Применение окатышей в доменных печах

Обновлено: 07.05.2024

Способ производства окатышей с целью повышения технико-экономических показателей доменных печей

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к производству железорудного сырья и его последующей плавке в доменных печах. Изобретение подразумевает получение сырых окатышей, их последующую сушку, нагрев, обжиг, рекуперацию и охлаждение на обжиговой машине, разгрузку обожженных окатышей с обжиговой машины и загрузку обожженных окатышей, имеющих температуру выше 250°С, в доменную печь. Окатыши подвергают на обжиговой машине частичному охлаждению, разгружают с обжиговой машины с температурой 250-850°С, накапливают их в бункере и транспортируют горячие окатыши в загрузочное устройство доменной печи с использованием транспортного газового агента. Изобретение позволит снизить капитальные затраты на строительство обжиговой машины за счет уменьшения ее площади, повысить производительность доменной печи и снизить расход кокса за счет повышения температуры загружаемых окатышей. 5 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к производству железорудного сырья и его последующей плавке в доменных печах.

Известно, что существующая технология производства сырья и его доменной плавки состоит из ряда стадий:

1. Образование сырых окатышей.

2. Сушка, нагрев, обжиг, рекуперация и охлаждение.

3. Загрузка холодных железорудных материалов в доменную печь и их последующая восстановительно-тепловая обработка (см. Вегман Е.Ф. Металлургия чугуна. - М.: Металлургия, 1978, с.114-118, 123-132).

В данных технических решениях сначала обожженные окатыши охлаждают на конвейерной обжиговой машине до 50-100°С, а затем снова нагревают в верхних горизонтах доменной печи. На охлаждение окатышей предусмотрено 30-40% площади обжиговой машины. На последующий нагрев железорудных материалов до температур интенсивного восстановления (600-800°С) затрачивается до 15-20 кг дорогостоящего кокса.

Наиболее близким техническим решением является способ производства окатышей, включающий образование сырых окатышей, сушку, нагрев, обжиг, рекуперацию и охлаждение. При этом в данном способе перед загрузкой в доменную печь окатыши нагревают до температуры 150-800°С (JP №55-028320, кл. С21В 5/00, опубл. 28.02.1980).

В данном патенте аналогично процитированным выше аналогам обожженные окатыши охлаждают на конвейерной обжиговой машине до 50-100°С, затрачивая дополнительную энергию сначала на охлаждение, а затем на нагрев окатышей в дополнительном технологическом оборудовании.

Технической задачей, на которую направлено данное изобретение, является снижение энергетических затрат за счет экономии кокса при одновременном снижении капитальных затрат за счет уменьшения площади обжиговой машины.

Поставленная техническая задача решается в способе подготовки железорудного сырья для доменной плавки, включающем производство сырых окатышей, последующую сушку, нагрев, обжиг, рекуперацию и охлаждение на обжиговой машине, разгрузку обожженных окатышей с обжиговой машины и загрузку обожженных окатышей, имеющих температуру выше 250°С в доменную печь, за счет того, что окатыши подвергают на обжиговой машине частичному охлаждению, разгружают с обжиговой машины с температурой 250-850°С, накапливают их в бункере и транспортируют горячие окатыши в загрузочное устройство доменной печи с использованием транспортного газового агента.

Сушку, нагрев, обжиг, рекуперацию и охлаждение осуществляют на обжиговой машине, тепловая схема и конструкция которой сокращена за счет последней зоны охлаждения, обеспечивающей снижение температуры окатышей от 250-850°С до 50-100°С.

Транспортировку горячих окатышей в загрузочное устройство доменной печи осуществляют с помощью футерованного пневмопровода с использованием в качестве транспортного агента отработанной газовоздушной смеси с обжиговой машины или подогретого до 250-850°С нейтрального газа или пластинчатого конвейера с футерованной галереей.

Накапливание горячих окатышей осуществляют в футерованном бункере-накопителе или водоохлаждаемом бункере, оборудованном водяными рубашками.

Загрузку в доменную печь осуществляют посредством жаростойкого загрузочного устройства, обеспечивающего загрузку окатышей при температуре 250-850°С.

Конструкция бункера предусматривает приемку горячих окатышей с температурой от 250-850°С и сброс транспортного агента в виде газовоздушной смеси или нейтрального газа, например газообразного азота.

Суть предлагаемого технического решения состоит в следующем:

сократить зону охлаждения обжиговой машины на 20-50%, обеспечив тем самым разгрузку горячих окатышей с температурой 250-850°С, накопление их в бункере, последующую транспортировку к доменной печи и последующую загрузку. Железорудная часть шихты доменной печи состоит из 100% горячих окатышей. Это позволит снизить площадь обжиговой машины при той же производительности, что обеспечит снижение капитальных затрат на ее строительство. С другой стороны, загрузка горячих окатышей в доменную печь приведет, во-первых, к снижению расхода кокса, требуемого для нагрева шихты, и, во-вторых, к уменьшению времени пребывания железорудных материалов в наиболее «опасной» зоне низкотемпературного восстановления, где наблюдается наибольшее разупрочнение и разрушение окатышей, в том числе и за счет влияния фактора повторного нагрева.

Для определения эффективности реализации предлагаемого технического решения проводили комплекс лабораторных и расчетных исследований, результаты которых приведены ниже.

Изменения показателей доменной печи приведены в таблице.

Температура загружаемого материала	25°С	200°С	400°С	500°С	850°С
Полезный объем печи, м 3	1719	1719	1719	1719	1719
Производительность, т/сутки	3479,0	3528,8	3590,2	3621,9	372,8
Общий расход руды, кг/т чуг	1545	1545	1545	1545	1545
Окатыши Михайловские	1545	1545	1545	1545	1545
Общее содержание Fe, %	63	63	63	63	63
Общий расход флюса, кг/т чугуна	380	380	379	378	375
Расход кокса, кг/т чугуна	487,9	483,23	477,30	475,47	465,55
Расход ПГ, м 3 / т чугуна	110	110	110	110	110
Дутье:
температура, °С	1189	1189	1189	1189	1189
кислород дутья, %	25,24	25,24	25,24	25,24	25,24
Колошниковый газ:
выход, м 3 /т чугуна	1976	1956	1931	1917	1859
давление, ати	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5
температура (влж), °С	234	301	393,8	423,1	675
Степень использования СО	0,5030	0,5037	0,5042	0,5051	0,5070
Степень использования Н₂	0,457	0,46	0,46	0,461	0,463
Теоретическая t горения, °С	2003	2000	1993	1990	1979
Состав чугуна, %:
Si	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5
температура, °С	1450	1450	1450	1450	1450
Шлак:
выход, кг/т чугуна	407	406	405	404	400
основность CaO/SiO₂	1,2	1,2	1,2	1,2	1,2
Тепловой баланс, мДж/т чугуна
приход	12400,2	12575,6	12780	12897,3	13100,4
расход	12399,8	12575,3	12779,6	12896,9	13100,2
Себестоимость чугуна, %	100,0	99,62	99,13	98,98	96,95

В результате проведенных исследований установлено, что уменьшение площади обжиговой машины на 6-20% приведет к удешевлению капитальных затрат на ее строительство на 5-15%. При этом повышение температуры окатышей, загружаемых в доменную печь, до 250-800°С приведет к повышению ее производительности на 2-7% и снижению расхода кокса на 1,3-4,5%.

1. Способ подготовки железорудного сырья для доменной плавки, включающий производство сырых окатышей, последующую сушку, нагрев, обжиг, рекуперацию и охлаждение на обжиговой машине, разгрузку обожженных окатышей с обжиговой машины и загрузку обожженных окатышей, имеющих температуру выше 250°С, в доменную печь, отличающийся тем, что охлажденные окатыши разгружают с обжиговой машины с температурой 250-850°С, накапливают их в бункере и транспортируют горячие окатыши в загрузочное устройство доменной печи с использованием газового агента.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сушку, нагрев, обжиг, рекуперацию и охлаждение осуществляют на обжиговой машине с сокращенной тепловой схемой и конструкцией за счет зоны охлаждения, обеспечивающей снижение температуры окатышей от 250-850 до 50-100°С.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что транспортировку горячих окатышей в загрузочное устройство доменной печи осуществляют с помощью футерованного пневмопровода с использованием в качестве газового агента отработанной газовоздушной смеси с обжиговой машины или подогретого до 250-850°С нейтрального газа или пластинчатого конвейера с футерованной галереей.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что накапливание горячих окатышей осуществляют в футерованном бункере-накопителе или водоохлаждаемом бункере, оборудованном водяными рубашками.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что загрузку в доменную печь осуществляют посредством жаростойкого загрузочного устройства, обеспечивающего загрузку окатышей при температуре 250-850°С.

6. Способ по п.1 или 4, отличающийся тем, что используют бункер, выполненный с возможностью приемки горячих окатышей с температурой от 250-850°С и сброса транспортного агента в виде газовоздушной смеси или нейтрального газа, например газообразного азота.

Повышение качества доменных окатышей из офлюсованных концентратов Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Прохорович Владимир Абрамович, Заостровский Анатолий Николаевич

Проведён анализ процесса обессеривания окатышей, приготовленных из смесей концентрата с тонко измельчёнными доломитом и известью-пушонкой на низкотемпературном и высокотемпературном этапах окислительного обжига. Показано, что введение доломита в шихту для доменных окатышей благоприятствует обессериванию их при обжиге.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Повышение качества доменных окатышей из офлюсованных концентратов»

В.А. Прохорович, А.Н. Заостровский ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ДОМЕННЫХ ОКАТЫШЕЙ ИЗ ОФЛЮСОВАННЫХ КОНЦЕНТРАТОВ

Исключительно глубокое обогащение руд предопределяет подготовку концентратов к доменной плавке способом окомкования. Особое внимание при разработке технологии окомкования должно быть уделено достижению очень высокой степени обессеривания (95,0-97,0 %) окатышей при их обжиге. Выполнение таких жестких требований при обессе-ривании вызывает необходимость предварительного изучения теоретических основ процесса обессеривания, знание которых поможет разработке рациональной технологии обессеривающего обжига.

Ранее в [1, 2] проанализированы вопросы обессеривания окатышей, приготовленных только из смеси концентрата со сравнительно крупнозернистым известняком. Между тем, большой интерес представляет изучение обессеривания окатышей из смесей концентрата с тонкоизмельченным доломитом и известью-пушонкой. Кроме того, при разработке технологии обжига окатышей во вращающихся печах требуется изучение процесса обессеривания окатышей, как на низ-котемпе-ратурном этапе окис-

лительного обжига, так и на высокотемпературном.

Сера в сырых окатышах из концентратов представлена в основном пиритом и пирротином. При анализе поведения серы в процессе обжига, применительно состава шихты, признанной наиболее рациональной для окатывания, следует рассмотреть взаимодействие пирита и пирротина с магнетитом, окисью железа и окисями кальция и магния. При нагреве пирита и пирротина в окислительной атмосфере при температурах ниже воспламенения (для пирита крупностью менее

0,1 мм - 325°С, для пирротина -430°С) происходит их окисление до сульфата [3]. Внутри окатышей при этих температурах вследствие недостатка газообразного кислорода начнется разложение пирита и пирротина. Сульфаты закисного железа, образовавшиеся в периферийных слоях окатышей при наличии достаточного количества кислорода, окисляются до сульфатов окисного железа (при нагреве до температур 450-500°С).

При нагреве окатышей, начиная с температуры 350°С, происходит дегидратация из-

вести-пушонки. Этот процесс заканчивается при температурах 500-550°С и, таким образом, в рассматриваемой системе появляется окись кальция.

Свободная окись кальция уже при температуре 400°С может реагировать в твердой фазе в ядрах окатышей с сернистым железом [4]. Почти одновременно с этим свободная окись кальция будет реагировать с парами элементарной серы [5]. Дальнейший нагрев окатышей приводит к интенсивному окислению сульфидов железа. В интервале температур 735-905°С - доломит, а в интервале температур 900-921°С - известняк будут полностью разлагаться с образованием свободных окислов кальция и магния [6]. При этом часть сернистого газа в присутствии избыточного кислорода будет связана в сульфаты кальция и магния.

На низкотемпературном этапе обжига основной компонент окатышей - магнетит довольно полно окисляется до окиси железа. Окись железа и магнетит в твердой фазе при температурах от 550 до 1000°С вступают во взаимодействие с сернистым железом [7].

Исходный материал Состав прокалённого остатка, %

SiO2 CaO MgO £ общая, % £ сульфатная, %

до обжига после обжига до обжига после обжига

Концентрат 3,4 4,2 - 0,90 0,16 0,0 0,08

Смесь концентрата с известняком, кр. 1-0 мм 3,2 4,6 0,76 0,38 0,05 0,31

Смесь концентрата с известью, известняком и магнезитом, кр. 0,25-0 мм 3,0 4,2 1,2 0,70 0,64 0,06 0,64

Для выяснения распределения серы, оставшейся в окатышах после нагрева в окислительной атмосфере до 900°С, был поставлен следующий опыт. Концентрат отдельно и в смеси с известняком, магнезитом и известью-пушонкой прокаливался в окислительной атмосфере в течение 30 минут при 900°С. Продукты обжига анализировались на содержание кремнезема, окиси кальция, окиси магния, общей и сульфатной серы. Результаты опыта приведены в табл. 1.

Из таблицы видно, что наличие в окатышах тонкозернистых включений окиси кальция и окиси магния существенно влияет как на степень низкотемпературного обессеривания, так и на характер распределения серы в продукте обжига. Очевидно, что в окатышах из рекомендуемой шихты, сходной по составу с третьей смесью, приведенной в таблице, примерно 90 % от всей серы после низкотемпературного обжига будет представлено сульфатами кальция и магния, а остальные 10% - сульфидами железа и кальция.

Таким образом, при анализе высокотемпературной стадии (1000-1350°С) обессеривания

окатышей необходимо рассмотреть, главным образом, поведение сульфатов кальция и магния.

К моменту начала высокотемпературной стадии обжига окатышей магнетит практически полностью перейдет в окись железа. Последняя будет вступать во взаимодействие, как с сульфидами, так и с сульфатами. При нагревании окатышей до температуры 1150°С происходит полное разложение сульфата магния и начинается слабое разложение сульфата кальция. Эти благоприятные для обессеривания процессы существенно улучшаются в присутствии окислов кремния, алюминия и железа. Однако, несмотря на это, сульфат кальция разлагается очень медленно, и только при повышении температуры обжига до 1300-1350°С разложение его

Существенным фактором высокотемпературного обессеривания окатышей является параллельное протекание процесса диссоциации окиси железа, сопровождающееся выделением атомарного кислорода. Этот кислород может обеспечить полное удаление серы из сульфида железа, несмотря на возможное оплавление материала.

Такое положение лишний раз указывает, что главное внимание в процессе высокотемпературного обессеривания офлюсованных окатышей необходимо уделять сере, связанной в виде сульфата кальция. В этом отношении заслуживает внимания решение вопроса обессеривания окатышей, предлагаемое институтом Уралмеханобр. Офлюсо-вание окатышей крупнозернистым известняком в значительной мере препятствует образованию сульфата кальция на низкотемпературной стадии окислительного обжига.

В свете вышеприведенного теоретического анализа процесса обессеривания становится ясным значение окиси магния. Этот компонент улучшает обессери-вание окатышей на высокотемпературной стадии, главным образом потому, что образует легко разлагаемый сульфат, а не потому, что повышает температуру размягчения окатышей.

Роль отдельных стадий обессеривания окатышей при окислительном обжиге, как видно из анализа, в значительной мере определяется составом окатышей. Если обжигу подвергаются неофлюсованные окатыши, то главная роль в обессеривании принадлежит низкотемпературной стадии. При обжиге высокоосновных окатышей, особенно офлюсованных тонкозернистой известью, обессеривание происходит в основном на высокотемпературной стадии. Отсюда вытекает вывод, что для обеспечения полного обессеривания окатышей необходимо в

Состав сухих окатышей Темпера тура печи, оС Содержание серы, % Степень обессеривания, %

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

До опыта После опыта

Чистый концентрат 300 0,9 0,74 17,8

1100 0,9 0,13 85,6

1200 0,9 0,09 90,0

1250 0,9 0,07 92,2

1300 0,9 0,03 96,7

1350 0,9 0,01 98,8

Концентрат 93,5 300 0,84 0,65 22,6

известняк 500 0,84 0,31 63,2

(кр. 1-0 мм) 6,5 % 700 0,84 0,22 73,8

900 0,84 0,45 46,5

1100 0,84 0,34 59,6

1200 0,84 0,36 57,2

1250 0,84 0,30 64,2

1300 0,84 0,05 94,0

1350 0,84 0,02 97,6

Концентрат 87,5 % 300 0,81 0,62 23,5

Известняк 500 0,81 0,50 38,3

(кр. 0,25-0 мм) 3,0% 700 0,81 0,47 42,0

Известь-пушонка (кр. 0,25-0 мм) 2,0 мм 900 1100 1200 0,81 0,81 0,81 0,42 0,40 0,36 554 . 6 6 2

Магнезит (кр. 0,25-0 мм) 2,5 мм 1250 1300 0,81 0,81 0,20 0,04 75,3 95,2

Возврат 5,0 мм 1350 0,81 0,02 97,5

Состав материала, % Содержание серы, % Степень обессеривания, %

До опыта После опыта

Концентрат без присадок 0,90 0,03 96,7

Концентрат 92,0 %; Известняк 8,0 % 0,83 0,30 63,8

Концентрат 92,0 %; Известняк 8,0 % 0,83 0,04 95,2

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

соответствии с их составом устанавливать время обжига на низкотемпературной и высокотемпературной стадиях обжига.

При установлении наивыгоднейшего режима обессеривания офлюсованных окатышей в процессе обжига не менее важной целью обжига является упрочнение окатышей и повышение степени окисленности их. Чрезмерный перегрев окатышей, полезный для обессеривания, может привести к сплавлению отдельных окатышей и к расстройству процесса обжига, а также к понижению степени окисленности за счет диссоциа-пии окиси железа. Исходя из этого, экспериментальная проверка обессеривания офлюсованных окатышей из соколов-ско-сарбайских концентратов

производилась для таких условий обжига, которые отвечают режимам работы шахтных печей, вращающихся печей и ленточных обжиговых машин.

Для оценки влияния состава окатышей и температуры обжига их на степень обессеривания проведена серия опытов в трубчатой электрической печи. В рабочее пространство печи при определенной постоянной температуре вводилась партия сухих окатышей в количестве 3-5 штук и выдерживалась при этой температуре 30 минут в потоке горячего воздуха с условной скоростью 0,4 м3/м2сек. (табл.2).

Окислительный обжиг окатышей из чистого концентрата с естественной основностью (по отношению кальция к кремнезему) около 0,35 показал, что степень обессеривания увеличивается пропорционально температуре обжига. Интенсивное разложение и окисление пирита и пирротина начинается в интервале от 300 до 500°С. Отсутствие в окатышах активных окислов кальция и магния приводит к тому, что уже при низких температурах обжига удаляется до 85,0 % серы. При температурах выше 1250°С происходит практически полное обессеривание окатышей.

При окислительном обжиге окатышей с включениями крупнозернистого известняка меняется механизм обессеривания. На низкотемпературной стадии обжига (от 300 до 700°С), когда известняк еще не разложился, влияние его практически не сказывается. При дальнейшем повышении температуры обжига степень обессеривания окатышей с крупнозернистым известняком резко падает из-за связывания сернистых газов образующейся активной окисью кальция в трудноразлагающий-ся сульфат кальция.

Так, если обжиг окатышей при температуре 700°С показал степень обессеривания 73,8 %, то обжиг при 900°С снизил степень обессеривания до 46,5 %. Замедляющее действие известняка на степень обессеривания окатышей проявляется при обжиге вплоть до температуры 1250°С. И только при температурах 1300-1350°С, когда сульфаты кальция начинают разлагаться, степень обессеривания окатышей при окислительном обжиге достигает нормы.

Обжиг окатышей с присадкой тонкоизмельченных извести и магнезита уже на низкотемпературном этапе показывает замедленное обессеривание. При этом замедляющий эффект присадок извести, а затем и магнезита, проявляется вплоть до 1250°С. Дальнейшее повышение температуры обжига приводит к прогрессивному обессериванию окатышей до нормы.

Отметим, что при повышенных температурах обжига обессеривание окатышей с присадками извести и магнезита происходит интенсивнее, чем для окатышей с присадками извест-

няка. Это подтверждает указывавшееся ранее положительное влияние окиси магния на процесс высокотемпературного обессеривания.

Для уточнения эффекта присадок магнезита были проведены опыты по обжигу порошкообразного концентрата без добавок и с добавками известняка и магнезита. Окислительный обжиг проводился при 1250°С в течение 10 минут. Температура обжига была выбрана с учетом температур диссоциации сульфатов магния (1155°С) и кальция (1450°С).

Как показывают результаты этих опытов (табл.3), присадка магнезита обеспечивает высокую степень обессеривания в отличие от присадки известняка, резко тормозящей обессеривание при температуре опыта.

Анализируя результаты опытов, приведенные в табл.2 и 3, можно заключить, что оптимальный состав шихты для производств малосернистых офлюсованных окатышей должен включать соединения магния и, лучше всего, в форме доломита. Конечная температура обжига окатышей должна составлять около 1300°С.

1. Проанализирован процесс обессеривания окатышей, приготовленных из смесей концентрата с тонко измельчёнными доломитом и известью-пушонкой на низкотемпературном и высокотемпературном этапах окислительного обжига.

2. Показано, что введение доломита в шихту для доменных окатышей благоприятствует обессериванию их при обжиге.

1. Хохлов Д.Г., Ручкин И.Е. Получение офлюсованных окатышей из концентратов. Сб. Горнодобывающая промышленность Казахстана, Алма-Ата. 1959. С. 102.

2. Хохлов Д.Г. Выгорание серы при обжиге офлюсованных окатышей. Сталь, 1962. № 7, с. 592. М.: Металлургиздат.

3. Цейдлер А.А. Металлургия меди и никеля. М.: Металлургиздат, № 30, с.130. 1958.

4. Верт Ж.Л., Каменцев М.В. Исследование взаимодействия окислов, входящих в состав боксита, с сульфидами. Абразивы. Вып. 15, № 3, М., ЦБТИ. 1956.

5. Ванчиков В.А., Любан А.П., Манчинский В.Г. Поглощение серы компонентами доменной шихты. Сталь, № 6, с. 508, М.: Металлургиздат. 1954.

6. Банков А.А. Собрание трудов АН СССР, М-Л, том IV, с. 286. 1949.

7. Смирнов В.И., Веселовский А.А. Взаимодействия высших окислов железа с сульфидами тяжелых металлов. Труды Уральского индустриального института. ОНТИ-НКТП, Св-М, сб. 5, с. 39. 1938.

УДК 669.162 В.А. Прохорович, А.Н. Заостровский ХОЛОДНОЕ ЗАКРЕПЛЕНИЕ ОКАТЫШЕЙ ИЗ КОНЦЕНТРАТОВ ГЛУБОКОГО ОБОГАЩЕНИЯ

Наиболее сложной частью процесса окомко-вания тонкозернистых железорудных концентратов является закрепляющий обжиг. Высокая температура, достигающая 1350°С, приводит к быстрому износу оборудования, а также к сплавлению отдельных окатышей в крупнокусковой агломерат. Поэтому серьезного внимания заслуживает принцип холодного закрепления окатышей, сущность которого заключается в образовании прочного каркаса из продуктов коррозии смеси железорудной мелочи, чугунных опилок и поваренной соли 1.

В настоящей работе изучалось холодное закрепление окатышей из соколовско-сарбайских концентратов глубокого обогащения (66,8 % Бе) с присадками чугунных опилок (от 5 до 10 %) и поваренной соли (0,5 %). Начальная влажность сме-

си концентратов (в отношении 3 : 7) обычно составляла 11 %. Крупность концентрата - менее 0,1 мм, чугунных опилок - от 0,15-0 до 1,0-0 мм, поваренной соли 0,5-0 мм.

Свежеприготовленную влажную шихтовую смесь сначала выдерживали в открытых ящиках до достижения максимальной темп ературы в центре слоя. Продолжительность выдержки составляла примерно 1 час. За это время в шихте совершался первый этап коррозии, сопровождающийся сравнительно интенсивным выделением тепла. При окомковании шихты без предварительной выдержки прочность окатышей была низкой.

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

После выдержки шихту окатывали на тарельчатом грануляторе диаметром 1 м при высоте борта 180 мм, угле наклона тарелки 50° и окружной скорости 0,9 м/сек. Для ускорения процесса в гра-

Рис. 1. Влияние количества чугунных опилок на закрепление окатышей (крупность опилок - менее 0,5 мм): 1 - 10,0 %; 2 - 8,0 %; 3 - 5,0%

Рис. 2. Влияние крупности чугунных опилок на закрепление окатышей:

1 - 0,15-0 мм; 2 - 0,25-0 мм; 3 - 0,5-0 мм; 4 -1,0-0 мм

нулятор добавляли около 1,0 % воды.

Сырые окатыши диаметром от 30 до 40 мм выдерживали (для закрепления) в течение нескольких суток на стеллажах в помещении лаборатории при средней температуре воздуха 18° и относительной влажности 60 %. Каждые сутки от партии окатышей отбирали пробу для определения их прочности и влажности. Прочность оценивали по средней величине раздавливающей нагрузки на один окатыш (каждый раз для испытания брали по 10 окатышей диаметром около 35 мм).

Как видно из рис. 1, достаточно высокая прочность окатышей (раздавливающая нагрузка на один окатыш - более 80 кг) достигалась только в том случае, когда содержание чугунных опилок в смеси составляло 10 %. Увеличение количества опилок сверх 10 % экономически вряд ли целесообразно. Исходя из этого, для последующих опытов присадка чугунных опилок в количестве 10 % была принята оптимальной.

Снижение верхнего предела крупности чугунных опилок резко увеличивает прочность окатышей из тонкозернистых железорудных концентратов (рис. 2) и сокращает срок закрепления их. Так, при измельчении чугунных опилок до 0,15 - 0 мм прочность окатышей уже на вторые сутки становится вполне достаточной, а после семи суток она повышается до 210 кг на один окатыш и на одиннадцатые сутки достигает максимума (265 кг). Увеличение крупности опилок до 1 - 0 мм настолько резко снижает эффект закрепления окатышей, что практически становится неприемлемым даже при очень длительной выдержке.

Оптимальная величина верхнего предела крупности чугунных опилок определяется крупностью зерен рудного концентрата. Достаточно высокая прочность окатышей получается при одинаковом гранулометрическом составе опилок и рудного концентрата.

Весьма существенное влияние на эффективность закрепления окатышей оказывает первоначальная влажность шихты.

Оптимальное содержание влаги определяется полнотой процесса коррозии опилок и, следовательно, зависит от количества и крупности чугунных опилок.

Для соколовско-сарбайских концентратов

глубокого обогащения влажность не должна превышать 11-12 % (см. таблицу).

Естественно, что за время выдержки окатышей их влажность снижается. Так, если у сырых окатышей начальная влажность составляет 8,5 - 9 %, то уже после суточной выдержки она снижает-

Влияние влажности шихты на прочность окатышей из смеси соколовско-сарбайских концентратов глубокого обогащения и чугунных опилок (10%) крупностью 0,25-0 мм, кг _______________на один окатыш________________

Начальная влажность шихты, % Время выдержки, сутки

8 15 29 71 80 86

11 21 35 84 100 110

ся до 4,5 - 5 %, а после полного закрепления (на 67 сутки) достигает практически, постоянного минимума (в среднем 0,5 %).

Анализируя результаты экспериментального исследования, для окомкования соколовско-сарбайских концентратов глубокого обогащения с чугунными опилками можно рекомендовать следующий технологический режим.

Начальная влажность железорудного концентрата, %. 10-11

Количество чугунных опилок крупностью

Количество поваренной соли крупностью 0,50 мм, %. 0,5

Время выдержки шихты перед окатыванием,

Время выдержки окатышей на складе закрепления, суток . 3-5

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

1. Парфёнов А.М. Агломерация железных руд. М.: Металлургиздат. 1974. 190 с.

2. Мачковский А.И., Селезнёв А.Е. Окускование железорудных концентратов. М.: Металлургиздат. 1961. 160 с.

3. Ростовцев С.Т. Теория металлургических процессов. М.: Металлургиздат. 1966. 190 с.

Прохорович Владимир Абрамович

- канд. техн. наук, доц. каф. химической технологии твёрдого топлива и экологии

Заостровский Анатолий Николаевич

- канд. техн. наук, ст. науч. сотр. Института угля и углехимии СО РАН, доц. каф. химической технологии твёрдого топлива и экологии

Топливо для доменных печей

Топливо, используемое для доменной плавки, выполняет три основные функции:тепловую, химическую, физическую.

Топливо, используемое для доменной плавки, выполняет три основные функции:

тепловую, являясь источником тепла при разогреве шихтовых материалов до высоких температур и обеспечивая интенсивное протекание химических реакций при плавлении чугуна и шлака;
химическую, являясь основным химическим реагентом-восстановителем оксидов железа и других элементов;
физическую, обеспечивая высокую газопроницаемость столба шихты.

Необходимо отметить, что физическая функция топлива предотвращает тяжелые расстройства хода доменной плавки. Поэтому топливо должно быть твердым, кусковым материалом, создающим высокую газопроницаемость в области высоких температур и обеспечивающим условия для противотока газа и расплавленных масс металла и шлака.

Для доменного процесса требуется прочное, неспекающееся твердое топливо. Оно занимает значительный объем доменной печи и большая его часть должна сохраниться твердой, кусковой и прочной до нижней части печи.

К топливу предъявляют следующие основные требования:

высокая теплота сгорания и восстановительная способность в химических реакциях;
достаточная прочность и термостойкость, чтобы не образовывалось много мелочи при нагреве топлива и прохождении его через печь;
неспекаемость в условиях доменного процесса;
достаточная чистота по содержанию вредных примесей – серы и фосфора.

Кроме того, твердое топливо должно содержать мало золы, особенно кремнезема и глинозема, требующих применения флюсов.

Топлива естественных видов не удовлетворяют этим требованиям. Поэтому для доменной плавки приходится специально изготовлять твердое топливо – древесный уголь, кокс.

Древесный уголь

Древесный уголь практически утратил свое значение из-за низкой прочности.

Кокс является единственным видом твердого топлива для доменной плавки во всей мировой практике черной металлургии.

Исходным сырьем для получения кокса являются особые сорта каменных углей, называемых коксующимися. Подготовка углей к коксованию заключается в дроблении, обогащении для снижения зольности и усреднении.

Кокс получают сухой перегонкой каменных углей в коксовых печах, представляющих собой узкую камеру шириной около 0,5 м, высотой 4 – 5 м и длиной около 15 м, объединенных в батареи. Число печей в батарее может достигать 60 – 70 штук.

Подготовленная шихта загружается в камеру через специальные отверстия. Обогрев печи осуществляется с боков через стенки огнеупорного кирпича путем сжигания газа в обогревательных простенках.

Для повышения температуры коксования воздух, используемый для сжигания газа и газ, предварительно нагревают до 900 – 1000 °С в регенераторах, расположенных под печами. Горение газа происходит в простенке, за счет этого осуществляется нагрев стенок двух соседних камер до температуры 1350 – 1400 °С. Продукты сгорания через обводной канал попадают в другой простенок, опускаются по нему, обогревая две другие стенки камер, и, проходя через регенераторы, нагревают их и уходят в дымовую трубу. Периодически происходит смена направления движения газов. Через нагретые регенераторы попадают воздух и газ, а через остывшие – продукты сгорания.

Загруженная шихта нагревается в камерах примерно до 1000 °С. Продолжительность коксования составляет около 15 часов. Затем полученный коксовый пирог специальным выталкивателем выталкивают из печи и тушат водой или инертными газами.

В процессе коксования из 1 тонны угольной шихты получают около 700 кг кокса, 300 – 350 м3 коксового газа и около 20 кг смолы. Смола и газ являются ценным химическим сырьем, из которого производят лаки, краски, удобрения и другие продукты. Очищенный коксовый газ применяют в металлургических печах в качестве топлива.

В последнее время для экономии кокса при доменной плавке в печь вдувают природный газ, мазут, угольную пыль. Достоинством применения указанных видов топлива является то, что они способствуют улучшению процесса восстановления оксидов железа путем обогащения доменного газа реагентами-восстановителями (СО и Н2).

Флюсы

Флюсы вводят в доменную печь для перевода пустой породы рудной части шихты и золы кокса в шлак, обладающего определенными физическими свойствами.

Температура плавления оксидов, входящих в состав пустой породы руд составляет от 1700 до 2800 °С. Это значительно выше температуры шлака в доменной печи (1450 – 1600 °С). Кроме того, для обеспечения хорошей текучести некоторые оксиды необходимо нагревать значительно выше температуры плавления. Однако, при определенном соотношении оксидов, входящих в состав пустой породы (SiO2, Al2O3, CaO, MgO), образуются легкоплавкие соединения, которые имеют температуру плавления около 1300 °С и характеризуются хорошей текучестью при 1450 – 1600 °С.

Для удаления серы из металла необходимо, чтобы шлаки, получаемые в доменной печи, содержали определенное количество основных оксидов (CaO и MgO). Например, необходимо, чтобы в шлаках отношение (СaO + MgO) / (SiO2 + Al2O3) составляло около 1, а отношение SiO2 / Al2O3 было равно от 2 до 4.

В зависимости от состава пустой породы руды применяются основные, кислые или глиноземистые флюсы. В большинстве случаев добываемые руды содержат пустую кислую породу и имеют приемлемое соотношение SiO2 и Al2O3. Поэтому, обычно применяют основной флюс в виде известняка, состоящего из карбоната кальция СaCO3 или доломитизированного известняка, содержащего кроме СaCO3 еще MgCO3.

В настоящее время известняк вводят при окусковании железных руд или железорудных концентратов. Это приводит к улучшению показателей доменной плавки, так как уменьшается расход тепла на процесс разложения карбонатов, который осуществляется на стадии окускования (агломерации или получении окатышей).

Окатыши

Окатыши – рудный материал, который получают из крошечной (пылевидной) руды или из мелкоизмельченных концентратов в виде сферических частиц размером от 0,3 до 3 метров (как правило, 1 – 1,5 см).

Железорудные окатыши используются в основном при плавке в доменной печи. В отличие от окускованного рудного концентрата, именуемого агломератом, окатыши можно транспортировать, перегружать и хранить большое количество времени без видимого разрушения.

По соотношению основности и кислой породы: окатыши могут быть офлюсованными (полностью или частично) и неофлюсованными (окисленными).

Для получения сырых окатышей используют тарельчатые, барабанные или чашевидные окомкователи и упрочнение их с помощью обжига либо безобжигового способами.

Используя различные добавки можно получить:

1. железорудные окатыши;
2. железомарганцевые;
3. железоникелевые;
4. рудоугольные;
5. доломитизированные;
6. магнезиальные;
и другие.

Если в железорудных окатышах до 95 % оксида железа восстановлено до металла, то такие окатыши называются металлизованными. Они применяется, как правило, в электросталеплавильных печах при производстве качественных сталей. Металлизованные окатыши образуются, когда их оксиды восстанавливают в специальных установках с использованием твердого или газообразного восстановителя, или, непосредственно, обжигом на следующих машинах:

1. Безобжиговые окатыши— это материал, упрочненный без применения высокотемпературного обжига.

• Для этого применяют такие связки как:
- портландцемент,
- клей,
- Na₂SiO₃,
- органические соединения.

• химико-каталитические способы упрочнения:
- карбонизация извести при 100–105 °С,
- затвердевание хлорида магния и т.д.).

• 2-ух или 5-ти часовая гидротепловая обработка при T=180–220 °С и давлении от 1 до 1,5 МПа;

В промышленных масштабах такие окатыши пока что не производят.

2. Сырые окатыши— шарообразные частицы различных размеров, предназначенные для усиления обжигом. Сырые окатыши производят из шихты (главный компонент — мелкоизмельченный концентрат от 74 до 90 % гранул которого имеют диаметры до семидесяти четырех микрометров и с удельную поверхность не менее 13— 15 W/r). В качестве соединения используется вода; в качестве комкующих примесей — 0,5-1 % глина, бентонит, а иногда и органические соединения (поливиниловый спирт, и др.), известковое молоко, соду и др. Для приобретения офлюсованных сырых концентратов в шихту внедряют флюс и добавочные примеси — сварочный шлак, кокс, уголь, мелочь и др.

3. Фосфоритные окатыши — изделие из пылевидных минералов в виде сферических частиц, производятся способом окусковании шихты и подвергаются упрочнению (в частности – обжигу). Фосфоритные окатыши применяются в производстве фосфора (P) и FeP в электрических плитах. В качестве примесей при изготовлении фосфоритных окатышей могут применяться Mn и Cr руды, а еще флюсы (в частности – глинозем, кварцит).

Читайте также:

Применение окатышей в доменных печах

Способ производства окатышей с целью повышения технико-экономических показателей доменных печей

Повышение качества доменных окатышей из офлюсованных концентратов Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Прохорович Владимир Абрамович, Заостровский Анатолий Николаевич

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Прохорович Владимир Абрамович, Заостровский Анатолий Николаевич

Текст научной работы на тему «Повышение качества доменных окатышей из офлюсованных концентратов»

Топливо для доменных печей

Древесный уголь

Флюсы

Окатыши