К вопросу производства агломерата из тонкоизмельченных железорудных концентратов

УДК 669.1.022

Насыров Т.М., Макарова И.В., Дружков В.Г.

К ВОПРОСУ ПРОИЗВОДСТВА АГЛОМЕРАТА ИЗ ТОНКОИЗМЕЛЬЧЕННЫХ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ

Аннотация. В лабораторных условиях ФГБОУ ВПО МГТУ им. Носова проведены исследования по получению гибридного агломерата по японской технологии. Результаты исследований дают возможность увеличения высоты спекаемого слоя.

Ключевые слова: окомкование, спекание, гибридный агломерат.

Ввиду истощения крупных месторождений железных руд в Уральском промышленном регионе с его мощным металлургическим производством проблема снабжения металлургических заводов относительно дешевым и качественным железорудным сырьем в настоящее время существенно обострилась. Здесь имеется ряд значительных и неразработанных месторождений бедных руд.

При обогащении таких руд получают фракцию -0,074 мм. Поэтому решение проблем окускования тонкодисперсных материалов является важным процессом в условиях современной экономики.

Основным продуктом окускования тонкоизмель-ченных концентратов являются окатыши. Однако они обладают достаточно серьезным недостатком - низкой горячей прочностью. На некоторых аглофабриках мира тонкий концентрат спекают, получая агломерат - наилучшее сырье для доменных печей. Однако спекание тонкоизмельченного концентрата ограничено возможностями эксгаустеров, так как такое сырье имеет очень низкую газопроницаемость.

Япония и Украина являются «первооткрывателями» нового вида железорудного сырья -гибридного агломерата (агло-мератышей). Это сравнительно новый продукт окускования тонкодисперсного железорудного сырья, объединивший в своей технологии стадии процессов получения как агломерата, так и окатышей.

С 80-х годов прошлого века в Японии [3, 4] начато производство гибридного агломерата по технологии HPS (Hybrid Pelletized Sinter). Гибридный агломерат получают в несколько стадий (рис. 1).

Согласно японской технологии сначала проводится предварительное окомкование тонкодисперсных концентратов в гранулы (миниокатыши) крупностью 5-10 мм в тарельчатых грануляторах. Затем в барабанном окомкователе на полученные гранулы накатывается тонкоизмельченное твердое топливо (коксик или угол). Далее полученный полупродукт отправляется на агломерационную машину конвейерного типа на спекание [5, 6]. Спекание производится на агломашине, отличающейся от обычной наличием зоны сушки перед зажигательным горном.

Предварительное окомкование тонкоизмельчен-ных концентратов позволило увеличить высоту спекаемого слоя за счет улучшения газопроницаемости

6 7

Рис. 1. Технологическая схема промышленного оборудования для производства агломерата процессом HPS: 1 — шихтовые бункеры; 2 — сборочный транспортер; 3 — смесительный барабан; 4 — ленточный транспортер; 5 — тарельчатый гранулятор; 6 — коксовая (угольная) мелочь; 7 — стержневая мельница; 8 — барабанный окомкователь; 9 — роликовый укладчик; 10, 11 — бункера донной и бортовой постели; 12 — паллета; 13 — зона сушки; 14 — зажигательный горн; 15 — вакуум-камера; 16 — грохот; 17—роторная дробилка

ОБОГАЩЕНИЕ И ПОДГОТОВКА СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ К МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМУ ПЕРЕДЕЛУ

спекаемого слоя, а накатывание топлива на поверхность миниокатышей - достичь частичного плавления кальциевого феррита и получить конечную структуру гибридного агломерата, состоящую главным образом из магнетита с высокой восстановимостью.

Анализ применения гибридного окускованного сырья в Фукуяма и Курасики (Япония) при выплавке чугуна подтвердил, что по своему гранулометрическому составу оно близко к стабилизированному агломерату. Даже при наличии в гибридном агломерате 7-8% мелочи крупностью 0-5 мм проплавка его в доменной печи приводит к увеличению производительности ее и снижению расхода твердого топлива [4]. По данным исследования полученный в лаборатории гибридный продукт содержит 61,9 % Feобщ;

25,0% FeO; 7,8% SЮ2;5,87% СаО.После длительного хранения прочностные характеристики материала находились на уровне ДСТУ 3200-95: прочность на удар Ы+5 = 75,0%, прочность на истирание

Ы -5 = 6,5% [9].

Украинская технология производства гибридного агломерата существенно отличается от японской. Первая стадия производства агломератышей по украинской технологии заключается в производстве сырых окатышей высокой и низкой основности. После дозировки по массе 50 на 50% последние смешиваются и загружаются на обжиговую машину. В зоне обжига в высокоосновных окатышах образуется жидкой фазы более 20% от объема окатышей [10]. Капиллярные силы не в состоянии удержать расплавы внутри окатыша, они выходят на поверхность, смачивают низкоосновные окатыши и образуют мениски. В зоне охлаждения расплавы кристаллизуются, образуя спеки. Недостатком украинской технологии, по нашему мнению, является то, что основным железорудным минералом таких агломератышей является гематит. А значит, при восстановлении в шахте доменных печей возможно разбухание и разрушение их, как у традиционных окатышей.

В России проводятся первые шаги на пути к данной технологии: в ОАО «НЛМК» введен узел комбинированного способа окомкования шихты барабанный-тарельчатый смесители [7].

В 2013 г. в лаборатории подготовки сырья ФГБОУ ВПО «МГТУ им. Г.И. Носова» была проведена серия опытов по получению гибридного агломерата из концентрата ОАО «ММК» по японской технологии.

Технология производства гибридного агломерата включала в себя: измельчение железорудного, угольного сырья, известняка и коксика; рассеивание по фракциям; дозирование и смешивание компонентов шихты; окатывание шихты до получения миниока-тышей (гранул) в лабораторном тарельчатом грануля-торе; накатывание твердого топлива на миниокаты-ши; рассеивание полученных гранул по крупности;

проверка прочностных характеристик миниокатышей; сушка гранул оптимальной крупности; спекание ми-ниокатышей на лабораторной аглочаше; испытание полученного гибридного агломерата на прочность и истираемость; исследование микроструктуры полученного продукта.

Выявлено оптимальное время окомкования тонкого концентрата без накатывания коксика на поверхность и при накатывании его.

Опытным путем был выявлен рациональный размер миниокатышей (рис.2) при высоте спекаемого слоя 240 мм. Увеличить высоту слоя не позволяли параметры установки.

Рис. 2. Полученные в лабораторном грануляторе миниокатыши

Полученные миниокатыши подвергались упрочняющей сушке в сушильном шкафу при температуре 300°С в течение 1 ч. Еще горячие высушенные ми-ниокатыши загружались в спекательную чашу лабораторной агломерационной установки.

Полученный продукт по макроструктуре напоминал «гроздь винограда» (рис. 3, 4). Была проведена серия опытов по проверке гибридного агломерата на холодную прочность и истирание.

Рис. 3. Гибридный агломерат с оптимальным расходом твердого топлива

№1 (14). 2014

17

Рис. 4. Гибридный агломерат с избытком твердого топлива

Были изготовлены аншлифы полученного гибридного агломерата и сделаны фотографии микроструктуры (рис. 5). В дальнейшем планируется изучение фазового и химического состава полученного гибридного агломерата.

а б

Рис. 5. Микроструктура гибридного агломерата, полученного в лабораторных условиях ФГБОУВПО «МГТУ им. Г. И. Носова»: а — низ агломерационной чаши; б — середина агломерационной чаши

Список литературы

1. Progress of granulation technology for sinter mixture at JFE Steel / T.Higuchi, N. Oyama, T. Kamino, K. Yamashita // Zairyo to Pros-esu=CAMP ISIJ. 2010. № 1. P. 125-128.

2. The improvements of granulation technique for sintering efficiency developing / S.Kawachi, S. Kasama // Zairo to Prosesu=CAMP ISIJ. 2010. № 1. P. 121-124.

3. Development of sinter mixture granulation at Nisshin Steel Kure works / O. Tadashi, Y. Sassa, S. Naoya et al. // Zairo to Prosesu=CAMP ISIJ. 2010. № 1. P. 117-120.

4. Нива Я. Промышленное производство окускованного рудного доменного сырья с массовым использованием руды с низким содержанием пустой породы // Экспресс-обзор. Новейшие зарубежные достижения. 1993. № 6.

5. Сулiменко С. Енергозбер^аюча технолопя керованого рщкофазного сшкання пбридного залiзорудного матерь алу для доменного перед^: автореф.дис. Дшпропет-ровськ, 2010.

6. Инадзуми Т. Новейшие достижения в агломерации железных руд // Тэцу то хаганэ. 1996. Т. 82. №12. С. 965974. Яп.

7. Исаенко Г. Совершенствование технологии комбинированного окомкования, загрузки, зажигания и спекания агломерационной шихты: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Липецк, 2011.

8. Близнюков А.С. Развитие процесса окомкования агло-шихты в Японии // Новости черной металлургии за рубежом. 2011. №1. С. 14-20.

9. Влияние гибридного совмещения методов интенсификации агломерационного процесса на показатели спекания и качество агломерата / С.Е. Сулименко, Н.В. Игнатов, В.В. Бочка, В.Н. Ковшов, Е.Е. Вылупко // Изв. вузов. Черная металлургия. 2011. №12. С. 3-6.

10. Бережной Н.Н., Федоров С.А., Билоус В.Н. Исследование получения прочного окускованного сырья с самоплавкой пустой породой из высококремнеземистых железорудных концентратов // Повышение эффективности работы доменных печей. 1983. С. 11-15.

Сведения об авторах

Насыров Тимур Мухтасарович - магистрант института металлургии, машиностроения и материалообработки ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел. (3519) 29-84-30.

Макарова Ирина Владимировна - канд. техн. наук, и.о. доц. института металлургии, машиностроения и материалообработки ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел.: 8(3519) 29-84-30.

Дружков Виталий Гаврилович - канд. техн. наук, доц. института металлургии, машиностроения и материалообработки

ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел. (3519) 29-84-30.

♦ ♦ ♦