Способ отверждения самовосстанавливающихся агломератов
Изобретение относится к способу и устройству для отверждения и сушки самовосстанавливающихся агломератов. Самовосстанавливающиеся агломераты состоят из смеси мелких частиц железной руды и/или промышленных отходов, содержащих окислы железа, частиц углерода, флюса, например шлаков от сталеплавильных установок, и цемента в качестве связующего. Влажность смеси составляет от 7 до 12%. Из смеси приготавливают агломераты. И для получения агломератов повышенной механической прочности, используя одну установку, осуществляют последовательно и непрерывно стадии подсушки горячими газами, схватывания цемента при контактировании с горячими газами, содержащими воду, и сушки горячими газами. Для регулирования процесса перемешивания газов, поступающих из каждой зоны, в установке предусмотрены средства, обеспечивающие подачу газов из зоны подсушки в канал для их отвода из камеры сверху и подачу газов из зоны отверждения и зоны сушки через боковые патрубки в зонах отверждения и сушки в канал для их отвода из камеры. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.
Область техники
Область техники
Настоящее изобретение относится к способу отверждения самовосстанавливающихся агломератов, содержащих окисел железа и цемент, служащий в качестве связующего вещества, для достижения механической прочности, необходимой для использования агломерата в последующих операциях переработки с целью получения чугуна.
Предшествующий уровень техники
Разработки с целью получения агломератов, предназначенных для производства чугуна, начались в пятидесятых годах. Эти агломераты главным образом были приготовлены в виде окатышей с тем, чтобы использовать мелкие частицы минералов, которые не могут служить сырьем при использовании известных технологий, например в доменных печах, вагранках, электрических печах и других печах, благодаря малым размерам частиц, особенно это касается железной руды. Несколько позднее появилась разработка по получению самовосстанавливающихся агломератов. Технология их получения характеризовалась использованием связующих с холодным отверждением, в частности цемента, извести, кремнезема, которые подвержены схватывающему воздействию, в основном вследствие реакции с водой (гидратация) и в меньшей степени - с двуокисью углерода, присутствующей в воздухе (карбонизация). Эти реакции, хотя они и придают агломерату необходимые механические свойства, являются медленными реакциями, для завершения которых требуется от 10 до 30 дней, а иногда даже больше, в зависимости от погодных условий (скорость застывания уменьшается с уменьшением окружающей температуры).
Для ускорения упомянутых реакций гидратации были предложены некоторые альтернативные решения, например обработка агломератов в емкостях под давлением (в автоклавах) путем приложения давления, составляющего до 20 атмосфер, при температуре водяных паров 250°С, как это описано в патенте США №4528029. Основной недостаток указанного альтернативного решения заключается в высокой стоимости необходимого оборудования и сложных условиях проведения процесса обработки, что затрудняет коммерческое использование такой технологии.
Раскрытие сущности изобретения
В соответствии с данным изобретением обеспечивается способ получения самовосстанавливающихся агломератов, предназначенных для использования при получении чугуна. Предлагаемый способ включает получение смеси частиц, содержащей частицы окиси железа, частицы углерода, содержащие восстановитель и связывающий цемент. К смеси частиц добавляют воду до получения влажности смеси примерно от 7 до 12%. После этого смесь частиц превращают в агломераты. Агломераты предварительно подсушивают (предварительно высушивают) при контактировании с горячими газами, имеющими температуру примерно от 70 до 110°С, для активизации реакции отверждения (или схватывания), происходящей между водой и цементом. Затем агломераты высушивают горячими газами при температуре приблизительно от 80 до 180°С для достижения заданной влажности.
Смесь частиц может содержать флюс.
Агломераты могут формировать опускающийся столб при последовательном и непрерывном проведении процессов подсушки, схватывания (отверждения) и сушки.
Предпочтительно содержание влаги в смеси частиц может составлять примерно от 8 до 10%.
Осуществляемые последовательно и непрерывно процессы подсушки, отверждения и сушки могут проводиться при атмосферном давлении.
Стадия отверждения может проводиться в течение примерно от 4 до 12 часов.
Окись железа, находящаяся в виде частиц, может включать, по меньшей мере, железную руду или отходы металлургической промышленности.
Опускающийся столб агломератов, который проходит осуществляемые последовательно и непрерывно процессы подсушки, схватывания и сушки может при этом находиться в одной реакционной камере.
Кроме того, в соответствии с изобретением предложена установка для получения самовосстанавливающихся агломератов, включающих отверждающий цемент и предназначенных для использования при получении чугуна. Установка содержит продолговатую вертикальную камеру отверждения и сушки. Сверху камера имеет вход для подачи агломератов. Загружаемые агломераты состоят из смеси частиц, включающей железо и окись железа, частицы углеродсодержащего восстановителя и связующий цемент, при этом влажность агломератов составляет примерно от 7 до 12%. В верхней части камеры расположена зона подсушки частиц смеси. В средней части камеры расположена зона отверждения связующего цемента. В нижней части камеры находится зона сушки смеси частиц.
Зона подсушки снабжена средствами, обеспечивающими подсушку при контактировании частиц смеси с горячими газами при температуре примерно от 80 до 180°С. В зоне отверждения имеются средства, обеспечивающие контактирование смеси частиц с содержащим воду горячим газом, имеющим температуру примерно от 70 до 110°С. Зона сушки снабжена средствами для контактирования смеси частиц с горячими газами, имеющими температуру примерно от 80 до 180°С, высушивающими смесь частиц.
В камере имеются средства регулирования процесса перемешивания газов, поступающих из каждой зоны камеры. С этой целью газы могут вводиться между зонами для того, чтобы можно было регулировать их перемешивание или позволять или не позволять им перемешиваться. Средства регулирования могут включать в себя средства для отвода газов, введенных в зону подсушки, в канал, выводящий газы из камеры сверху, средства для отвода газов, введенных в зону отверждения, в канал, выводящий газы из камеры через боковой патрубок, и средства для направления газов, введенных в зону сушки, в канал, выводящий газы из камеры через боковой патрубок, расположенный в зоне сушки.
Горячие газы могут выводиться и контактировать с внешней частью камеры с помощью средств, размещенных у зоны подсушки. Горячие газы могут направляться таким путем за счет наличия кожуха, окружающего внешнюю часть камеры, с образованием между ними зазора, и проходного канала, через который горячие газы направляют в объем между внешней поверхностью камеры и кожухом.
На фиг.1 представлено одно воплощение установки для осуществления процессов отверждения и сушки агломератов в соответствии со способом, предлагаемым в заявленном изобретении, вид спереди. На фиг.2 - вид сверху установки, показанной на фиг.1.
Самовосстанавливающие агломераты, как указано выше, отверждаются и высушиваются в установке, соответствующей настоящему изобретению (представляющей собой одно из возможных воплощений), показанной на фиг.1 и фиг.2. Установка содержит реакционную камеру, обозначенную в целом позицией V. Агломераты поступают в камеру сверху через отверстие 1 и последовательно и непрерывно проходят через секцию предварительной сушки (подсушивания) 2, секцию отверждения 3 и секцию сушки 4. Разгружаются агломераты из камеры через разгрузочное отверстие 5 в днище камеры.
В зоне подсушки 2 материал контактирует с горячими газами, имеющими температуру от 80 до 180°С, проходящими через вентиль 6. Подсушенный материал опускается вдоль оси камеры и поступает в секцию отверждения, где контактирует с горячими газами, содержащими воду, с температурой от 70 до 110°С. Отвержденный (схваченный) материал, высушенный затем в секции сушки, отводится из камеры через отверстие 5 в днище камеры. Часть отходящих газов выходит через отверстие 9, расположенное вверху камеры. Другая часть газов направляется в объем 10, образованный цилиндрическим кожухом 11, и контактирует с внешней поверхностью секций подсушивания, отверждения и сушки. Такое распределение потоков газов предотвращает перемешивание газов, выходящих из каждой из трех секций.
В соответствии с данным изобретением были получены агломераты в виде окатышей как в лаборатории, так и в опытной полупромышленной установке, как указано в таблице. Агломераты были приготовлены из смеси мелочи железной руды, угля и кокса с цементом в качестве связующего. Эти сырые агломераты были подсушены, отверждены при контактировании с водяным паром и высушены. После отверждения и сушки агломераты были испытаны на прочность холодной компрессией, при этом проводились измерения сопротивления разрушению при сжатии.
| Таблица | ||||
| Результаты лабораторных испытаний | ||||
| Диаметр окатышей | Температура пара | Время отверждения | Прочность при холодной компрессии | Требуемая прочность при холодной компрессии |
| мм | °С | ч | кгс/окатыш | кгс/окатыш |
| 13 | 90-100 | 4.5 | 38.58 | >20 |
| 5.5 | 40.84 | |||
| 12 | 90-100 | 4.5 | 17.80 | >17 |
| 5.5 | 21.50 | |||
| 12 | 90-100 | 7.5 | 18.94 | >17 |
| 12 | 90-100 | 4.5 | 17.76 | >17 |
| 14 | 90-100 | 5 | 23.30 | >23 |
| 11 | 90-100 | 6 | 28.04 | >15 |
| 90-100 | 7 | 32.7 | ||
| 12 | 90-100 | 5 | 23.7 | >17 |
| Результаты испытаний полномасштабного модуля. Опытная установка | ||||
| Диаметр окатышей | Температура пара | Время отверждения | Прочность при холодной компрессии | Требуемая прочность при холодной компрессии |
| мм | °С | ч | кгс/окатыш | кгс/окатыш |
| 11-14 | 90-100 | 10 | от 31.6 до 50.1 | >15 для 11 мм |
| >23 для 14 мм | ||||
| 11-14 | 90-100 | 8 | от 17.72 до 49.0 | 15 для 11 мм |
| >23 для 14 мм |
1. Способ получения самовосстанавливающихся агломератов с цементным связующим, предназначенных для использования при производстве чугуна, характеризующийся тем, что включает получение смеси частиц, содержащей частицы окиси железа, частицы углерода, содержащие восстановитель, и связующий цемент, добавление воды к указанной смеси частиц с получением влажности приблизительно от 7 до 12%, приготовление из полученной смеси частиц агломератов, последовательное и непрерывное уменьшение влажности агломератов с помощью горячего газа при температуре от 80 до 180°С для подсушки агломератов, контактирование агломератов с потоком горячего газа при температуре от 70 до 110°C в течение времени от 4 до 12 ч для схватывания цемента и сушку отвержденных агломератов горячим газом при температуре от 80 до 180°С для достижения заданной влажности.
2. Способ по п.1, в котором смесь частиц содержит флюс.
3. Способ по п.1 или 2, в котором агломераты образуют опускающийся столб в процессе непрерывно и последовательно осуществляемых подсушки, отверждения и сушки.
4. Способ по п.2, в котором влажность смеси частиц составляет приблизительно от 8 до 10%.
5. Способ по п.1 или 2, в котором подсушку, отверждение и сушку проводят последовательно и непрерывно при атмосферном давлении.
6. Способ по п.1 или 2, в котором окись железа, находящаяся в виде частицы, включает, по меньшей мере, железную руду или промышленные отходы.
7. Способ по п.3, в котором опускающийся столб находится внутри одной реакционной камеры.
8. Способ по п.2, в котором в качестве флюса используют шлак, образующийся при получении стали в электрической печи.
9. Установка для получения самовосстанавливающихся агломератов с цементным связующим, предназначенных для использования при получении чугуна, характеризующаяся тем, что содержит удлиненную вертикальную камеру для подсушки, отверждения и сушки, входное отверстие сверху камеры для загрузки агломератов, полученных из смеси частиц, включающей окисел железа, углеродсодержащий восстановитель и цемент в качестве связующего, с влажностью от 7 до 12%, зону подсушки в верхней части камеры для подсушки агломератов, зону отверждения в средней части камеры для отверждения связующего цемента, зону сушки в нижней части камеры для сушки агломератов, средства для регулирования процесса перемешивания газов, поступающих из каждой зоны, обеспечивающие подачу газов из зоны подсушки в канал для их отвода из камеры сверху и подачу газов из зоны отверждения и зоны сушки через боковые патрубки в зонах отверждения и сушки в канал для их отвода из камеры.
10. Установка по п.9, в которой в зоне подсушки размещены средства для контактирования агломератов с горячим газом при температуре от 80 до 180°С для подсушки агломератов, в зоне отверждения размещены средства для контактирования агломератов с горячим газом, содержащим воду, при температуре от 70 до 110°С для отверждения связующего цемента, и в зоне сушки размещены средства для контактирования агломератов с горячим газом при температуре от 80 до 180°С для сушки агломератов.
11. Установка по п.9, в которой размещены средства для направления горячего газа в контактное взаимодействие с внешней частью камеры в ее зоне подсушки.
12. Установка по п.11, в которой средства для направления горячего газа в контактное взаимодействие с внешней частью камеры в зоне подсушки включают в себя кожух, окружающий снаружи внешнюю часть и отделенный от нее зазором, и проход для подачи горячего газа в пространство, образованное между внешней частью камеры и кожухом.
