СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКАТЫШЕЙ
PROCEDURE FOR PRODUCTION OF PELLETS

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к производству железорудных окатышей и агломерата.
Известен способ получения окатышей, включающий подачу влажной шихты в окомкователь, зародышеобразование, доокомкование зародышей с получением сырых окатышей, обжиг окатышей и восстановление (см. Ручкин И.Е. Производство железорудных окатышей. М.: Металлургия, 1976, с.82-92). Недостатком способа является низкая прочность и степень восстановления окатышей.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения окатышей, включающий формирование гарнисажа на днище окомкователя, подачу шихты в окомкователь двумя потоками, введение первого потока шихты в поток газа с формированием газовлагошихтовой струи, формирование на днище окомкователя зоны, занятой шихтой, и зоны, свободной от шихты, напыление шихты на гарнисаж в зоне, свободной от шихты, с получением плотного слоя влажной шихты, деление упомянутого слоя влажной шихты на зародыши, доокомкование зародышей до окатышей шихтой второго потока, окислительный обжиг и восстановление окатышей (см. Патент РФ №2356951, МПК 7 С22В 1/24, БИ №15, 2009). Недостатком способа является низкая прочность и степень восстановления окатышей. Недостатки обусловлены диффузионными затруднениями, возникающими при переносе газа восстановителя с поверхности окатыша в его центр. В известной технологии пористость центральных слоев окатышей, как правило, ниже или близка пористости поверхности. В результате этого центральные слои металлизованных окатышей имеют более низкую степень восстановления по сравнению с поверхностью. По этой причине степень металлизации окатышей не превышает 80-85%. Для того чтобы повысить степень восстановления центральных слоев окатышей, необходимо в зародышах на стадии зародышеобразования сформировать проницаемые капиллярные каналы, по которым был бы облегчен диффузионный доступ газов-восстановителей к центру окатышей и повысить прочность зародышей.
Задачей изобретения является повышение прочности и степени восстановления окатышей.
Для достижения указанного технического результата в способе получения окатышей, включающем формирование гарнисажа на днище окомкователя, подачу влажной шихты в окомкователь двумя потоками, введение первого потока шихты в поток газа с формированием газовлагошихтовой струи, формирование на днище окомкователя зоны, занятой шихтой, и зоны, свободной от шихты, напыление шихты на гарнисаж в зоне, свободной от шихты, с получением плотного слоя влажной шихты, деление упомянутого слоя влажной шихты на зародыши, доокомкование зародышей до окатышей шихтой второго потока, окислительный обжиг, восстановление окатышей, в газовлагошихтовую струю дополнительно подают порообразующие добавки, в качестве которых используют измельченные до игольчатого состояния частицы растительного происхождения или растительные отходы сельскохозяйственного производства с длиной частиц 2-10 мм и диаметром 0,1-2,0 мм в количестве 1-10% от массы шихты первого потока.
Сущность изобретения заключается в следующем. Сырые окатыши на стадии окомкования предлагается получать по двухстадийной технологии. На первой стадии, называемой стадией принудительного зародышеобразования, формируются зародыши с повышенной пористостью. Они формируются путем напыления влажной шихты газовлагошихтовой струей на шихтовый гарнисаж в зоне, свободной от шихты, с получением плотного слоя шихты, разделенного на зародыши. На второй стадии формирования окатышей на поверхности зародышей формируется шихтовая оболочка известным способом переката. Для того чтобы кондиционные окатыши имели в центре повышенную пористость и проницаемые поровые каналы, необходимые для прохода газа восстановителя, на стадии зародышеобразования в структуру зародышей вводятся порообразующие добавки. В качестве порообразующих добавок используют измельченные до игольчатого состояния частицы растительного происхождения или растительные отходы сельскохозяйственного производства с длиной частиц 2-10 мм и диаметром 0,1-2,0 мм в количестве 1-10% от массы шихты первого потока. Этот процесс достигается путем ввода игольчатых частиц в структуру газовлагошихтовой струи при загрузке шихты в струйный аппарат. В струе игольчатые частицы равномерно распределяются по ее сечению и ориентируются строго вдоль линии тока газовлагошихтовой струи. При формировании напыленного слоя шихты игольчатые частицы равномерно распределяются в виде арматурного слоя, упрочняющего структуру влажных зародышей. Частицы растительного происхождения обладают развитой древовидной поверхностью, которая способствует упрочнению зародышей и формирует разветвленную сеть проницаемых капилляров. Древовидная структура измельченных растительных отходов является особым видом связующего, упрочняющего окатыш. Ее присутствие в шихте позволяет снизить содержание дорогостоящего бентонита в шихте окатышей. После формирования кондиционных окатышей структура окатышей имеет рациональную структуру, благоприятную для термообработки (сушки и обжига) и восстановления окатышей. Сухие игольчатые частицы в центре окатыша поглощают влагу из зародышей и средняя влажность окатышей уменьшается. В процессе сушки окатышей растительные частицы представляют собой трубчатые транспортные каналы, по которым влага из глубины окатышей передается на поверхность, способствуя интенсификации сушки. Во время термообработки окатышей растительные частицы сгорают, выделяя дополнительное количество тепла, и формируют внутренний источник тепловыделения. При этом образуются сквозные проницаемые каналы в теле окатыша, по которым в процессе восстановления газ-восстановитель диффундирует от поверхности к центру окатыша. В результате предлагаемой технологии повышается степень восстановления железорудных окатышей.
В качестве порообразующих добавок используются частицы растительного происхождения, для получения которых используют высушенные стебли травяного покрова (сено, солома, растительные семена), произрастающего на территории РФ в большом количестве, а также отходы сельхозпроизводства (растительный жмых, обмолоченные стебли зерновых и др.). При механическом измельчении растительных материалов образуются жесткие игольчатые фрагменты (игольчатые частицы) длиной 2-10 мм и диаметром 0,1-2,0 мм, пригодные для порообразования.
Напыление шихты, содержащей порообразующие добавки, в качестве которых используют измельченные до игольчатого состояния частицы растительного происхождения, можно реализовать с помощью струйной технологии. Подача измельченных растительных игольчатых частиц в поток газа позволяет равномерно ввести частицы в газовлагошихтовую струю и целенаправленно вводить их вместе с шихтой в структуру зародышей. Растительные частицы благодаря их высокой жесткости равномерно распределяются в струе вдоль линий тока и укладываются (внедряются) на поверхности зародышей в форме сетки, выполняющей роль арматурного слоя.
Длина измельченных до игольчатого состояния частиц растительного происхождения должна быть в пределах 2-10 мм. Если длина частицы будет менее 2 мм, то открытая пористость окатышей не повышается, проницаемые каналы не образуются и трудно сформировать сетчатую (арматурную) структуру сначала в зародышах, а затем в центре окатышей. Такая структура окатышей не позволяет повысить прочность и восстановимость окатышей при восстановлении. Если длина частиц будет более 10 мм, то в этом случае размер волокна превышает размер зародыша, что затрудняет процесс переката на тарели окомкователя. Нарушается округлая форма окатышей, что препятствует их равномерному окатыванию, снижается прочность окатышей, что противоречит задаче изобретения. Диаметр растительных частиц должен быть в пределах 0,1-2,0 мм. Если частицы будут иметь диаметр менее 0,1 мм, то в этом случае возможен его разрыв на мелкие части, что не позволяет сформировать проницаемые каналы необходимой длины и повысить прочность окатышей. Это также противоречит цели изобретения. Если диаметр частиц будет более 2,0 мм, то в этом случае образуются крупные продольные (после окислительного обжига) поровые каналы, снижающая прочность окатышей. Количество растительных игольчатых частиц должно быть 1-10% от массы шихты первого потока. Содержание частиц в шихте первого потока менее 1% не позволяет существенно повысить пористость и степень восстановления окатышей. Если содержание игольчатых частиц будет более 10%, то их объем значительно увеличивается, что затрудняет равномерное распределение частиц по сечению зародыша и способствует уменьшению прочности зародышей, а затем и прочности окатышей. Напылять шихту, содержащую игольчатые частицы, предпочтительно на зародыши размером 5-10 мм. В этом случае задача изобретения будет достигнута.
Применение порообразующих материалов в производстве окатышей хорошо известно. Одно из таких решений основано на напылении влажной шихты, содержащей органические нитевидные частицы, на поверхность зародышей (Патент РФ №2280085, МПК 7 С22В 1/24, БИ №20, 2005, опубл. 20.07.06). В этом решении предлагается использовать волосяные нитевидные частицы, напыляемые вместе с шихтой на поверхность окатышей. В отличии от предлагаемого технического решения нитевидные частицы не обладают жесткостью игольчатых частиц, поэтому при напылении сминаются. Поэтому при их использовании трудно получить проницаемые поровые каналы. У нитевидных частиц нет разветвленной структуры, характерной для растительных игольчатых частиц, и также отсутствует трубчатая структура волокон, характерная для растительных частиц. На основании изложенного предлагаемое техническое решение по характеру формирования пористости и виду проницаемых каналов существенно отличается от известного решения.
Таким образом, за счет отличительных от прототипа признаков заявленный способ получения окатышей имеет новые свойства: формируются сквозные проницаемые каналы во всем диапазоне термообработки, включая сушку, подогрев, окислительный обжиг и восстановление; порообразующие частицы обладают трубчатой структурой, облегчающей влагоудаление при сушке; формирование разветвленной сети капиллярных каналов игольчатыми частицами, имеющими древовидную структуру, получаемую в процессе механического измельчения и существенно упрочняющую окатыши; применение в качестве порообразующих материалов продуктов растительного происхождения и отходов сельскохозяйственного производства, что предложено впервые в практике производства окатышей; формирование сетчатой арматурной структуры зародыша, упрочняющей весь окатыш; интенсификация сушки, окислительного обжига и восстановления окатышей за счет появления эффективного транспортного канала между центром и поверхностью окатыша; снижение влажности окатышей за счет поглощения влаги сухими растительными частицами. Указанные признаки соответствуют критериям новизны и изобретательского уровня. Повышение прочности окатышей и улучшение их восстановимости в совокупности позволяет считать предлагаемый способ получения окатышей более эффективным для промышленного производства.
Способ подготовки шихты к спеканию реализуется с помощью устройства, показанного на чертеже. Устройство содержит окомкователь 1, в который подается влажная шихта потоком 2 и потоком 3. Для формирования газовлагошихтовой струи 4 в рабочем пространстве окомкователя установлен струйный аппарат 5. Струйный аппарат содержит патрубок 6 для подачи шихты потока 2, тракт 7 подачи сжатого воздуха и патрубок 8 подачи игольчатых частиц растительного происхождения. Патрубок 8 соединен с измельчителем 9, на входном тракте которого установлен бункер 10. В процессе работы окомкователя формируется зона 11, свободная от шихты, и зона 12, занятая материалом. Воздушно-шихтовая струя напыляет шихту потока 2 на гарнисаж в зоне 11 с образованием плотного напыленного слоя шихты 13. Напыленный слой делится продольным делителем 14 и поперечным 15. После деления слоя образуются зародыши 16, которые поступают в зону 12 и шихтой потока 3 доокомковываются до кондиционных окатышей 17.
Способ подготовки шихты к спеканию осуществляется следующим образом. В рабочее пространство окомкователя 1 подается влажная шихта потоками 2 и 3. Поток 2 влажной шихты участвует в зародышеобразовании с получением зародышей. Он подается в струйный аппарат 5 по отдельному тракту. Одновременно в струйный аппарат по патрубку 8 самотеком подаются игольчатые частицы растительного происхождения. Сырьем для получения игольчатых частиц растительного происхождения являются материалы растительного происхождения (сено, солома, обмолоченные стебли, растительный жмых), которые из бункера 10 поступают в измельчитель 9, соединенный на выходе с патрубком 8. В измельчителе сырье механически измельчается до игольчатого состояния с длиной частиц 2-10 мм и диаметром 0,1-2,0 мм. При работе измельчителя возможно регулирование длины и диаметра игольчатых частиц. Для напыления влажной шихты и игольчатых частиц служит газовлагошихтовая струя 4, которая формируется с помощью струйного аппарата 5. Через патрубок 6 струйного аппарата одновременно подается шихта потока 2, сжатый воздух подается по тракту 7, растительные игольчатые частицы подаются по патрубку 8. Газовлагошихтовая струя 4 напыляет шихту потока 2, содержащую измельченные растительные частицы, на гарнисаж в зоне 11, свободной от шихты, при этом образуется плотный напыленный слой 13, в котором равномерно в вертикальном состоянии рассредоточены игольчатые частицы. Напыленный слой делится продольным 14 и поперечным 15 делителями, после чего образуются зародыши 16, содержащие игольчатые частицы растительного проихождения, в количестве 1-10% от массы шихты потока 2. Зародыши поступают в зону 12, занятую материалом, куда подается шихта поток 3 и одновременно происходит доокомкование зародышей до кондиционных сырых окатышей 17. После этого сырые окатыши подвергаются термообработке (сушке и обжигу) и восстановлению. Агрегаты для термообработки и восстановления на чертеже не показаны.
2
Пример. Отработку способа получения окатышей проводили на комплексной лабораторной установке, содержащей тарельчатый окомкователь диаметром 0,62 м, печи обжига и восстановления. Технология напыления шихты, содержащей растительные игольчатые частицы, была организована согласно технологической схеме, представленной на чертеже. В рабочее пространство окомкователя загружали 10 кг влажной шихты, содержащей концентрат Тейского месторождения, 1% бентонита. Шихту загружали двумя потоками. Масса шихты первого потока составляла 3 кг, а масса шихты второго потока 7 кг. Для получения игольчатых растительных частиц использовали обмолоченные стебли зерновых культур (пшеницы, ржи). Их измельчали в лабораторном измельчителе. В струйный аппарат одновременно подавали шихту, игольчатые частицы растительного происхождения и сжатый воздух. Образующийся напыленный слой делили делителями и получали зародыши, размером 8-10 мм. Зародыши, содержащие игольчатые частицы растительного происхождения, поступали в зону, занятую шихтой второго потока, где доокомовывались до кондиционных окатышей размером 15-16 мм. Прочность окатышей измеряли. Затем окатыши сушили и обжигали в электрической печи СУОЛ, после чего в этой же печи осуществляли восстановление окатышей при температуре 850°С смесью газов-восстановителей (90% СО и 10% H). После термообработки определяли степень восстановления окатышей. В экспериментах определяли влияние размеров игольчатых частиц растительного происхождения и их массы в зародышах на степень восстановления окатышей. Результаты экспериментов представлены в таблице.
Таблица
№ п.п.
Параметры игольчатых частиц растительного происхождения
Массовое количество игольчатых частиц, %
Прочность сырых окатышей, Н/окатыш
Степень восстановления окатышей, %
длина, мм
диаметр, мм
1
2
0,1
1
13,1
85,9
2
2
0,1
10
12,4
86,4
3
2
2,0
1
11,7
86,1
4
2
2,0
10
11,5
86,7
5
10
0,1
1
11,3
86,6
6
10
0,1
10
11,2
89,1
7
10
2,0
1
11,3
86,9
8
10
2,0
10
11,1
89,5
Данные прототипа
9
-
-
-
10,9
85,0
Как видно из полученных данных, способ получения окатышей, основанный на использовании в качестве порообразующих добавок игольчатых частиц растительного происхождения длиной 2-10 мм и диаметром 0,1-2,0 мм, вводимых в количестве 1-10% в структуру зародышей, позволяет повысить прочность окатышей на 1,8-20,1% (отн.) и степень восстановления окатышей на 0,9-4,5% (абс.).