обозначает среднеарифметический диаметр (Dm), который определяется в виде "Dm = Σ (Vi/di)" (где Vi представляет собой долю наличия частиц в i-том диапазоне размеров частиц, а di представляет собой представительный диаметр частиц в i-том диапазоне размеров частиц).
В качестве гранулятора, использованного при гранулировании компаундирующегося материала исходного сырья для спекания в изобретении, в соответствии с представленным выше описанием изобретения могут быть использованы смеситель от компании Eirich или окомкователь. Предпочтительно используют барабанный смеситель, как это продемонстрировано на фиг. 1, а также может быть использовано множество барабанных смесителей. Нижеследующее будет разъяснено при использовании в качестве гранулятора барабанного смесителя.
Гранулированный материал исходного сырья для спекания (квазичастицы), полученный в результате гранулирования в барабанном смесителе, обычно загружают и осаждают на палету агломерационной машины для получения толщины (высоты) в диапазоне приблизительно от 400 до 600 мм при использовании загрузочного устройства, расположенного на агломерационной машине, формируя слой загруженного материала исходного сырья. После этого при использовании зажигательного горна, расположенного выше слоя загруженного материала исходного сырья, зажигают углеродный материал, содержащийся в слое загруженного материала исходного сырья. Углеродный материал в слое загруженного материала исходного сырья последовательно сжигают в результате проведения подсасывания сверху вниз при использовании коробчатого проема, расположенного ниже палеты, и теплоту сгорания, выработанную в данное время, используют для сжигания и расплавления загруженного материала исходного сырья (материала исходного сырья для спекания) для спекания. После этого спеченный слой (спеченную корку), полученный на палете, просеивают после дробилки и охладителя спекания и собирают в результате разделения на продукт в виде спеченной руды в форме куска, соответствующего не менее чем 5 мм, и возвратную руду, соответствующую менее чем 5 мм.
Настоящее изобретение относится к способу изготовления гранулированного материала исходного сырья для спекания (квазичастиц) в рамках предварительной обработки материала исходного сырья для спекания, использованного в вышеупомянутом технологическом процессе производства спеченной руды. Фиг. 1 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс изготовления (гранулирования) гранулированного материала 2 исходного сырья для спекания при использовании барабанного смесителя 1.
То есть признак настоящего изобретения заключается в том, что при гранулировании компаундирующегося материала исходного сырья для спекания, например, при использовании гранулятора, такого как барабанный смеситель 1, который гранулирует компаундирующийся материал исходного сырья для спекания при использовании движения качения, в барабанный смеситель 1 вдувают (выпускают струей) водяной пар таким образом, чтобы гранулированный материал 2 исходного сырья для спекания в результате нагревания имел бы температуру, по меньшей мере на 10°С большую, чем первоначальная температура компаундирующегося материала исходного сырья для спекания при загрузке в барабанный смеситель 1 (например, температура на стороне загрузки в барабанный смеситель в диапазоне приблизительно от температуры окружающей среды до 35°С), а предпочтительно компаундирующийся материал исходного сырья для спекания нагревают и увлажняют при гранулировании таким образом, чтобы температура гранулированного материала исходного сырья для спекания находилась бы в диапазоне приблизительно от 45°С до 70°С.
В целях увеличения температуры гранулированного материала исходного сырья для спекания до температуры, большей, чем температура компаундирующегося материала исходного сырья для спекания на стороне загрузки в барабанный смеситель на не менее чем 10°С, желательно вдувать водяной пар в количестве в диапазоне от не менее чем 3 кг/т-с, предпочтительно не менее чем 4 кг/т-с, вплоть до приблизительно 25 кг/т-с, из позиции, описанной ниже. Вдуваемое количество является эффективным для улучшения производительности по спеченной руде в результате обеспечения наличия желаемого уровня содержания воды в гранулированном материале исходного сырья для спекания и обеспечения наличия хорошей газопроницаемости слоя загруженного материала исходного сырья.
В общем случае теплота конденсации воды при 100°С составляет не менее чем 2200 кДж/кг, а количество тепла при обратном превращении водяного пара в жидкую воду составляет очень большую величину даже в сопоставлении с удельной теплоемкостью воды или 4,2 кДж/кг. Фиг. 2 представляет собой график, демонстрирующий изменение температуры гранулированного материала исходного сырья для спекания после гранулирования при изменении времени вдувания водяного пара. Как это можно видеть исходя из фиг. 2, при использовании теплоты конденсации водяного пара температура компаундирующегося материала исходного сырья для спекания легко может быть увеличена до приблизительно 45°С и более, предпочтительно до приблизительно 70°С, что соответствует температуре, большей, чем температура компаундирующегося материала исходного сырья для спекания непосредственно до загрузки в барабанный смеситель не менее чем на 10°С, в результате осуществления технологического процесса гранулирования на протяжении приблизительно нескольких десятков секунд. В дополнение к этому, желательной является меньшая степень перегревания водяного пара в трубе водяного пара, поскольку уменьшается количество водяного пара, рассеиваемого вовне барабанного смесителя при отсутствии конденсации, и может быть уменьшено количество использованного водяного пара. В данном случае степень перегревания водяного пара рассчитывают в результате вычитания температуры насыщенного пара при данном давлении из температуры пара.
Однако, в соответствии с исследованием изобретателей при превышении температурой гранулированного материала исходного сырья для спекания (квазичастиц) значения, составляющего приблизительно 60°С, становится активным испарение из гранулированного материала исходного сырья для спекания, что приводит не только к уменьшению уровня содержания воды в квазичастицах после гранулирования, но также и к ощутимому поглощению тепла вследствие скрытой теплоты парообразования, в особенности, при температурах, составляющих не менее чем 70°С.
Например, фиг. 3 представляет собой график, демонстрирующий изменение значения уровня содержания воды у гранулированного материала исходного сырья для спекания на стороне выгрузки из барабанного смесителя по отношению к температуре гранулированного материала исходного сырья для спекания. Как это можно видеть исходя из данной фигуры, при достижении температурой гранулированного материала исходного сырья для спекания значения в диапазоне приблизительно от 60°С до 70°С конденсация водяного пара вследствие увеличения температуры стимулирует увеличение уровня содержания воды, но в то же самое время при достижении данной температуры уровень содержания воды начинает уменьшаться, что стимулирует так называемое испарение воды из гранулированного материала исходного сырья для спекания. То есть, при степени открытия трубы пара в 1/4, 2/4 или 3/4, чем большей будет степень открытия, тем быстрее будет увеличение уровня содержания воды вследствие нагревания. В эксперименте изобретателей, как это продемонстрировано на фиг. 3, температура гранулированного материала исходного сырья для спекания зависит от степени открытия трубы, но, наоборот, уровень содержания воды в материале уменьшается при температуре в диапазоне приблизительно от 60 до 70°С, в окрестности чего увлажнение превращается в высушивание.
Поэтому в настоящем изобретении при превышении температурой гранулированного материала исходного сырья для спекания (квазичастиц), выгруженного из барабанного смесителя, значения в диапазоне от 60 до 70°С предпочтительным является добавление технологической воды, горячей воды или конденсационной воды из водяного пара при принятии во внимание уровня содержания воды, который будет формироваться при конденсации в результате вдувания водяного пара таким образом, чтобы уровень содержания воды был бы доведен до значения, большего, чем, например, целевой уровень содержания воды (6,5 масс.%) в гранулированном материале исходного сырья для спекания на величину в диапазоне приблизительно от 0,5 масс.% до 3,0 масс.%. Помимо этого, при превышении степенью перегревания водяного пара в трубе водяного пара значения в 13,5°С, количество водяного пара, рассеиваемого вовне барабанного смесителя, увеличивается при отсутствии конденсации, и в то же самое время, как это признается, увеличение уровня содержания воды в гранулированном материале исходного сырья для спекания, обусловленное конденсационной водой, имеет тенденцию к подавлению. Поэтому при степени перегревания в трубе водяного пара, составляющей не более чем 13,5°С, в барабанном смесителе промотируется конденсация водяного пара, что уменьшает использованное количество водяного пара, и в то же самое время увеличивается уровень содержания воды в гранулированном материале исходного сырья для спекания, обусловленный конденсированной водой, что легко обеспечивает подстраивание уровня содержания воды, который является желаемым.
Далее, при воплощении настоящего изобретения также необходимо рассматривать воздействие позиции вдувания водяного пара в барабанный смеситель. На фиг. 4 демонстрируются эффекты при вдувании водяного пара в участок первой половины барабанного смесителя и при его вдувании в весь участок барабанного смесителя. Как это можно видеть исходя из фиг. 4, гармонический средний диаметр квазичастиц занимает локальный максимум при демонстрации гранулированным материалом исходного сырья для спекания надлежащего уровня содержания воды в диапазоне приблизительно от 7 до 8 масс.%. Как это демонстрируют данные результаты, при вдувании водяного пара в участок первой половины барабанного смесителя гармонический средний диаметр у гранулированного материала исходного сырья для спекания (квазичастиц) является бо́льшим, а эффект гранулирования является превосходным. Участок первой половины является участком от точки загрузки материала исходного сырья до почти что середины в направлении по длине гранулятора. Гармонический средний диаметр (Dh), использованный в данном случае, является диаметром частиц, определенным в виде "Dh = 1/Σ (Vi/di)", где Vi представляет собой долю наличия частиц в i-том диапазоне размеров частиц, а di представляет собой представительный диаметр частиц в i-том диапазоне размеров частиц, и представляет собой показатель, использованный для оценки газопроницаемости слоя порошка. Чем большим будет значение гармонического среднего диаметра (Dh), тем более продвинувшимся будет гранулирование, и тем лучшим будет воздухопроницаемость.
Примеры
2
В таблице 1 демонстрируется один пример, сопоставляющий один пример, согласующийся со способом настоящего изобретения, со сравнительным примером, следующим обыкновенному способу. В данных примерах показатель газопроницаемости, производительность и тому подобное сопоставляют на основании сравнительного примера 1, в котором водяной пар не вдувают в барабанный смеситель, (в сравнительном примере 1 температура гранулированного материала исходного сырья для спекания составляет 42,5°С вследствие тепла, выработанного при вступлении СаО, который добавлен в качестве связующего ( 2 масс.%), в реакцию с водой с образованием СаОН (увеличение температуры +7,5°С: общий момент во всех случаях) при одновременной демонстрации температурой компаундирующегося материала исходного сырья для спекания до загрузки в барабанный смеситель значения в 35°С). В сравнительном примере 2 добавление очень маленького количества водяного пара (1,9 кг/т-с) стимулирует увеличение температуры гранулированного материала исходного сырья для спекания только на 4,8°С, что представляет собой увеличение, составляющее менее чем 10°С, и не оказывает ощутимого воздействия на производительность и тому подобное. С другой стороны, в примере 1 температура гранулированного материала исходного сырья для спекания увеличивается на более чем 10°С при достижении 56,0°С, что демонстрирует отчетливый эффект применительно к показателю газопроницаемости и производительности, и большой эффект также виден и в примере 2, где увеличение температуры составляет приблизительно 35°С. Примером 3 является пример, когда водяной пар вдувают в участок первой половины барабанного смесителя (0,5 от позиции загрузки гранулятора при совокупной длине гранулятора в 1), и, как это продемонстрировано на фиг. 4, увеличивается гармонический средний диаметр у гранулированного материала исходного сырья для спекания (квазичастиц), что в результате приводит к получению значительных улучшений применительно к показателю газопроницаемости и производительности. В любом случае, как это считается, эффективным является вдуваемое количество водяного пара, составляющее не менее чем 3 кг/т-с, предпочтительно не менее чем 4 кг/т-с, в целях увеличения температуры гранулированного материала исходного сырья для спекания на стороне выгрузки из барабанного смесителя до температуры большей, чем температура на стороне загрузки на не менее чем 10°С.
Таблица 1
Сравнительный пример 1
Сравнительный пример 2
Пример 1
Пример 2
Пример 3
Температура гранулированного материала исходного сырья для спекания на стороне выгрузки из барабанного смесителя
°C
42,5
47,3
56,0
70,2
69,7
Позиция вдувания водяного пара
-
-
Весь участок
Весь участок
Весь участок
Участок первой половины
Вдуваемое количество водяного пара
кг/т-с
0
1,9
4,4
19,9
20,1
Гармонический средний диаметр у гранулированного материала исходного сырья для спекания (квазичастиц)
мм
0,95
0,96
0,94
0,95
1,05
Показатель газопроницаемости (J.P.U)
-
17,0
17,2
18,5
19,7
20,7
Выход
%
82,3
81,6
80,9
80,0
80,2
Крепость
%
73,5
73,4
73,4
73,3
73,4
Производительности
т/ч/м<sup>2</sup>
1,29
1,30
1,34
1,39
1,41
Эффект от увеличения производительности
%
-
0,83
3,80
7,12
8,79
*
Температура компаундирующегося материала исходного сырья для спекания на стороне загрузки в барабанный смеситель: 35°С.
Применимость в промышленности
Способ, соответствующий настоящему изобретению, был разъяснен при взятии примера нагревания компаундирующегося материала исходного сырья для спекания под воздействием водяного пара, но могут быть использованы и другие типы пара.
Перечень ссылочных позиций
1 барабанный смеситель
2 гранулированный материал исходного сырья для спекания.