Способ производства офлюсованного железорудного агломерата

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве агломерата из железных и марганцевых руд, а также при производстве руднотопливных окатышей. Способ включает дозирование компонентов агломерационной шихты, содержащей концентраты обогащения железных руд, аглоруду, флюс, твердое топливо, железосодержащие отходы, смешивание шихты, ее окомкование и спекание. Причем с изменением основности шихты по отношению CaO/SiO₂ с 1,4 до 2,0 в твердом топливе поддерживают отношение массовой доли минеральной части к массовой доле углерода в пределах 0,08-0,2, а в минеральной части твердого топлива изменяют величину глиноземного модуля (Al₂O₃/SiO₂) от 0,5 до 0,8. Изобретение позволит увеличить производительность агломашин, улучшить качество агломерата и снизить удельный расход твердого топлива на процесс агломерации. 2 табл.

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при производстве агломерата из железных и марганцевых руд, а также при производстве руднотопливных окатышей.

Известен способ производства офлюсованного железорудного агломерата, по которому после окомкования многокомпонентной агломерационной шихты выделяют фракцию менее 3 мм и определяют ее основность и глиноземный модуль (Al₂O₃/SiO₂), поддерживаемые в пределах соответственно 1,6-2,2 и 0,2-0,5, а затем задают параметры режима спекания, обеспечивающие содержание кислорода в отходящих газах в пределах 10-17% [A.C. СССР N 1386668].

Недостатком этого способа является неприменимость его при спекании агломерационных шихт из нескольких железорудных материалов, разнородных по составу, поскольку способ предполагает составление агломерационных шихт только из глиноземсодержащих железных руд и концентратов определенного состава.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ производства офлюсованного железорудного агломерата, включающий поддержание глиноземного модуля (Al₂O₃/SiO₂) в пределах 0,2-0,5 во фракциях менее 3 мм в аглошихте, содержащей концентраты, руды, флюс и топливо, окомкование и спекание с прососом воздуха. При этом в окомкованной шихте состав гранул меньше 3 мм регулируют по сумме модулей-соотношений CaO/SiO₂; FeO/Fe общ; AI₂O₃/SiO₂ и MgO/SiO₂, которую поддерживают в пределах 1,0-1,9 и 2,2-3,1 для получения оливиновых связок и ферритных соответственно, а спекание агломерата на оливиновых связках ведут при 1270-1320^oC в восстановительной атмосфере, создаваемой повышенным расходом твердого топлива не менее 4 мас.% при размерах его частиц, равных или меньше 2,5 мм. При получении агломерата на ферритных связках спекание ведут при 1220-1260^oC в окислительной атмосфере, достигаемой за счет понижения раскола твердого топлива до 2,5-3,0 мас.% при крупности его 2,5-4 мм [Патент RU N 2048548].

Недостатками известного решения являются: 1. поддержание основности фракций окомкованной шихты менее 3 мм в указанных пределах без учета основности и доли остальной части шихты наряду с количеством мелкой фракции не гарантирует получение конечного агломерата заданной основности, 2. обеспечение крупности твердого топлива в пределах 2,5-4 мм для получения высокоосновного агломерата сопряжено с технологическими затруднениями, связанными с отсевом из топлива фракций менее 2,5 мм в реальных условиях технологии агломерационного производства, что является препятствием для внедрения известного решения, 3. предложенные значения расхода твердого топлива на спекание без учета в топливе содержания углерода не гарантируют обеспечение процесса агломерации необходимым температурно-тепловым уровнем, а также создание восстановительной атмосферы при спекании низкоосновного агломерата или окислительной атмосферы при спекании высокоосновного агломерата.

Задачей изобретения является увеличение производительности агломашин, улучшение качества агломерата и снижение сдельного расхода твердого топлива на процесс агломерации за счет активизации процесса ферритообразования при спекании высокоосновных агломератов.

Поставленная задача решается следующим образом: в способе производства офлюсованного железорудного агломерата, включающем обеспечивающее заданные параметры аглопроцесса дозирование компонентов агломерационной шихты, содержащей концентраты обогащения железных руд, аглоруды, флюс, твердое топливо, железосодержащие отколы, смешивание шихты, ее окомкование и спекание, с изменением основности шихты по отношению CaO/SiO₂ с 1,4 до 2,0 в твердом топливе поддерживают отношение массовой доли минеральной части к массовой доле углерода в пределах 0,08 - 0,2, a в минеральной части твердого топлива изменяют значение глиноземного модуля (Al₂O₃/SiO₂) от 0,5 до 0,8.

Отличительной особенностью предлагаемого способа является то, что, используя закономерности теплообмена и горения твердого топлива в аглопроцессе, формирование благоприятных условий для образования прочных связок требуемого состава и количества в структуре высокоосновного агломерата достигается с меньшими потерями тепла в очагах горения частиц твердого топлива в процессе спекания путем обеспечения рационального состава и количества минеральной части твердого топлива. Полный вывод сырого известняка из доменной плавки, сопровождающийся высокими технико-экономическими показателями работы доменных печей, обеспечивается, например, использованием офлюсованного агломерата основностью 1,1-1,4. Привлечение в доменную плавку неофлюсованного железорудного сырья в виде окатышей или руды в сложившихся в доменном производстве условиях вызывает необходимость производства агломерата основностью до 2,0. Известно, что прочные связки в виде алюмосиликоферритов кальция образуются в структуре агломерата с основностью выше 1,4 на основе твердых растворов системы CaO- Fe₂O - Al₂O₃ - SiO₂, поскольку при меньших значениях основности образуется дефицит кальция для формирования связки на основе соответствующих алюмосиликоферритов в необходимом объеме. [Ферритообразование в железорудном сырье/ М.С.Модель, В.Я. Лядова, Н.В.Чугунова. - М.: Наука, 1990. -152 с.].

Вместе с тем алюминийсодержащие минералы вмещающих пород компонентов аглошихты являются тугоплавкими. В агломерационном процессе, протекающем при высоких скоростях спекания (20-30 мм/мин), они не все получают необходимый температурно-тепловой уровень обработки для протекания твердофазных и жидкофазных превращений и последующего образования требуемого состава и количества связок. При этом наиболее полно физико-химические превращения получают развитие вблизи горящих частиц твердого топлива. Изложенные особенности протекания аглопроцесса позволяют использовать возможность прямого управления процессом формирования минеральной части агломерационного топлива оптимального состава и количества для получения агломерата с необходимыми металлургическими свойствами. Минеральную часть с нужными характеристиками можно формировать, используя особенности распределения химических соединений в золе различных видов твердого топлива или применяя алюминий-железосодержащие отходы (например, красные шламы алюминиевого производства) или соответствующее железорудное сырье (например, аглоруда Стойленского ГОКа) при совместном измельчении с твердым топливом.

Минеральная часть - зола твердого топлива играет существенную роль в агломерационном процессе. С одной стороны, являясь баластом, минеральная часть снижает его ценность как главного источника тепла на спекание, уменьшает содержание железа в агломерате, поскольку содержит значительное количество (до 80%) кремнезема (SiO₂) и глинозема (Al₂O₃) и требует на их ошлакование соответствующее основности агломерата количество флюсов. С другой стороны, минеральная часть находится в непосредственном контакте с углеродом топлива и с воспламенением последнего компоненты золы топлива образуют первые порции расплава, активно участвующего в ассимиляции компонентов близлежащих гранул шихты и формировании связующего материала структуры агломерата. Состав и количество минеральной части наряду с крупностью и пористостью топлива определяют реакционную способность топлива, а следовательно, и окислительный потенциал газообразных продуктов горения топлива. Содержание минеральной части в топливе зависит от его вида (коксовая мелочь, шлам коксохимического цеха, отсевы из доменного цеха, антрацит, тощие угли и др. ) и уровня его подготовки, включая обогащение с целью снижения зольности углей перед коксованием. Достигнутый уровень технологии подготовки топлива обеспечивает минимальное соотношение в топливе массовой доли минеральной части к массовой доле углерода, равное 0,08. Максимальное значение указанного соотношения определяется величиной 0,2, превышение которого вызывает значительное снижение содержания железа при производстве офлюсованного агломерата и увеличение расхода топлива на процесс спекания.

С увеличением основности с 1,4 до 2,0 при низком содержании Al₂O₃ создаются условия для кристаллизации из расплавов ларнита (2 CaO·SiO₂), стехиометрическая основность которого составляет 1,87. В процессе охлаждения агломерата при температуре 675^oC ларнит испытывает полиморфное превращение, сопровождающееся увеличением объема на 11%. Возникающие при этом фазовые напряжения являются причиной разупрочнения агломерата. Попытки увеличения расхода топлива с целью упрочнения агломерата приводят к излишнему развитию восстановительных процессов с образованием Fe₃O₄, FeO и последующим окислением до появления вторичного Fe₂O₃ при охлаждении агломерата, а также к чрезмерному оплавлению структуры агломерата. Такие структуры при восстановлении Fe₂O₃ в доменной печи с переходом в Fe₃O₄, сопровождающимся резким увеличением объема, накапливают внутренние напряжения и не релаксируют их. В описанных условиях возрастает роль глинозема как ферритообразующего оксида. Образующиеся алюмосиликоферритные связки становятся преобладающими с ростом содержания глинозема при спекании высокоосновных агломератов и устойчивыми к разрушению в процессе нагрева и восстановления в доменной печи в широком температурном интервале. Содержание глинозема в минеральной части топлива регламентируется изменением глиноземного модуля (Al₂O₃/ SiO₂) минеральной части топлива в пределах от 0,5 до 0,8 в рассматриваемом диапазоне изменения основности. Нижний предел определяет критический уровень содержания Al₂O₃, обеспечивающий прочностные характеристики агломерата, ниже которого в связках начинают преобладать силикоферриты кальция, склонные к распаду на ларнит и магнетит. Превышение верхнего предела приводит к перерасходу топлива на процесс спекания из-за увеличения доли тугоплавких соединений на основе Al₂O₃, а также к нарушению технологических требований по содержанию Al₂O₃ в доменных шлаках.

Предлагаемый способ осуществляется следующим способом.

Контролируют технический состав и химический состав минеральной части - золы используемых в агломерации видов твердого топлива (коксовая мелочь и шламы коксохимического производства, отсевы коксовой мелочи доменного цеха, антрацит, тощие угли и др.). В зависимости от основности спекаемого агломерата определяют параметры агломерационного твердого топлива по содержанию минеральной части и химическому составу минеральной части. Расчетным путем устанавливают расходы составляющих компонентов топливной смеси для обеспечения установленных параметров. Дальнейшая подготовка топливной смеси, а также ее дозирование с остальными компонентами шихты, последующее смешивание, окомкование и спекание шихты производят по традиционной технологии.

Пример расчета состава топливной смеси при спекании агломерата основностью 1,5 приведен ниже.

Исходными данными служат сведения о техническом составе (содержание золы - А^c и углерода - С^c) на сухую массу и химическом составе золы (содержание глинозема - Al₂O₃, и кремнезема - SiO₃) коксовой мелочи и тощих углей, приведенные ниже (см. табл. 1).

В соответствии с предложенным способом основности агломерата 1,5 должно отвечать значение глиноземного модуля минеральной части топлива, равное 0,5 + [(0,8 - 0,5)/(2,0 - 1,4)]·(1,5 - 1,4) = 0,55.

Рассматриваемые виды топлива самостоятельно не могут обеспечить это значение глиноземного модуля. Долю каждого из приведенных видов топлива в смеси для достижения требуемого значения глиноземного модуля минеральной части топливной смеси можно определить из уравнения 32,4 · (ТУ) / 39,0 + 22,8·[1- (ТУ)]/48,5 = 0,55.

Решая уравнение, находим, что доля ТУ в топливной смеси должна составлять 0,23, а доля КМ - 0,77. Такие расходы обеспечивают отношение массовой доли минеральной части к массовой доле углерода в топливной смеси, равное 7.1 · 0,23 / 84.3+15,0 · 0,77/87,0 = 0,152, т. е. в указанных по предложенному способу пределах.

Результаты лабораторных спеканий по предложенному (1) и существующему (2) способам, а также и прототипу (3) приведены в таблице 2. Состав шихты, ее смешивание, увлажнение, окомкование, спекание, а также обработку спека проводили применительно к условиям работы аглофабрик ОАО ММК. Анализ представленных результатов показывает, что в диапазоне изменения основности агломерата от 1,4 до 2,0 предложенный способ позволяет улучшить технико-экономические показатели агломерационного процесса по сравнению с известными способами: - при снижении расхода топлива удается вывести из топливной смеси до 19-96% дефицитной и дорогостоящей коксовой мелочи; - удельная производительность аглоустановки увеличивается на 0,6-5,8% (отн.);
- прочность агломерата увеличивается на 3-6%. (отн.).

Выход за заявленные пределы в указанном диапазоне изменения основности снижает показатели аглопроцесса. Дополнительный эффект получается за счет увеличения стойкости валков коксовых дробилок (структурная прочность у коксовой мелочи составляет 78-86%, а у тощего угля - 72,1%), а также в доменном цехе за счет улучшения металлургических свойств агломерата (повышение прочности агломерата и содержания в нем железа).

Формула изобретения

Способ производства офлюсованного железорудного агломерата, включающий обеспечивающее заданные параметры аглопроцесса дозирование компонентов агломерационной шихты, содержащей концентраты обогащения железных руд, аглоруду, флюс, твердое топливо, железосодержащие отходы, смешивание шихты, ее окомкование и спекание, отличающийся тем, что с изменением основности шихты по отношению CaO/SiO₂ с 1,4 до 2,0 в твердом топливе поддерживают отношение массовой доли минеральной части к массовой доле углерода в пределах 0,08 - 0,2, а в минеральной части твердого топлива изменяют величину глиноземного модуля (Al₂O₃/SiO₂) от 0,5 до 0,8.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2