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 содержит железорудный концентрат, железосодержащий материал, известняк, коксовую мелочь и шлакометаллооксидный концентрат. Соотношение ингредиентов в шихте следующее, мас.%: железосодержащий материал 12-30, известняк 4-9, коксовая мелочь 3-5, шлакометаллооксидный концентрат 7-18, железорудный концентрат - остальное. Крупность шлакометаллооксидного концентрата составляет до 1 мм и он содержит шлакометаллическую смесь от переработки сталеплавильных шлаков - 3-20%, и железорудный полупродукт - остальное. В качестве железорудного полупродукта используют обогащенную железную руду. В качестве железосодержащего материала используют колошниковую пыль, шламы доменные и сталеплавильные, окалину, отсевы агломерата и окатышей. Изобретение позволяет снизить содержание в шихте агломерата доли дорогостоящих железорудных концентратов, снизить расход твердого топлива с сохранением прочностных характеристик агломерата. 2 з.п. ф-лы, 3 табл.

 

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству агломерата, и может быть использовано при подготовке железорудного сырья к металлургическому переделу.

Повышение объема производства агломерата с высоким содержанием железа без больших капитальных вложений является проблемой многих металлургических заводов.

Известна шихта для производства железофлюса и способ его получения [1], 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	- остальное.

Известна шихта для окускования железосодержащих материалов, содержащая пыль и окалину, а также дополнительно содержит сталеплавильный шлам и известь, при следующем соотношении ингредиентов, вес.% [2]:

- сталеплавильный шлам	- 10-30
- доменный шлам	- 20-40
- пыль	- 20-40
- окалина	- 5-15
- сталеплавильный шлак	- 5-15
- известь	- 5-20.

Недостатком данных шихт является невысокие прочностные характеристики агломератов, а также нестабильное содержание железа. 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, обламываются и переходят в мелочь консольные участки кускового продукта.

Известна шихта для приготовления материала для металлургического производства, содержащая компоненты при их соотношении, в мас.%: в качестве углеродсодержащего материала - порошкообразный карбид железа 75-85, железосодержащий материал 12-18, в качестве связующего - свежеприготовленную гидроокись кальция и/или магния 3-7. Шихта содержит в качестве железосодержащего материала железорудный концентрат, колошниковую пыль, шлак феррованадиевого производства [3].

Недостатком данной шихты является то, что при внесении брикетов из предложенной шихты в сталеплавильный агрегат вносятся нежелательные примеси, например фосфор, сера и др.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является шихта для производства агломерата, включающая железорудный концентрат, железосодержащий материал, известняк, твердое топливо, и дополнительно содержит ванадийсодержащий металлопродукт переработки 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 [4].

Положительным результатом данного технического решения является возможность использования металлургических отходов, в частности продуктов переработки шлаковых отвалов, в шихте агломерата, что улучшает экологическую ситуацию металлургических предприятий.

Недостатком прототипа является невысокое содержание железа в металлопродукте (около 50%), что приводит к дополнительному вводу в шихту дорогостоящих высокожелезистых материалов-концентратов, а также к повышенному расходу топлива.

Техническим результатом 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 шлакометаллооксидный концентрат, при следующем соотношении ингредиентов шихты, мас.%:

- железосодержащий материал	- 12-30
- шлакометаллооксидный концентрат	- 7-18
- известняк	- 4-9
- коксовая мелочь	- 3-5
- железорудный концентрат	- остальное,

при этом шлакометаллооксидный концентрат содержит, мас.%:

шлакометаллическая смесь от переработки сталеплавильных шлаков 3-20, железорудный полупродукт - остальное, кроме того, крупность шлакометаллооксидного концентрата составляет 0-1 мм,

в качестве железорудного полупродукта используют обогащенную железную руду, а в качестве железосодержащего материала используют колошниковую пыль, шламы доменные и сталеплавильные, окалину, отсевы агломерата и окатышей.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Переработка отходов на заводской площадке не всегда позволяет утилизировать все железосодержащие компоненты, вследствие невозможности прямого вовлечения в плавку из-за невысокого содержания железа в сырье.

Данные обстоятельства требуют привлечения этих отходов в качестве добавок в процесс агломерации. Наиболее эффективной добавкой в процесс агломерации является шлакометаллооксидный концентрат, имеющий следующий хим. состав, %: Fe 58,5-64,0, FeO 34,6, Fe₂O₃ 43,5, CaO 10,0, SiO₂ 8,0, AlO₃ 2,0, S 0,09, С 1,3, MgO 5,3, V₂O₅ 0,6, MnO 2,02, P₂O₅ 0,21, а также небольшое содержание TiO₂, Cu, Zn, Na₂O.

Шлакометаллооксидный концентрат получается при совместном помоле до фракции 0-1 мм и последующем мокром магнитном обогащении следующих компонентов: шлакометаллической смеси от переработки сталеплавильных шлаков и железорудного полупродукта. Содержание железа в концентрате не менее 58%.

Железорудный полупродукт - это обогащенная железная руда с содержанием железа 35-45%.

Введение полезных для агломерата компонентов на стадии формирования концентрата обуславливает более равномерное их распределение в аглошихте, а следовательно лучшую спекаемость, прочность, стабильность качества агломерата. Добавка шлакометаллической смеси для получения концентрата выполняет эту задачу, при этом дополнительно вводятся в агломерат CaO, MgO, MnO, V₂O₅ и др.

В используемом для агломерационной шихты шлакометаллооксидном продукте 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 обжиг-магнитного обогащения ферритных и других связок.

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.

Снижение содержания топлива (коксовая мелочь) в шихте ниже 3,0 мас.% не обеспечивает осуществление процесса спекания, что приводит к снижению прочностных характеристик агломерата.

Увеличение содержания коксовой мелочи в аглошихте выше 5,0 мас.% приводит к снижению холодной прочности агломерата из-за увеличения содержания закиси железа.

Пределы содержания известняка в шихте обусловлены основностью агломерата, равной 1,1-1,3. При меньшем, чем 4%-ном содержании известняка основность агломерата будет менее 1,1%, при этом в доменном процессе необходим дополнительный ввод известняка, что приводит в увеличению расхода кокса и снижению производительности печей. При большем, чем 9%-ном содержании известняка основность агломерата CaO/SiO₂ превышает 1,3. Увеличение содержания известняка выше 9,0 мас.% приводит к снижению прочностных свойств агломерата.

Введение шлакометаллической смеси (ШМС) при производстве концентрата менее 3% не дает ощутимых результатов по спеканию аглошихты и необходимого повышения полезных для агломерата компонентов (CaO, MgO, MnO, V₂O₅).

Более высокая доля ШМС - более 20% увеличивает выход "хвостов", также увеличиваются энергозатраты при помоле компонентов концентрата.

Указанные пределы значений компонентов шихты отвечают необходимости сосредоточить составы связок в областях кристаллизации ферритных твердых растворов, соответствующих равновесным системам типа CaO - FeO - MgO - V₂O₅ - SiO₂. Экспериментально установлено и оптимальное содержание в шихте шлакометаллооксидного концентрата, а именно наилучшие результаты по прочности агломерата и его восстановимости были получены при содержании шлакометаллооксидного концентрата, равным 7-18%, и крупностью 1-0 мм и содержащего: шлакометаллическую смесь от переработки сталеплавильных шламов в количестве 3-20% и железорудный полупродукт в виде обогащенной железной руды.

Результаты опытных спеканий агломерата с добавлением шлакометаллооксидного концентрата показаны в таблице №3.

Способ спекания агломерата осуществляют следующим образом.

При подготовке материалов к спеканию формируют штабеля представляющие из себя смеси различных по содержанию железа концентратов и железосодержащих материалов.

Смеси из каждого штабеля подают в шихтовые бункера.

Флюсы (известняк и известь) и коксовую мелочь подают непосредственно в предназначенные для них бункера шихтового отделения с целью точного регулирования основности агломерата по отношению CaO/SiO₂.

Смешанную в барабане шихту с возвратом, образованным после грохочения спека, окомковывают и укладывают на конвейерную агломашину с высотой слоя 200-400 мм, соответствующим типу тягодутьевых устройств. Твердое топливо шихты в виде коксовой мелочи зажигают при прохождении конвейера под горном с газовыми горелками. Температура зажигания 1100-1150°С. После зажигания шихта спекается путем прососа воздуха через слой под воздействием вентилятора (эксгаустера), развивающего максимальное разрежение 600-1100 мм вод. ст. Скорость движения аглоленты регулируют по максимальной температуре в конце зоны спекания 120-150°С и контролируют по отсутствию заметных количеств остаточного углерода в агломерате.

Спек после схода с конвейера подвергают дроблению и грохочению с выделением некондиционного возврата крупностью 5-0 мм. Основную фракцию более 5 мм отправляют потребителю в доменный цех.

Пример 1.

Железорудный концентрат, металлосодержащий материал, известняк и твердое топливо (коксовая мелочь) смешивали, увлажняли, окомковывали и спекали на агломашине. Высота слоя шихты составляла 335 мм. Количество известняка и коксовой мелочи в шихте составляло соответственно 4,0-9,0 и 3,0-5,0%. Для улучшения прочностных характеристик агломерата в шихту добавляли шлакометаллооксидный концентрат переработки металлургических отходов в количестве 7-18%, крупностью 0-1 мм. Влажность шлакометаллооксидного концентрата составляла 3-5%. Зажигание шихты производили продуктами горения пропан-бутановой смеси в воздухе с температурой 1150°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 готового агломерата определяли в стандартном барабане по ГОСТ 15137-77 с оценкой выхода кл. более 5 мм и истираемости - кл. менее 0,5 мм.

Прочность агломерата после восстановления и степень восстановления при 800°С определяли в установке типа Линдера по ГОСТ 19576-76. Вязкость доменных шлаков при плавлении агломератов рассчитывали по специальной программе для ПЭВМ, составленной на экспериментальных диаграммах вязкости в системе CaO- SiO₂- Al₂O₃- MgO.

Результаты испытаний приведены в таблице №2 и №3.

Анализ приведенных результатов испытаний агломерата показывает, что использование шлакометаллооксидного концентрата повышает производительность по выходу годного с 0,7 до 0,75-0,78 кг/м², время спекания агломерата снижается с 17,25 мин до 15,5-15,8 мин (см. табл. №3), прочность в барабане (сопротивление удару) с 63,6 до 68,9%, содержание серы не превышает 0,070%, расход коксовой мелочи уменьшается с 7,7 до 3-5%.

Опытное опробование агломерата проводилось на доменной печи №5 Нижнетагильского металлургического комбината. Агломерат способствовал улучшению процесса шлакообразования в печи и снижал вязкость 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 шлакометаллооксидного концентрата, его низкой температурой плавления (1250-1300°С) и хорошей жидкоподвижностью в расплавленном состоянии. Вязкость шлака снизилась с 0,30 до 0,22 Па·с, что обеспечило снижение концентрации металла в шлаке на выпуске из печи на 11-23%.

Таким образом, проведенные испытания заявляемой шихты показали, что добавка шлакометаллооксидного концентрата переработки металлургических отходов и обогащенной железной руды в интервале 7-18% и крупностью 0-1 мм в состав аглошихты ВГОКа позволяет поднять производительность машин при получении прочного агломерата с низкой вязкостью, образующегося при его плавлении шлака. Повышение прочности агломерата, полученного по заявляемому техническому решению, с одновременным снижением вязкости шлака обеспечит улучшение технико-экономических показателей доменных плавок.

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 функциональному назначению.

Следовательно, предлагаемое изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемый вариант шихты для агломерата был опробован на ОАО "Высокогорский горно-обогатительный комбинат".

Источники информации

1. А.с. 713919, С22В 1/24, опубл. в БИ №5, 1980.

2. А.с. 630301, С22В 1/14, опубл. в БИ №40, 1978.

3. Патент РФ №2103377, С21С 5/28, С21С 5/52, опубл. 27.01.1998.

4. Патент РФ №2281976, С22В 1/16, опубл. 20.08.2006.

Таблица №1 Химический состав основных компонентов аглошихты при проверке заявляемого технического решения
Элементы	Массовая доля элементов в компонентах аглошихты, %
Железосодержащий материал	Шлакометаллооксидный концентрат	Железорудный концентрат	Известняк	Коксовая мелочь
Fe общ.	48,5	58,5-64,0	61,5	-	-
FeO	10,5	34,6	23,6	-	-
Fe2O3	58,0	43,5	62,0	-	-
CaO	5,9	10,0	1,8	54,3	5,4
SiO2	6,1	8,0	5,2	1,2	42,8
MgO	6,8	5,3	1,6	0,5	2,4
MnO	1,1	2,02	0,6	-	-
S общ.	0,2	0,09	0,3	0,04	0,2
ППП	8,7	4,5	1,4	41,0	-
Σ оксидов	97,3	96,02	95,1		-

Таблица №2
Примеры	СОСТАВ ШИХТЫ, %	Показатели прочности агломерата	Содержание серы, %
Железорудный концентрат	Известняк	Коксовая мелочь	Железосодержащий материал	Шлакометаллооксидный концентрат	Сопротивление удару, выход фракции +5 мм, %	Сопротивление истиранию, выход фракции - 5 мм, %
Известный	53,5	9,2	7,7	28,6	-	63,6	8,5	0,072
1.	47,7	8,6	5,7	31,5	6,5	65,5	7,7	0,077
2.	52,8	7,8	4,4	23,0	12,0	65,2	8,6	0,078
3.	46,2	7,0	4,3	25,0	17,5	67,7	8,8	0,069
4.	50,3	6,5	5,0	22,2	16,0	68,9	8,5	0,070
5.	47,1	5,0	4,8	26,3	16,8	67,8	8,6	0,068
6.	44,9	6,9	4,7	29,0	14,5	66,2	8,9	0,071
7.	54,4	8,4	5,2	14,0	18,0	63,5	8,2	0,077
8.	46,3	9,1	6,0	31,0	7,0	62,8	8,1	0,079

Таблица №3 Результаты опытных спеканий агломерата с добавлением шлакометаллического концентрата
Показатели	Базовые показатели	Использование шлакометаллического концентрата, в %
7	11	18
1. Слой шихты, мм	335	335	335	335
2. Влага шихты, %	6,8	6,5	6,2	6,7
3. Температура шихты, °С	74	75	75	74
4. Время спекания, мин	17,25	16,4	15,5	15,8
5. Скорость спекания, мм/мин	19,4	20,5	21,6	24,7
6. Производительность по годному, кг/м2	0,7	0,73	0,78	0,75
7. Химический состав агломерата,
м.д. Fe	58,5	59,9	58,6	57,5
м.д. FeO	30,5	31,4	31,3	31,0
8. Уд. производительность, кг/м2	0,80	0,82	1,08	1,04
9. Степень окомкования, %	33,6	35,8	39,2	36,6

1. Шихта для производства агломерата, включающая железорудный концентрат, железосодержащий материал, твердое топливо в виде коксовой мелочи и известняк, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит шлакометаллооксидный концентрат при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

железосодержащий материал	12-30
шлакометаллооксидный концентрат	7-18
коксовая мелочь	3-5
известняк	4-9
железорудный концентрат	остальное

при этом шлакометаллооксидный концентрат состоит из 3-20 мас.% шлакометаллической смеси от переработки сталеплавильных шлаков и железорудного полупродукта остальное, а крупность шлакометаллооксидного концентрата составляет до 1 мм.

2. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что в качестве железорудного полупродукта использована обогащенная железная руда.

3. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что в качестве железосодержащего материала использована колошниковая пыль, доменные и сталеплавильные шламы, окалина, отсевы агломерата и окатышей.