Способ производства агломерата

 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к агломерационному производству. Использование: при подготовке титаномагнетитовых концентратов к доменной плавке. Сущность: способ включает загрузку на агломашину слоя шихты, состоящего из железорудного материала, флюса и топлива, зажигание, спекание, охлаждение и сортировку спека, контроль отношения массовых долей общего железа к закиси железа (Fe_общ./FeO) в готовом агломерате и корректировку этого отношения в процессе спекания путем изменения расхода топлива в зависимости от высоты слоя. В качестве железорудного материала используют титаномагнетитовый концентрат, а в качестве флюса - известняк, при этом осуществляют дополнительную корректировку (Fe_общ./FeO) с учетом изменения основности в последующей зависимости (Fe_общ./FeO)_H=300= (4,0-4,8) + (0,06-0,12)(В-1,6), где (Fe_общ./FeO)_H=300 - отношение Fe_общ./FeO при высоте слоя 300 мм; 4,0-4,8 - значение Fe_общ./FeO при основности 1,6 ед.; В - требуемая по условиям производства основность агломерата. Основность шихты изменяют в интервале 1,6-2,2 ед., а толщину слоя на агломашине в интервале 300-500 мм. При изменении слоя шихты на 1 мм сверх 300 мм Fe_общ./FeO в готовом агломерате увеличивают на 0,007-0,015. Применение изобретения позволяет достичь экономии топлива в аглопроцессе - 3 кг/т агломерата и в доменных печах - 15 кг/т чугуна, увеличения восстановимости агломерата без ухудшения его прочностных характеристик. 2 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при подготовке титаномагнетитовых концентратов к доменной плавке.

Особенность титаномагнетитовых концентратов заключается в том, что в процессе спекания шихты создаются условия для образования карбидов титана, обладающих повышенной температурой плавления и требующих дополнительного расхода топлива. Карбиды титана, образуя не связанные между собой центры зерен спекаемого материала, способствуют повышению выхода мелкой фракции, что понижает металлургическую ценность агломерата. Кроме того, карбиды титана в доменном и конечном шлаке образуют "гренали". "Греналь" (капли чугуна в оболочке карбидов титана с диаметром поперечного сечения от 0,5 до 5 мм) взвешена в шлаке силами адгезии (прилипания) между соединениями титана, что приводит в дальнейшем к потерям чугуна при плавке.

Отмеченные отрицательные особенности могут быть уменьшены путем рационального формирования состава шихты и регулированием процесса спекания.

Известен способ получения офлюсованного агломерата (авт. св. СССР N 1198127, кл. С 22 В 1/16, 1983), включающий смешивание концентрата с дробленым известняком и топливом, окомкование шихты, ее загрузку, зажигание топлива, спекание шихты, охлаждение спека, выделение возврата и готового агломерата. Степень пропекания агломерата и, соответственно, расход топлива определяются при постоянном содержании железа массовой долей закиси железа в готовом агломерате.

Недостатком известного способа является то, что повышение высоты слоя и основности шихты, изменения теплотехнических и физико-химических условий формирования химического состава и металлургических свойств (прочность, восстановимость, гранулометрический состав после дробления) агломератов не взаимосвязаны с уровнем массовой доли закиси железа. В результате затрудняется оперативное управление процессом, перерасходуется топливо и снижается металлургическая ценность агломерата.

Наиболее близким по технической сущности является способ производства агломерата (авт.св. СССР N 1452855, кл. С 22 В 1/16, 1989), который включает укладку шихты из железорудного концентрата, комбинированного флюса и топлива слоем на аглоленту, ее спекание, охлаждение, сортировку спека и контролирование отношения Fe_общ./FeO в годном агломерате и его изменение в зависимости от толщины слоя путем изменения расхода топлива.

Недостатком известного способа является то, что изменение основности шихты не увязано с массовой долей закиси железа при заданном содержании общего железа. В результате при росте основности шихты поддерживается неоправданно высокое содержание FeO, которое, не повышая прочность агломерата в исходном состоянии и при восстановлении, приводит к перерасходу топлива и снижению восстановимости.

Задачей изобретения является получение из титаномагнетитовых руд агломерата, обладающего высокой металлургической ценностью.

Желательным техническим результатом, достигаемым при решении этой задачи, является снижение удельного расхода топлива, повышение прочности и восстановимости агломератов различной основности.

Поставленная задача решается путем загрузки на агломашину слоя шихты, состоящего из железорудного материала, флюса и топлива, зажигание, спекание, охлаждение и сортировку спека, контроль отношения массовых долей общего железа к закиси железа (Fe_общ./FeO) в готовом агломерате и корректировку этого отношения в процессе спекания путем изменения расхода топлива в зависимости от высоты слоя, в качестве железорудного материала используют титаномагнетитовый концентрат, а в качестве флюса известняк, при этом осуществляют дополнительную корректировку (Fe_общ./FeO) с учетом изменения основности в последующей зависимости: (Fe_общ./FeO)_H=300=(4,0-4,8)+(0,06-0,12)(В-1,6), где (Fe_общ./FeO)_H=300 отношение Fe_общ./FeO при высоте слоя 300 мм, 4,0-4,8 значение Fe_общ./FeO при основности 1,6 ед.

В требуемая по условиям производства основность агломерата.

Основность шихты изменяют в интервале 1,6-2,2 ед. а толщину слоя на агломашине в интервале 300-500 мм.

При изменении слоя шихты на 1 мм сверх 300 мм Fe_общ./FeO в готовом агломерате увеличивают на 0,007-0,015.

Сущность изобретения заключается в том, что конечное содержание закиси железа в готовом агломерате из титаномагнетитового концентрата при постоянных содержаниях железа, высоте слоя шихты и крупности ее компонентов определяется совместным протеканием реакций: 2(FeO Fe₂O₃)_магн. + 1/2 0₂ 3Fe₂O₃ (1) 3Fe₂O₃ 2(FeO Fe₂O₃)_магн. + 1/2 О₂ (2) Fe²⁺ (шлак) + O^2- Fe³⁺ + O^- + 2e^- (3) Реакция (1) протекает в твердой фазе при взаимодействии магнетита концентрата с кислородом воздуха в зоне охлаждения. Как правило, увеличение расхода твердого топлива снижает объемную долю О₂ в слое и поднимает температуру. Это приводит к торможению окисления по реакции (1) и активизации диссоциации гематита по реакции (2). В результате повышение расхода топлива приводит к увеличению массовой доли FeO в готовом агломерате.

Однако значительная часть оксидов железа ассимилируется в кальций-силикатном расплаве и ионы Fe²⁺ окисляются свободными ионами кислорода по реакции (3) с образованием связанного в комплексы иона кислорода O^-. Активность иона О^2- растет с добавлением основных соединений (СаО), сдвигая равновесие реакции (3) в сторону образования иона трехвалентного железа. Иными словами, рост основности приводит к снижению содержания закиси железа (иона Fe²⁺) в готовом агломерате при неизменном тепловом уровне процесса.

Сохранение содержания FeO на определенном уровне независимо от основности, согласно известным способам, приводит к необходимости неоправданно поднимать температуру в слое при повышении основности, чтобы за счет реакции (2) скомпенсировать убыль FeO (Fe²⁺) по реакции (3). В результате неоправданного увеличения оксидного расплава агломерат становится малопористым с широким развитием стеклообразной фазы, образующейся при интенсивном охлаждении спека. Такая структура обуславливает низкую прочность и восстановимость агломерата, при получении которого имеет место перерасход топлива.

Снижение FeO (подъем отношения Fe_общ./FeO), пропорционально основности, позволяет получать прочный высоковосстановимый агломерат за счет оптимального количества расплава, обеспечивающего пористость и содержание стекла достаточными для производства прочного восстановимого агломерата при минимальном количестве топлива.

Повышение отношения Fe_общ./FeO (снижение FeO при постоянном Fe_общ.) более, чем на 0,12 при снижении основности на 0,1 ед. приводит к недостаточному тепловому уровню процесса и, соответственно, агломерат приобретает высокую пористость и сильно истирается в исходном состоянии и при восстановлении. Повышение отношение Fe_общ./FeO менее, чем на 0,06 при повышении основности на каждые 0,1 ед. приводит к избыточному количеству расплава и, соответственно, разупрочнению агломерата, снижению его восстановимости и перерасходу топлива.

Аналогично величина отношения Fe_общ./FeO при основности шихты СаО/SiO₂ 1,6 ед. выше 4,8 приводит к пористой структуре и высокой истираемости агломерата, а при отношении Fe_общ./FeO меньше 4,0 к перерасходу топлива и снижению восстановимости и прочности.

Способ осуществляют следующим образом.

Для требуемой по условиям потребителя основности агломерата и высоте слоя Н 300 мм строят график зависимости величины отношения Fe_общ./FeO в готовом агломерате от массовой доли углерода в шихте при заданной производительности агломашины.

В соответствии с формулой изобретения определяют отношении Fe_общ./FeO в готовом агломерате при высоте слоя Н 300 мм по расчетному уравнению: (Fe_общ./FeO)_H=300 (4,0-4,8) + (0,06-0,12)(В-1,6), (4) где В требуемая по условиям потребителя основность агломерата.

По графику в соответствии с п.1 определяют содержание углерода в шихте.

В случае, если высота слоя отличается от 300 мм, то для нее вновь строят график зависимости отношения Fe_общ./FeO от массовой доли углерода, затем определяют отношение Fe_общ./FeO для заданной высоты слоя Н_i по расчетному уравнению:
(Fe_общ./FeO)_Hi(Fe_общ./FeO)_H=300+(0,007-0,015)(Н-300), (5)
по известной величине (Fe_общ./FeO)_Hi и графику определяют расход углерода.

По заданным: основности, содержанию углерода, количеству возврата и составу компонентов рассчитывают их содержание в шихте известным способом по уравнениям материального баланса.

Подготовленную к спеканию шихту загружают слоем заданной толщины, зажигают в горне и спекают. После охлаждения и сортировки спека в годном агломерате определяют содержание Fe_общ., FeO и отношение (Fe_общ./FeO). Величину последнего сравнивают с рассчитанной по формуле (5) и проводят корректировку расхода топлива: при большем повышают, а при меньшем снижают, ориентируясь по графикам зависимости (Fe_общ./FeO) от содержания углерода в шихте.

В случае, если основность задается в широком интервале, то за базовую принимается СаО/SiO₂= 1,6 ед. при отношении Fe_общ./FeO 4,0 и толщине слоя шихты 300 мм требуемая основность, а также соответствующие расходы компонентов аглошихты устанавливаются по соотношению Fe_общ./FeO, рассчитанному по соотношению изменения основности на 0,1 ед. и соответствующему ему увеличению Fe_общ./FeO в интервале 0,06-0,12 при общем отношении, не выходящем за пределы 4,0-4,8 в.

Способ опробован в промышленных условиях на агломашине производительностью 190 т/ч. Шихта содержала титаномагнетитовый концентрат (Fe_общ. 60,4%), известняк и коксовую мелочь.

Пример. Спекают шихту следующего состава:
Концентрат КГОК 80%
Известняк 14,4%
Коксик 5,6%
Основность (СаО/SiO₂) 2,2 ед.

Расход природного газа на зажигание, н.м³/т 9,08
Высота слоя, мм 300
Доля возврата 23%
Это обеспечило отношение Fe_общ./FeO в готовом агломерате, равным 5,2 при Fe_общ. 54,5% и FeO 10,5%
Прирост отношения Fe_общ./FeO по отношению к (Fe_общ./FeO)_B=1,3 4,5 составил 0,08.

Характеристика агломерата по прочности:
выход кл. более 5 мм 72%
выход кл. менее 0,5 мм 5,3%
Прочность после восстановления и восстановимость определяли в установке Линдера по ГОСТ 19576-88.

Прочность агломерата после спекания определяли в стандартном барабане по ГОСТ 15137-77.

Был проведен ряд испытаний при различных составах шихты и параметров ее спекания.

Результаты испытаний известного и предлагаемого способа приведены в таблице. Из нее следует, что при базовой основности 1,6 ед. превышение отношения Fe_общ../FeO сверх 4,8 (FeO менее 12,6%) приводит к сильному истиранию агломерата, особенно после восстановления, что делает неэффективным его плавку в доменной печи. Снижение отношения Fe_общ./FeO менее 4,0 приводит к перерасходу топлива при агломерации более, чем на 7% без существенного улучшения прочностных свойств. Для основностей 2,2 и 2,6 ед. установлено, что повышение отношения Fe_общ./FeO более, чем на 0,12 при росте основности на каждые 0,1 ед. приводит к сильному истиранию агломерата при восстановлении, а повышение менее, чем на 0,06 к перерасходу топлива, снижению прочности и восстановимости.

Следовательно, выход за заявляемые пределы снижает металлургическую ценность агломератов.

Применение изобретения позволяет достичь экономии топлива в аглопроцессе 3 кг/т агломерата и в доменных печах 15 кг/т чугуна, увеличения восстановимости агломерата без ухудшения его прочностных характеристик.

Формула изобретения

1. Способ производства агломерата, включающий загрузку на агломашину слоя шихты, состоящей из железорудного материала, флюса и топлива, зажигание, спекание, охлаждение и сортировку спека, контроль отношения массовых долей общего железа к закиси железа (Fe_общ/FeO) в готовом агломерате и корректировку этого отношения в процессе спекания путем изменения расхода топлива в зависимости от высоты слоя, отличающийся тем, что в качестве железорудного материала используют титаномагнетитовый концентрат, а в качестве флюса известняк, при этом осуществляют дополнительную корректировку (Fe_общ/FeO) с учетом изменения основности по следующей зависимости:
(Fe_общ/FeO)_H=300 (4,0-4,8) + (0,06-0,12)(В-1,6),
где (Fe_общ/FeO)_H=300 - отношение Fe_общ/FeO при высоте слоя 300 мм; 4,0-4,8 значение Fe_общ/FeO при основности 1,6 ед;
В требуемая по условиям производства основность агломерата.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что основность шихты изменяют в интервале 1,6-2,2 ед, а толщину слоя на агломашине в интервале 300-500 мм.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что при изменении слоя шихты на 1 мм сверх 300 мм отношение Fe_общ/FeO в готовом агломерате увеличивают на 0,007-0,015.

РИСУНКИ

Рисунок 1