СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА АГЛОМЕРАТА ДЛЯ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ
MANUFACTURING METHOD OF AGGLOMERATE FOR BLAST-FURNACE MELTING

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно - к окускованию доменного сырья методом агломерации с вовлечением в передел материалов, содержащих вредные примеси.
Известен способ производства агломерата, в котором в аглошихту вводят металлургические отходы, в частности сталеплавильный шлак, а его расход устанавливают в зависимости от основности и температуры спекания агломерата (С.В.Смирнов, В.А.Куксенко, Н.В.Игнатов и др. Способ агломерации. Авт. Свид. СССР №1488334, С22В 1/24. Опубл. 23.06.89. Бюл. №23). В способе рассматривается только изменение прочности агломерата и экономия флюса при применении металлургических отходов, таких как конвертерный и мартеновский шлаки, причем их использование рассматривается отдельно, в то время как целесообразно рассматривать совместно. В данном способе также не рассматриваются вопросы, связанные с внесением вредных компонентов в аглошихту вторичным сырьем.
Наиболее близким к заявляемому является способ спекания доменного и конвертерного шламов с концентратами КМА (Поведение цинка при спекании доменного и конвертерного шламов с концентратами КМА / Сталь №5, 2003, с.2-6, Г.В.Коршиков, С.Л.Зевин, В.В.Греков и др.).
В данном способе рассматривается вопрос удаления цинка, вносимого в аглошихту шламами, который наиболее негативно влияет на показатели доменной плавки. Однако повышенный расход углерода на спекание (18-20%) и снижение удельной производительности аглопроцесса в 3-5 раз делает его технически и экономически нецелесообразным, а другие варианты способом не предусматриваются.
Ограничительными факторами использования вторичных железосодержащих материалов в аглодоменном производстве является наличие вредных примесей, особенно цинка, тем более, если его активно вносит также и железорудный концентрат. В доменной печи цинк разрушает футеровку, образует настыли, отлагается в газоотводах, нарушая газодинамику процесса и ухудшая все показатели плавки.
В предлагаемом способе производства агломерата для доменной плавки технический результат, выражающийся в снижении содержания цинка в продукте, достигается за счет новых технологических приемов подготовки аглошихты к спеканию, а экономический результат - за счет возможного повышения степени использования вторичных ресурсов и экономии минерального сырья.
Предлагаемый способ производства агломерата для доменной плавки, включающий подготовку аглошихты, состоящей из железорудных концентратов, флюса, топлива и отходов металлургического производства, в том числе цинкосодержащего шлама, отличается от известного тем, что при подготовке аглошихты путем предварительного смешивания или в процессе дозирования ее компонентов обеспечивают непосредственный контакт цинксодержащих материалов со смесью конвертерного шлака и сталеплавильного скрапа, при этом соотношение шлама и шлако-скраповой смеси устанавливают равным (5-25)%:(95-75)% соответственно, изменяя долю шлама обратно пропорционально увеличению содержания оксида цинка в нем в пределах 0,15-1,75%. При одновременном использовании в аглошихте цинксодержащих железорудного концентрата и шлама шлам вводят в нее в количестве 2-15 кг/т агломерата обратно пропорционально увеличению доли цинксодержащего концентрата.
Сталеплавильные шлаки после дробления и сортировки используются непосредственно в доменной печи (фракция крупнее 10 мм) и в аглошихте (фракция 0-10 мм). Кроме того, смесь сталеплавильных шлаков после дробления и магнитной сепарации используется в виде скрапа с повышенным содержанием железа, в том числе металлического, также в доменной и агломерационной шихте.
Удаление цинка в процессе спекания возможно лишь при условии его восстановления из соединений, где он находится в окисленной форме. Из железистых расплавов цинк восстанавливается полнее и быстрее. Более быстрое восстановление объясняется взаимодействием ZnO с металлическим железом.
Металлическое железо сталеплавильного скрапа служит катализатором образования расплава, который активно подпитывается вновь восстановленным железом из концентратов. Степень развития этого процесса определяется количеством сталеплавильного скрапа и топлива в шихте. Насыщенный углеродом железистый расплав образуется в первые минуты спекания. Капли этого расплава опережают скорость движения зоны горения и при соприкосновении с шихтой охлаждаются.
Соединения цинка в шихтовых материалах восстанавливаются в зоне горения топлива углеродом, монооксидом углерода и металлическим железом. К факторам, повышающим степень удаления цинка из шихты, относятся увеличение основности шихты и содержание в ней металлического железа за счет создания шлако-скраповой смеси и обеспечения непосредственного контакта с ней цинксодержащих компонентов.
В промышленных условиях способ утилизации цинксодержащего шлама реализуется по нескольким вариантам.
Например, в виде пульпы шлам подается на площадку шлакопереработки, где формируется шлако-скраповая смесь. К ней подмешивают шлам и создает штабель из смеси материалов в соотношении, соответствующем содержанию оксида цинка в шламе. Образовавшийся материал подается в бункер шихтового отделения аглофабрики, из которого он дозируется на сборный конвейер в виде самостоятельного компонента наряду с железорудными концентратами, флюсом и топливом.
По другому варианту в шихтовом отделении бункеры с материалами располагаются так, что после выдачи на конвейер цинкосодержащего концентрата из следующего бункера на него выдается шлако-скраповая смесь, а затем цинксодержащий шлам. Последовательность выдачи материалов может быть и такой: шлам - шлако-скраповая смесь - концентрат. В обоих случаях после дозирования при последующем смешивании и окомковании шихты кусочки шламо-скраповой смеси являются центрами образования гранул с оболочкой из шлама и концентрата. Это обеспечивает непосредственный тесный контакт материалов и повышает степень удаления цинка в процессе последующего спекания.
В промышленных опытах использовали вариант подготовки шихты к спеканию с созданием смеси из шлама, шлака и скрапа. Использовали шихтовые материалы, химический состав которых приведен в табл.1.
Таблица 1
Химический состав материалов.
№
Материал
Содержание, %
Fe<sub>общ</sub>
Fe<sub>мет</sub>
FeO
SiO<sub>2</sub>
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
CaO
MgO
ZnO
1
Шлам из золошламонакопителя ЗШН-1
45,2
<1,0
10,54
4,03
0,99
0,54
6,12
0,15
2
Шлам из золошламонакопителя ЗШН-2
46,8
<1,0
10,41
5,30
1,17
5,31
3,88
0,50
3
Шлам газоочисток ШГ
37,9
2,62
56,84
1,64
0,32
12,27
4,77
1,75
4
Шлак конвертерный КШ
22,4
2,5
18,1
12,7
1,80
42,10
8,80
0,003
5
Скрап сталеплавильный СС
43,08
22,1
17,7
6,7
2,0
21,25
8,26
0,037
6
Железорудный цинксодержащий концентрат ЦК
64,0
-
24,3
0,81
1,88
0,41
5,81
0,041
7
Железорудный концентрат с кремнистой пустой породой КК
65,6
-
27,7
7,17
0,26
0,47
0,51
0,004
2
3
Спекали агломерат основностью по CaO/SiO 1,60 из расчета соотношения агломерата и окатышей в шихте доменной печи объемом 5500 м 70:30.
Для офлюсования использовали рядовой известняк, содержание углерода в шихте 3,6% и возврата 34-36%.
2
Показатели степени удаления цинка при спекании агломерата на агломашине площадью 312 м в зависимости от соотношения шлама и шлако-скраповой смеси при применении предлагаемого способа достигли 8-10% в сравнении с 3-4% по обычной технологии без создания непосредственного контакта материалов. Расход топлива на спекание не увеличивали.
При этом в зависимости от содержания ZnO в шламе такая степень удаления цинка составила при использовании шлама ЗШН-1 в процентном соотношении со смесью КШ+СС 25:75, при использовании ЗШН-2 15:85 и при использовании ШГ 5:95 соответственно.
Пределы изменения состава шихты определялись максимально допустимым внесением цинка в доменную печь 0,3 кг/т чугуна.
Результаты расчетов приведены в табл.2.
Таблица 2
Результаты расчета предельно допустимого внесения содержания цинка с агломератом
№
Содержание ZnO в агломерате, %
Внесение цинка в доменную печь при процентном соотношении агломерат: окатыши 70:30
КК, %
ЦК, %
ЗШН-2, кг/т агломерата
КШ+СС, кг/т агломерата
1
65
35
15
85
0,022
0,296
2
60
40
9
51
0,020
0,286
3
55
45
2
11,3
0,019
0,280
При увеличении доли окатышей в доменной шихте с 30% до 60% увеличение доли агломерата, например, опыта 1 (табл.2) допустимо с использованием в аглошихте шлама ЗШН-2 до 10-15 кг/т агломерата, что вносит в доменную печь цинка 0,268 и 0,296 кг/т чугуна.
При использовании в промышленных условиях подготовки шихты с последовательностью дозирования на конвейер шлам - шлако-скраповая смесь - концентрат ЦК степень удаления цинка в процессе спекания составила 8,8%.
Таким образом, при одновременном использовании цинксодержащего концентрата ЦК, являющегося наряду с концентратом КК основным рудным компонентом шихты и поэтому вносящим в аглошихту наибольшее количество цинка, долю шлама следует изменить в пределах 2-15 кг/т агломерата обратно пропорционально доле ЦК.
Эксплуатация доменной печи в шихтовых условиях, предусмотренных производством агломерата данным способом, позволила стабильно вести плавку в течение длительного периода, а в аглопроизводстве сэкономить железорудные концентраты за счет использования вторичных ресурсов с коэффициентом замены 0,8. При выдувке печи в период проведения капитального ремонта 2 разряда не отмечено разрушения огнеупорной кладки и наличия настылей в шахте печи.