СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ ОКАТЫШЕЙ
PRODUCTION OF IRON ORE PELLETS

Заявляемый способ 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 способу является выбранный в качестве прототипа способ производства окатышей, включающий подготовку шихты для сырых окатышей, содержащей железосодержащий материал, окомкование шихты с получением сырых окатышей, сушку, обжиг и охлаждение окатышей. В процессе термообработки окатыши подвергают выдержке при температуре 1150-1230°C в зоне выдержки, расположенной между зонами обжига и рекуперации и имеющей относительную площадь 0,6-1,0 площади зоны рекуперации, а охлаждение осуществляют с постепенным снижением температуры охлаждающего агента от 200-300°C до температуры наружного воздуха (патент РФ №2353676, опубл. 24.04.2012).
У заявляемого способа и прототипа совпадают следующие существенные признаки. Оба способа включают подготовку шихты для сырых окатышей, которая содержит железосодержащий материал, окомкование шихты с получением сырых окатышей, сушку, обжиг и охлаждение окатышей.
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 металлсодержащие шлам и пыль газоочисток доменного, или мартеновского, или конвертерного, или электросталеплавильного производств или их смесь. Кроме того, при производстве железорудных окатышей не обеспечивается улавливание такого ценного продукта, как цинковый концентрат, который содержит оксид цинка.
В основу заявляемого объекта поставлена задача создать такой способ производства железорудных окатышей, в котором усовершенствование путем введения новых действий позволило бы при использовании объекта обеспечить достижение технического результата, заключающегося в повышение 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.
Суть заявляемого способа заключается в следующем. Способ производства железорудных окатышей включает подготовку шихты для сырых окатышей, которая содержит железосодержащий материал, окомкование шихты с получением сырых окатышей, сушку, обжиг и охлаждение окатышей. Отличительной особенностью заявляемого способа является следующее. При подготовке шихты для сырых окатышей смешивают отсев кокса, гашенную известь и железосодержащий материал, в качестве которого используют шлам и/или пыль газоочисток доменного, или мартеновского, или конвертерного, или электросталеплавильного производств или их смесь. 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. Полученную шихту перемещают на тарельчатый гранулятор и увлажняют до содержания влаги 12-16 масс.%. Сушку полученных окатышей осуществляют в ленточной сушилке при 150-250°C в течение 1-3 часов. Затем осуществляют рассев сухих окатышей на двухситном грохоте на фракции кондиционных и некондиционных по размеру окатышей. Кондиционные окатыши перемещают на обжиг в барабанную вращающуюся обжиговую противоточную печь. Обжиг окатышей осуществляют при 950-1050°C в течение 2-3 часов. Отходящие от обжиговой печи запыленные газы направляют на газоочистку, а обожженные металлизованные железорудные окатыши охлаждают в холодильнике.
В частных случаях использования заявляемый способ отличается тем, что:
- при содержании цинка в железосодержащем материале более 1-го масс.% рассев сухих окатышей перед обжигом осуществляют до размера 3-10 мм, а отходящие от обжиговой печи запыленные газы, содержащие оксид цинка, направляют на газоочистку для улавливания цинкового концентрата в рукавных фильтрах;
- для шихты используют отсев металлургического кокса и гашеную известь, с размером частиц не превышающим 300 мкм;
- для шихты используют компоненты с размером частиц, не превышающим 300 мкм, и в эту шихту добавляют отсеянные некондиционные по размеру окатыши, после измельчения их до частиц, размер которых не превышает 300 мкм.
При использовании заявляемого способа достигается технический результат, заключающийся в повышение эффективности утилизации отходов металлургического производства за счет использования при производстве железорудных окатышей таких отходов металлургического производства, как шлам и пыль газоочисток доменного, или мартеновского, или конвертерного, или электросталеплавильного производств или их смеси. Кроме того, при производстве железорудных окатышей обеспечивается улавливание такого ценного продукта, как цинковый концентрат, который содержит оксид цинка.
Между совокупностью существенных признаков заявляемого способа 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 смесь, 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; подача полученной шихты на тарельчатый гранулятор и увлажнение ее до содержания влаги 12-16 масс.%, сушка полученных окатышей в ленточной сушилке при 150-250°C в течение 1-3 часов, последующий рассев сухих окатышей на двухситном грохоте на фракции кондиционных и некондиционных по размеру окатышей, перемещение кондиционных окатышей на обжиг в барабанную вращающуюся обжиговую противоточную печь, обжиг окатышей при 950-1050°C в течение 2-3 часов, перемещение отходящих от обжиговой печи запыленных газов на газоочистку, а обожженных металлизованных окатышей на охлаждение в холодильник - обеспечивает получение 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 металлургического производства 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 оксид цинка.
Осуществление, при содержании цинка в железосодержащем материале более 1-го масс.%, рассева сухих окатышей перед обжигом до размера 3-10 мм и перемещение отходящих от обжиговой печи запыленных газов, содержащие оксид цинка, на охлаждение и на газоочистку для улавливания цинкового концентрата в рукавных фильтрах, обеспечивает восстановление и возгонку цинка из всего сравнительно небольшого объема каждого окатыша, улавливание и сбор такого ценного продукта, как цинковый концентрат, который содержит оксид цинка.
Измельчение отсеянных некондиционных по размеру окатышей и перемещение полученного порошка в смеситель шихты для сырых окатышей позволяют в более полной мере использовать такие металлосодержащие отходы металлургического производств, как шлам и пыль газоочисток при улавливании такого ценного продукта, как технический цинковый концентрат, содержащий оксид цинка.
При этом улучшается качество железорудных окатышей, изготовленных из шихты, содержащей отсев кокса, гашенную 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, 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 окатышей.
Использование в качестве связующего 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 сухих окатышей перед сушкой.
Использование в качестве связующего гашеной извести в количестве более 0,20 от общего количества отсева металлургического кокса и железосодержащего материала нецелесообразно потому, что при этом снижается выход кондиционных окатышей перед сушкой в результате снижения их прочности.
Увлажнение шихты при окомковании на тарельчатом грануляторе до влажности менее 12 масс.% нецелесообразно потому, что при этом снижается выход кондиционных окатышей из-за ухудшения адгезионных свойств неувлажненных компонентов шихты на тарели гранулятора.
Увлажнение шихты при окомковании на тарельчатом грануляторе до влажности более 16 масс.% нецелесообразно потому, что при этом снижается выход кондиционных окатышей из-за снижения прочности сырых окатышей перед сушкой.
Осуществление сушки полученных окатышей в ленточной сушилке при температуре менее 150°C и в течение менее одного часа нецелесообразно потому, что при этом снижается выход кондиционных окатышей из-за снижения прочности сухих окатышей.
Осуществление сушки полученных окатышей в ленточной сушилке при температуре более 250°C и в течение более 3-х часов нецелесообразно потому, что при этом возрастают энергозатраты на реализацию процесса сушки без улучшения качества сухих окатышей.
Осуществление обжига окатышей при температуре менее 950°C в течение менее 2-х часов, нецелесообразно потому, что при этом ухудшается качество обожженных окатышей в результате снижения степени восстановления и возгонки цинка из окатышей и снижения прочности окатышей после обжига.
Осуществление обжига окатышей при температуре более 1050°C в течение более 3-х часов нецелесообразно потому, что не приводит к дальнейшему увеличению степени извлечения цинка при повышении расхода природного газа на отопление обжиговой печи.
Улавливание в рукавных фильтрах оксида цинка при использовании для приготовления шихты для сырых окатышей шлама и пыли газоочисток металлургического производства с содержанием цинка в железосодержащем материале менее 1-го масс.% нерационально потому, что относительно малый объем получаемого цинкового концентрата не оправдывает значительные капитальные и эксплуатационные затраты на систему газочистки с рукавными фильтрами.
При содержании цинка в железосодержащем материале более 1-го масс.% осуществлять рассев сухих окатышей перед обжигом до размера менее 3 мм нерационально, потому, что при этом ухудшаются технологические качества окатышей.
При содержании цинка в железосодержащем материале более 1-го масс.% 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 для шихты отсева металлургического кокса и гашеной извести с размером частиц, превышающим 300 мкм, нерационально потому, что снижается выход кондиционных окатышей в результате снижения их прочности.
Использование для шихты компонентов с размером частиц, превышающим 300 мкм, и добавление в эту шихту отсеянных некондиционных по размеру окатышей, после измельчения их до частиц, размер которых превышает 300 мкм нерационально потому, что при этом снижается выход кондиционных окатышей из-за снижения прочности сырых окатышей.
Шламы газоочисток металлургических производств желательно использовать с влажностью не более 16 масс.%. При влажности железосодержащих шламов более 16 масс.% их необходимо подсушивать.
Заявляемый способ может быть реализован с помощью технологической линии производства железорудных окатышей, сущность которой поясняется графическими материалами, на которых изображено:
на фиг.1 - блок-схема технологической линии производства железорудных окатышей;
на фиг.2 - вид сверху на тарель тарельчатого гранулятора.
На представленных графических материалах использованы следующие обозначения:
1 - смеситель шихты для сырых окатышей;
2 - дозатор отсева кокса;
3 - дозатор гашеной извести;
4 - дозатор железосодержащего материала;
5 - система увлажнения шихты;
6 - тарельчатый гранулятор;
7 - устройство для сушки окатышей;
8 - устройство для рассева окатышей;
9 - шаровая мельница;
10 - устройство для обжига окатышей;
11 - система газоочистки;
12 - устройство для охлаждения окатышей;
13 - форсунка;
14 - форсунка;
15 - тарель;
16 - питатель шихты;
17 - съемный нож.
В конкретном примере выполнения технологическая линия производства железорудных окатышей содержит устройства, установленные в технологической последовательности и соединенные транспортными средствами. Над смесителем шихты для сырых окатышей 1 установлен дозатор отсева кокса 2, дозатор гашеной извести 3 и дозатор железосодержащего материала 4, которые соединены транспортным средством со смесителем шихты для сырых окатышей 1. Далее установлены система увлажнения шихты 5, тарельчатый гранулятор 6, устройство для сушки окатышей 7, устройство для рассева окатышей 8, шаровая мельница 9, устройство для обжига окатышей 10, система газоочистки 11 и устройство для охлаждения окатышей 12.
Смеситель шихты для сырых окатышей 1 приспособлен для смешивания 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 смесь.
Окомкователь шихты для получения сырых окатышей выполнен в виде тарельчатого гранулятора 6. При этом форсунки 13 и 14 системы увлажнения шихты 5 расположены диаметрально противоположно над тарелыо 15 тарельчатого гранулятора между питателем шихты 16 и съемным ножом 17.
Устройство для сушки окатышей 7 выполнено в виде ленточной сушилки. Устройство для рассева окатышей 8 выполнено в виде двухситного грохота. Устройство для обжига окатышей 10 выполнено в виде барабанной вращающейся обжиговой противоточной печи, которая соединена с системой газоочистки 11, оборудованной рукавными фильтрами. Устройство для охлаждения окатышей 12 выполнено в виде барабанного холодильника.
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 масс.%.
В нижеприведенной таблице 1 указано 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, масс.%
54
56
58
59
56,75
Содержание цинка, масс.%
0,9
2,5
3,7
6,2
3,32
Суммарное содержание железа и цинка, масс.%
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 масс.% шлама газоочистки доменного производства и пыли мартеновского, конвертерного и электросталеплавильного производств. Для используемого железосодержащего материала определяют суммарное количество в нем железа и цинка. Например, в этом железосодержащем материале железа - 56,75 масс.%, цинка - 3,32 масс.%, суммарно - 60,07 масс.%. 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. В этом примере при подготовке шихты для сырых окатышей в смесителе необходимо смешать 100,00 кг железосодержащего материала, 78,09 кг отсева металлургического кокса и 28,5 кг гашеной извести.
Компоненты шихты в необходимом количестве загружают в смеситель шихты для сырых окатышей 1 через весовые дозаторы: дозатор отсева кокса 2, дозатор гашеной извести 3 и дозатор железосодержащего материала 4. В закрываемом герметично смесителе шихты для сырых окатышей 1 смешивают в заданных количествах отсев кокса, гашеную известь и железосодержащий материал. Полученную шихту перемещают на тарельчатый гранулятор 6. На тарель 15 тарельчатого гранулятора 6 комки шихты попадают из питателя шихты 16. Над тарелью 15 через диаметрально расположенные форсунки 13 и 14 системы увлажнения шихты 5 распыляется вода для увлажнения шихты до влажности 12-16 масс.%. На тарельчатом грануляторе 6 осуществляется окомкование шихты до получения сырых окатышей, которые снимаются с тарели 15 съемным ножом 17.
Полученные окатыши сушат в ленточной сушилке устройства для сушки окатышей 7 при 200°C в течение 2-х часов. Затем на двухситном грохоте в устройстве для рассева окатышей 8 осуществляют рассев сухих окатышей на фракции кондиционных и некондиционных по размеру окатышей. Кондиционные окатыши перемещают на обжиг в барабанную вращающуюся обжиговую противоточную печь устройства для обжига окатышей 10. Обжиг окатышей осуществляют при 1000°C в течение 2,5 часа. Отходящие от обжиговой печи запыленные газы, содержащие оксид цинка, направляют в систему газоочистки 11 для улавливания цинкового концентрата в рукавных фильтрах. В системе газоочистки 11 запыленные газы перед рукавными фильтрами охлаждаются до допустимого значения путем подсоса атмосферного воздуха в газоход через регулирующий клапан.
Обожженные металлизованные железорудные кондиционные окатыши охлаждают в барабанном холодильнике устройства для охлаждения окатышей 12.
Отсеянные некондиционные по размеру окатыши измельчают в шаровой мельнице 9 до частиц, размер которых не превышает 300 мкм. Полученный порошок с использованием транспортера перемещают в качестве добавки для шихты в смеситель шихты для сырых окатышей 1.
При содержании цинка в железосодержащем материале менее 1-го масс.%, 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 масс.%, 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 при их обжиге.
В техническом цинковом концентрате, собранном с рукавных фильтров системы газоочистки 11, содержится 72-75% оксида цинка.