Способ формирования шихты для производства металлизованных окатышей

 

Использование: относится к подготовке сырья в металлургии. Сущность: при формировании шихты для производства металлизованных окатышей из свинец-, цинк- и железосодержащих отходов металлургических переделов, дозирование компонентов шихты, содержащей углерод, осуществляют в зависимости от стехиометрически необходимого количества углерода для восстановления окислов железа и сопутствующих металлов до заданной величины. Согласно изобретению массовую долю углерода абс. % , устанавливают равной 1,2 - 1,8 от стехиометрически необходимого для восстановления оксидов железа, цинка и свинца до металла, а затем корректируют путем изменения соотношения компонентов, причем на каждые 0,1% Zn и Pb в шихте содержание в ней углерода понижают на 0,10 - 0,14% по превышении содержания цинка и свинца величины 1,8% дальнейшее понижение углерода в шихте прекращают. Реализация изобретения позволяет увеличить выход годного и повысить извлечение Zn и Pb.

Изобретение относится к производству сырья в металлургии, а именно к комплексной переработке полиметаллического сырья с получением раздельными потоками железорудных окатышей, цинка и свинца.

Известны способы формирования шихты для производства металлизованных окатышей из свинец-, цинк- и железосодержащих отходов металлургических производств, включающие дозирование компонентов шихты до содержания углерода 5-10% в зависимости от восстановления окислов железа до заданной величины (заявку Японии N 52-143902, кл. 10 А 12, 1976). По этому способу твердое топливо в виде кокса, каменного или древесного угля размерами 3-10 мм закатывается в ядра окатышей. Эти окатыши предварительно обжигают при 800^оС, затем выдерживают во вращающейся печи в течение 90 мин при 1100-1200^оС.

Недостатками известных способов являются: а) высокий расход дополнительно включаемого в шихту твердого топлива - по данным полупромышленных испытаний 200-250 кг/т окатышей. В то же время методы формирования шихты из железорудной пыли и шлаков, содержащих твердый углерод в известных решениях отсутствуют, что существенно повышает расход внешнего топлива в шихту, б) формирование шихты для окатышей без учета попутного извлечения из них паров свинца и цинка. В результате происходит снижение выхода годного по свинцу и цинку и в ряде случаев возрастает расход топлива на передел, в) осуществление способа в агрегатах вращающегося типа, характеризующихся, во-первых, сравнительно низким коэффициентом использования рабочего объема (10-30% ), во-вторых, повышением содержания металлсодержащей пыли в отходящих газах, что существенно понижает выход годного по железу, свинцу и цинку.

За прототип принимаем способ формирования шихты для производства восстановленных окатышей из свинец- и железосодержащих материалов, включающий составление шихты с содержанием углерода в зависимости от стехиометрически необходимого количества углерода для восстановления окислов железа и свинца до заданной величины и скорости нагрева.

Недостатками данного способа являются перечисленные выше, а именно: использование внешнего твердого топлива дополнительным потоком в шихту, формирование шихты без учета содержания в ней цинка и свинца, в результате чего понижается выход годного по железу, цинку и свинцу и возрастают топливоэнергетические затраты на передел. Кроме того, по известному решению не предусмотрено вторичное использование отходов производства, что, во-первых, увеличивает потери металла в металлургических переделах, во-вторых, обусловливает загрязнение окружающей среды.

Целью предлагаемого изобретения является увеличение выхода годного по железу, свинцу и цинку и снижение топливоэнергетических затрат.

Поставленная цель достигается при использовании способа формирования шихты для производства металлизованных окатышей из свинец-цинк- и железосодержащих отходов металлургических производств, включающий дозирование компонентов шихты с содержанием углерода в зависимости от стехиометрически необходимого количества углерода для восстановления окислов железа и сопутствующих металлов до заданной величины. Согласно заявленного способа массовую долю углерода (абс. % ) шихты устанавливают равной 1,2-1,8 углерода, стехиометрически необходимого для восстановления оксидов железа, цинка и свинца до металла, а затем корректируют массовую долю углерода путем изменения соотношения компонентов, причем на каждые 0,1% присутствии Zn + Pb в шихте содержание в ней углерода понижают на 0,10-0,14% , по превышении содержания Zn + Pb величины 1,8% дальнейшее понижение содержания углерода в шихте прекращают.

В последнее время является актуальным и получает заметное развитие использование различных отходов металлургических производств для производства высококачественных окатышей, цинк- и свинецсодержащих порошков на серийном обжиговом оборудовании, в частности на обжиговых конвейерных машинах. Организация такого производства обеспечивает получение дополнительного высококачественного металлургического сырья и решение ряда природозащитных задач. В то же время, совмещение процесса восстановительного обжига железорудных окатышей с процессом возгонки паров металлов (цинка, свинца) на обжиговой конвейерной машине требует решения не известных далее дополнительных задач, а именно: составления шихты для производства окатышей в зависимости от содержания в ней цинка и свинца применительно к условиям подогрева окатышей в условиях регламентированных скоростей процесса и обжига в условиях регламентированного кислородного потенциала. Эти условия в сочетании с температурно-временными показателями передела определяют взаимосвязь "содержание Zn + Pb - количество углерода в шихте". Такая взаимосвязь в настоящее время неизвестна. В предлагаемом решении разработан способ формирования шихты для производства металлизованных окатышей, по которому содержание углерода в шихте дополнительно корректируют по величине Zn + Pb на основе содержащегося в отходах производства (пыли, шлаках) углерода без дополнительного включения твердого топлива в шихту. Способ имеет следующие отличительные особенности.

Перевод оксидов цинка и свинца в пар осуществляют их восстановлением до металла в слабоокислительной среде при содержании в ней кислорода 0,1-2,0% , с другой стороны восстановительный обжиг железорудных окатышей со значительным содержанием углерода в шихте обеспечивает получение готовой продукции с высокой степенью металлизации. Исключение подачи твердого топлива в шихту самостоятельным потоком достигается использованием смеси отходов двух металлургических производств - доменного и сталеплавильного. Так, доменный шлам содержит достаточно высокое количество углерода (8-20% ), но относительно невысокое содержание цинка (до 1,3% ) и свинца (до 0,3% ). Сталеплавильный шлам при незначительном содержании твердого топлива (до 0,3% ) содержит повышенное содержание цинка (1,8-2,5% ) и свинца (0,5-1,0% ). Поэтому их смешение обеспечивает получение окатышей с одной стороны с требуемым для процесса содержанием углерода, с другой стороны с достаточным содержанием цинка, свинца и железа. Дополнительного включения топлива в такую шихту не требуется.

Количество твердого восстановителя в шихте определяется количеством присутствующих в шихте окислов железа, оксидов цинка и свинца и глубиной восстановления - в нашем случае до металла с последующим переводом его в пар. Для этого массовую долю углерода в шихте (абс. % ) устанавливают равной 1,2-1,8 углерода, стехиометрически необходимого для восстановления оксидов железа, цинка и свинца до металла. При меньшем содержании углерода в шихте (менее 1,2 стехиометрически необходимого углерода для восстановления оксидов металла), из-за недостаточной степени восстановления, выход годного понижается. При большем содержании углерода в шихте (более 1,8 стехиометрически необходимого углерода для восстановления оксидов металла) выход годного уже не повышается, зато требуется введение в шихту дополнительного топлива.

Переработка комплексных железорудных материалов требует попутного извлечения с целью их последующего использования сопутствующих элементов - к таким элементам в нашем случае относятся цинк и свинец. Для их извлечения при восстановительной термообработке из окатышей в виде металлического пара становится необходимым повышение времени их выдержки в интервале температур 900-1200^оС, т. е. уменьшение внутренних источников тепла в окатышах, и некоторое повышение выдержки окатышей при температурах выше 1200^оС. Для этого на каждые 0,1% присутствия Zn + Pb в шихте содержание в ней углерода (внутренних источников тепла) понижают на 0,10-0,14% . При меньшем снижении содержания углерода в шихте (менее, чем на 0,10% ), из-за недостаточной степени восстановления оксидов металла, выход годного по цинку, свинцу и железу понижается. При большем снижении содержании углерода в шихте (более, чем на 0,14% на каждые 0,1% присутствия в шихте цинка и свинца), из-за химнедожога твердого топлива, его расход на передел возрастает.

По превышении в шихте содержания Zn + Pb величины 1,8% дальнейшее снижение содержания в ней твердого топлива прекращают. В противном случае, из-за недостатка восстановителя, понижается степень металлизации обожженных окатышей и, соответственно, выход готовой продукции.

Сущность изобретения заключается в формировании шихты для производства металлизованных окатышей с содержанием углерода в шихте дополнительно откорректированного по величине Zn + Pb на основе содержащихся в отходах производства (пыли, шламах) углерода без дополнительного включения твердого топлива в шихту.

Авторам не известны технические решения, которые содержат признаки, совпадающие с признаками, отличающими наше решение от прототипа, т. е. предлагаемое изобретение соответствует критерию "существенные отличия".

П р и м е р 1. На средние режимные параметры. К дозированию в шихту подготавливают сталеплавильный и доменный шламы с содержанием железа 64,1 и 41,2% соответственно, и углерода 0,2 и 20,5% соответственно. Соотношение между двумя типами шламов устанавливают по содержанию углерода в шихте, равному 1,5 количества углерода, стехиометрически необходимого для восстановления железа, цинка и свинца до металла. Такое количество углерода обеспечивается при перемешивании сталеплавильного и доменного шлама в соотношении 1: 2,92. Содержание в полученной смеси Zn + Pb составляет 1,2% . По этой величине содержание углерода в смеси дополнительно корректируют - уменьшают на 0,12% на каждые 0,1% присутствия Zn + Pb в шихте. Такое количество углерода обеспечивается при смешении сталеплавильного и доменного шлама в соотношении 1: 2,74.

Компоненты шихты перемешивают, окомковывают и направляют на конвейерную машину для производства окатышей. Обжиг ведут в слабоокислительной среде, а охлаждение в нейтральном газе.

При таких параметрах процесса удельная производительность конвейерной машины составляет 0,70 т/м² ˙ ч, степень извлечения железа 97,4% , цинка и свинца 90,4% , расход тепла на передел 360000 ккал/т.

Обжиговая конвейерная машина для термообрабтки полиметаллических руд (прототип) по данным полупромышленного опробования имеет удельную производительность 0,65-0,66 т/м²˙ ч, степень извлечения железа 94,1% , цинка и свинца 89,7% , расход тепла на передел 540000 ккал/т.

Таким образом, предложенный способ формирования шихты для производства металлизованных окатышей превосходит известный по указанным показателям.

П р и м е р 2. На минимальные значения режимных параметров.

В этом и в последующих примерах приемы выполнения способа аналогичны вышеописанному. Изменению подлежат только особенности регламентации количества углерода в шихте.

Массовую долю углерода (абс. % ) в исходной шихте устанавливают равной 1,2 количества углерода, стехиометрически необходимого для восстановления оксидов железа, цинка и свинца до металла. На каждые 0,1% присутствия Zn + Pb в шихте (в нашем случае 1,2% ) содержание в ней углерода понижают на 0,10% , т. е. на 1,2% .

При таких параметрах процесса производительность конвейерной машины составляет 0,69 т/м² час, степень извлечения железа 97,1% , цинка и свинца 90,2% , расход тепла на передел 380000 ккал/т.

Понижение содержания массовой доли углерода в шихте возможно только до величины 1,2 количества стехиометрически необходимого углерода для восстановления окислов металла. Уже при содержании углерода в шихте 1,1 количества стехиометрически необходимого углерода для восстановления окислов металла, из-за низкой степени восстановления степень извлечения железа понижается на 14% , цинка и свинца на 37% .

Понижение содержания углерода в шихте на каждые 0,1% присутствия в ней цинка и свинца возможно только на величину не менее 0,10% . Так при снижении содержания углерода на каждые 0,1% присутствия углерода в шихте на величину 0,08% , из-за недостаточной степени восстановления степень извлечения цинка и свинца снижается с 90,2 до 89,7% .

П р и м е р 3. На максимальные значения режимных параметров.

Массовую долю углерода в исходной шихте (абс. % ) устанавливают равным 1,8 количества углерода, стехиометрически необходимого для восстановления оксидов железа, цинка и свинца до металла. На каждые 0,1% присутствия Zn + Pb в шихте содержание в ней углерода понижают на 0,14% , т. е. на 0,14 ˙ 1,2/0,1 = 1,68% .

При таких параметрах процесса производительность конвейерной машины составляет 0,72 т/м² час, степень извлечения железа 97,2% , цинка и свинца 90,4% , расход тепла на передел 360000 ккал/т.

Повышение содержания массовой доли углерода в шихте возможно только до величины 1,8 количества стехиометрически необходимого углерода для восстановления окислов металла. Например, при содержании углерода в шихте 2,0 количества стехиометрически необходимого углерода для восстановления окислов металла, из-за снижения потерь топлива в зоне охлаждения возрастают затраты тепла на передел. (56) Заявка Японии N 52-143902, кл. I 10 A 12, 1977.

Rept. Invest. Bur. Mines. U. S. Dep. Inter. 1974, N 7927, 15.

Формула изобретения

СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ШИХТЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАЛЛИЗОВАННЫХ ОКАТЫШЕЙ из свинец-, цинк- и железосодержащих отходов металлургических производств, включающий дозирование компонентов шихты, содержащей углерод, в зависимости от необходимого количества углерода для восстановления окислов железа и сопутствующих металлов до заданной величины, отличающийся тем, что массовую долю углерода (абс. % ) шихты устанавливают равной 1,2 - 1,8 стехиометрически необходимого для восстановления оксидов железа, цинка и свинца до металла и корректируют массовую долю углерода путем изменения соотношения компонентов шихты, причем на каждые 0,1% Zn + Pb в шихте вплоть до 1,8% содержание в ней углерода понижают на 0,10 - 0,14% .