Шихта для производства агломерата
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству агломерата, и может быть использовано при подготовке железорудного сырья к металлургическому переделу. Шихта включает железорудный концентрат, железосодержащий материал, известняк, твердое топливо и дополнительно содержит ванадийсодержащий металлопродукт переработки металлургических шлаковых отвалов. Соотношение ингредиентов в шихте следующее, мас.%: железосодержащий материал 15-40, известняк 3-8, твердое топливо 4-7, ванадийсодержащий металлопродукт переработки шлаковых отвалов 4-12, железорудный концентрат - остальное. Крупность ванадийсодержащего металлопродукта до 10 мм. В качестве железосодержащего материала используют металлургические пыли, шламы доменные, возвраты агломерационный и доменный. Изобретение позволит снизить содержание в шихте агломерата доли дорогостоящих железорудных концентратов, снизить расход твердого топлива с сохранением прочностных характеристик агломерата. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к области черной металлурги, в частности к производству агломерата, и может быть использовано при подготовке железорудного сырья к металлургическому переделу.
Известна шихта для изготовления окатышей (брикетов), состоящая из железосодержащих отходов (пыли доменные, конвертерные, мартеновские) с добавками извести, бетонита [1]. Указанная шихта играет определенную положительную роль. Однако все эти добавки к шихте являются минеральным природным сырьем, которое необходимо извлечь из недр, высушить, раздробить, размолоть, в некоторых случаях подвергнуть обжигу, т.е. произвести ряд дорогостоящих технологических операций. Кроме того, известь отрицательно влияет на поведение окатышей при нагреве, вызывая их растрескивание, т.е. снижение прочности.
Известна шихта для производства железофлюса и способ его поучения [2], содержащая шлак сталеплавильного производства и железосодержащие добавки, кроме того, с целью утилизации отходов металлургического производства и повышения прочности гранул в качестве железосодержащих добавок содержит окалину и отсев агломерата и окатышей при следующем соотношении компонентов, вес.%:
| сталеплавильный шлак | 30-50 |
| окалина | 10-20 |
| отсев агломерата и окатышей | |
| фракции 0,1-3,5 мм | остальное |
Известна шихта для окускования жлезосодержащих материалов, содержащая пыль и окалину, а также дополнительно содержит сталеплавильный шлам и известь при следующем соотношении ингредиентов [3], вес.%:
| сталеплавильный шлам | 10-30 |
| доменный шлам | 20-40 |
| пыль | 20-40 |
| окалина | 5-15 |
| сталеплавильный шлак | 5-15 |
| известь | 5-20 |
Недостатком данных шихт являются невысокие прочностные характеристики агломератов. Отгружаемый с аглофабрики агломерат в дальнейшем при доставке к доменной печи подвергается преимущественно истирающим нагрузкам при взаимодействии кусков в процессе транспортировки и опускания в бункерах доменного цеха. При этом образуются преимущественно пылеватые фракции и обламываются и переходят в мелочь консольные участки кускового продукта.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является шихта для производства агломерата, включающая химотходы, окалину, колошниковую пыль, шламы доменного производства, известняк, коксовую мелочь, отличающая тем, что, с целью повышения прочности агломерата, она дополнительно содержит ванадийсодержащий шлам тепловых электростанций (ТЭС) с содержанием СаО 10% при следующем соотношении ингредиентов [4], мас.%:
| химотходы | 8-15 |
| окалина | 35-55 |
| колошниковая пыль | 10-15 |
| шламы доменного производства | 8-15 |
| известняк | 3,5-9,0 |
| ванадийсодержащий шлам ТЭС | 2-25 |
Кроме того, 40-60% ванадийсодержащего шлама ТЭС имеет размер частиц менее 0,1 мм.
Недостатком прототипа является недостаточная прочность агломерата, что приводит к ухудшению газопроницаемости столба шихты из-за раннего разрушения кусков в верхних горизонтах доменной печи.
Технической задачей изобретения является снижение содержания в шихте агломерата доли дорогостоящих железорудных концентратов, снижение расхода твердого топлива, а также повышение прочностных характеристик агломерата.
Технический результат достигается за счет того, что в состав шихты агломерата дополнительно вводят металлопродукт, при следующем соотношении ингредиентов шихты, мас.%:
| железосодержащий материал | 15-40 |
| известняк | 3-8 |
| твердое топливо | 4-7 |
| металлопродукт переработки | |
| шлаковых отвалов | 4-12 |
| железорудный концентрат | остальное, |
причем ванадийсодержащий металлопродукт, полученный путем переработки отвальных сталеплавильных и доменных шлаков, измельчают до крупности 10-0 мм, а в качестве железосодержащего материала используют металлургические отходы: пыли, шламы доменные и сталеплавильные, возвраты агломерационный и доменный.
Сущность изобретения заключается в следующем.
На многих металлургических предприятиях образовались огромные техногенные свалки из металлургических отходов.
Переработка отходов на заводской площадке не всегда позволяет утилизировать все железосодежащие компоненты вследствие невозможности прямого вовлечения в плавку из-за малых размеров частиц и невысокого содержания железа в сырье.
Данные обстоятельства требуют привлечения этих отходов в качестве добавок в процесс агломерации. После комплекса операций по переработке шлака получают металлопродукт, имеющий следующий хим. состав, %: Fe - до 54,5; FeO - 31,2; CaO - до 12,5; SiO2 - 13,0; S - 0,19; С - 1,3; MgO - 5,0; V2O5 - 2,5.
Повышенная доля шлакообразующих компонентов шихты для формирования аглоспека требует высокой степени подготовки компонентов шихты и больших энергозатрат.
Кроме того, повышенная доля шлакообразующих материалов с высокой основностью приводит к блокированию железорудных зерен от контакта с газом и низкой восстановимости в условиях доменной печи.
В используемом для агломерационной шихты ванадийсодержащем металлопродукте содержатся соединения типа ферритов (MgO FeO SiO2), (MgO FeO V2O5).
В условиях аглопроцесса, когда нагрев и высокотемпературная обработка материалов длятся очень короткое время, наличие готовых соединений, которые не требуют времени на твердофазные процессы, способствует их быстрому плавлению и формированию шлаковых связок, равномерно распределенных по структуре агломерата.
Такие агломераты прочны как в исходном состоянии, так и при восстановлении.
Улучшению физико-механических свойств агломератов способствует равномерное распределение заранее сформированных на стадии обжигмагнитного обогащения ферритных и других связок. Для равномерного распределения металлопродукта переработки шлаковых отвалов размер его кусочков должен быть сопоставим с остальными компонентами шихты, для чего его измельчают до крупности по классу 10-0 мм. Химический состав шихтовых материалов показан в таблице 1.
Улучшение процесса формирования связки способствует уменьшению расхода топлива на производство агломерата, повышению его качества в целом.
Пределы содержания в шихте твердого топлива обусловлены прочностью и восстановимостью агломерата.
При меньшем чем 4% содержании твердого топлива в шихте резко падает прочность агломерата.
При большем чем 7% содержании твердого топлива в шихте резко снижается восстановимость агломерата.
Пределы содержания известняка в шихте обусловлены основностью агломерата, равной 1,1-1,3.
При меньшем чем 3% содержании известняка основность агломерата будет менее 1,1%, а при большем чем 8% содержании известняка основность агломерата СаО/SiO2 превышает 1,3.
Указанные пределы значений компонентов шихты отвечают необходимости сосредоточить составы связок в областях кристаллизации ферритных твердых растворов, соответствующих равновесным системам типа СаО - FeO - MgO - V2O5 - SiO2.
Экспериментально установлено и оптимальное содержание в шихте металлопродукта переработки шлаковых отвалов. Наилучшие результаты по прочности агломерата и его восстановимости были получены при содержании металлопродукта равным 4-12%.
ПРИМЕР
Железорудный концентрат, металлосодержащий материал, известняк, твердое топливо (коксовая мелочь) и металлопродукт, полученный из отвальных металлургических шлаков, смешивали, увлажняли, окомковывали и спекали на агломерационной машине. Высота слоя шихты составляла 300 мм. Количество известняка и твердого топлива в шихте составляло соответственно 3-8,0 и 4,0-7,0%. Для улучшения прочностных характеристик агломерата в шихту добавляли - содержащий металлопродукт переработки шлаковых отвалов в кол-ве 4-12%, крупностью до 10 мм. Влажность металлопродукта 5-7%. Зажигание шихты производили продуктами горения пропан-бутановой смеси в воздухе с температурой 1100-1200°С. После охлаждения агломерат подвергали испытаниям в барабане для определения механической прочности. После обработки в барабане материал рассеивали на ситах для определения количества фракций +5,0 и -0,5 мм. Прочность агломерата оценивали по выходу фракций более 5 мм, характеризующему показатель сопротивления истиранию.
Результаты испытаний приведены в таблице 2.
Анализ приведенных результатов испытаний агломерата показывает, что использование металлопродукта повышает выход годного с 63,5 до 66,7%, прочность в барабане с 64,2 до 68,1%, содержание серы не превышает 0,072%, расход твердого топлива уменьшается с 9,5 до 4-7%. Кроме того, опытное опробование агломерата с добавками ванадийсодержащего металлопродукта проводилось на доменной печи №3 Нижнетагильского металлургического комбината. Агломерат способствовал улучшению процесса лакообразования в печи и снижению вязкости конечного доменного шлака, за счет чего достигалось улучшение разделения продуктов плавки на выпуске из печи и значительно уменьшались потери чугуна со шлаком.
Снижение вязкости доменного шлака происходило в связи с меньшим образованием в печи карбонитридов титана и гренали, что обусловлено благоприятным химическим составом металлопродукта из отвальных шлаков, его низкой температурой плавления (12050-1300°С) и хорошей жидкоподвижностью в расплавленном состояния.
Вязкость шлака снизилась с 0,29 до 0,22-0,24 Па·с, что обеспечило снижение концентрации металла в шлаке на выпуске из печи на 11-23%.
При сопоставлении заявляемого технического решения и способа, взятого за прототип, видно, что благодаря включениям в агломерационную шихту вышеперечисленных компонентов по разработанной технологии удалось достичь:
1) снизить расход дефицитных компонентов ММС в шихте, а следовательно, и увеличить производство агломерата;
2) снизить расход твердого топлива в шихту, так как в этих компонентах присутствует некоторое содержание горючего углерода;
3) снизить присутствие мелких классов в агломерационной шихте (кл. - 1 мм) за счет снижения расхода концентрата ММС, увеличить газопроницаемость, а следовательно, и прочностные характеристики агломерата.
Таким образом, предложенное техническое решение соответствует критерию "новизна". Анализ патентов и научно-технической информации не выявил использования новых существенных признаков, используемых в предлагаемом изобретении, по их функциональному назначению. Следовательно, предлагаемое изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".
Источники информации
1. Влияние извести и бентонита на процесс получения железорудных окатышей, «Металлургия и коксохимия». Рес. межведом. научно-технич. сборник, 1974, вып.38, стр. 23-26.
2. А.с. 713919, С 22 В 1/24, опубл. в бюлл. №5, 1980 г.
3. А.с. 630301, С 22 В 1/14, опубл. в бюл. №40, 1978 г.
4. А.с. 1529738, С 22 В 1/16, опубл. в бюлл. №27, 1995 г. (с.310).
| Таблица №1 Химический состав шихтовых материалов | ||||||
| Ингредиент | Содержание, мас.% | |||||
| Fe | CaO | SiO2 | S | С | V2O5 | |
| Рудный концентрат | 63,20 | 1,78 | 5,54 | 0,282 | - | - |
| Колошниковая пыль | 38,0 | 8,02 | 8,00 | 0,29 | 13,5 | 0,53 |
| Шламы | 53,8 | 5,82 | 3,92 | 0,2 | 4,3 | 0,70 |
| Окалина | 65,0 | 1,49 | 2,00 | 0,03 | 0,41 | 0,15 |
| Возврат агломерационный | 63,20 | 1,78 | 5,57 | 0,280 | - | 0,40 |
| Металлопродукт (сталеплавильный и доменный) | 55,4 | 12,82 | 13,7 | 0,19 | 2,3 | 2,50 |
| Известняк | 0,00 | 53,00 | 1,50 | 0,05 | - | - |
| Таблица №2 | ||||||||
| ПРИМЕР | СОСТАВ ШИХТЫ, % | Показатели прочности агломерата | Содержание серы, % | |||||
| Рудный концентрат | Известняк | Твердое топливо | Металлосодержащий материал | V-содержащий металлопродукт (сталеплавильный, доменный) | Сопротивление удару, выход фракции +5 мм, % | Сопротивление истиранию, выход фракции -0,5 мм, % | ||
| Известный (прототип) | 52,5 | 8,0 | 9,5 | 30,0 | - | 64,2 | 9,4 | 0,078 |
| 1. | 46,3 | 8,5 | 5,8 | 35,5 | 3,9 | 64,3 | 7,5 | 0,076 |
| 2. | 48,0 | 7,5 | 6,3 | 33,7 | 4,5 | 65,2 | 8,7 | 0,072 |
| 3. | 48,5 | 7,0 | 6,5 | 31,4 | 6,6 | 67,2 | 8,8 | 0,069 |
| 4. | 49,8 | 6,8 | 5,5 | 31,0 | 6,9 | 68,1 | 8,1 | 0,070 |
| 5. | 43,0 | 3,4 | 4,5 | 38,3 | 10,8 | 66,5 | 7,9 | 0,072 |
| 6. | 32,4 | 7,8 | 7,2 | 40,1 | 12,5 | 64,3 | 9,6 | 0,076 |
| 7. | 38,5 | 8,2 | 9,0 | 30,3 | 14,0 | 62,4 | 9,7 | 0,079 |
| 8. | 42,0 | 7,4 | 9,6 | 26,5 | 14,5 | 62,0 | 9,9 | 0,078 |
1. Шихта для производства агломерата, включающая железорудный концентрат, железосодержащий материал, известняк и твердое топливо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ванадийсодержащий металлопродукт переработки шлаковых отвалов при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
| Железосодержащий материал | 15-40 |
| Известняк | 3-8 |
| Твердое топливо | 4-7 |
| Ванадийсодержащий металлопродукт | |
| переработки шлаковых отвалов | 4-12 |
| Железорудный концентрат | Остальное |
причем используют ванадийсодержащий металлопродукт крупностью до 10 мм.
2. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что в качестве железосодержащего материала используют металлургические пыли, шламы доменные, возвраты агломерационный и доменный.
3. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что используют ванадийсодержащий металлопродукт, полученный путем переработки отвальных сталеплавильных и доменных шлаков.
