Способ получения агломерата железорудной мелочи и агломерированный продукт
Группа изобретений относится к способу получения агломерата железорудной мелочи и агломерату железорудной мелочи, стойкому к манипулированию, транспортировке и контакту с водой. Способ включает смешивание железорудной мелочи с силикатом натрия, наноматериалами, катализатором, флюсами и пластификатором, регулирование влажности смеси, агломерацию смеси с помощью гранулирования, брикетирования или экструзии, выполнение отверждения при комнатной температуре. Способ не требует затрат энергии для термической обработки и позволяет получить агломерированный продукт с высокими физическими и металлургическими рабочими характеристиками, чтобы заменить металлическую шихту, в том числе спеченный агломерат, в восстановительных печах, без выброса вредных газов, таких как CO2, диоксины, фураны и SO2. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 3 ил., 4 табл., 1 пр.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение принадлежит к области горно-металлургических технологий и относится к способу получения агломерата железорудной мелочи, стойкого в отношении манипулирования, транспортировки и контакта с водой. Способ не требует затрат энергии на термическую обработку и обеспечивает возможность получения агломерированного продукта с высокими рабочими характеристиками для замены металлической шихты, в том числе спеченного сырья, в восстановительных печах, без выбросов вредных газов, таких как CO2, диоксины, фураны и SOx.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Развитие технологий агломерации произошло из-за необходимости восстановления мелких частиц, чтобы обеспечить коммерческое использование этих частиц, а также минимизировать воздействие на окружающую среду, вызываемое производством мелкодисперсного или сыпучего материала.
[0003] Большинство обычных способов агломерации направлены на использование:
- мелкозернистых руд или концентратов, без нарушения проницаемости шихты и условий протекания реакции между газом и твердым веществом в металлургических печах;
- отходов или мелкодисперсных побочных продуктов других горно-металлургических процессов для их повторного использования или переработки соответствующим образом;
- металлических отходов (медь, железо, титан) и других материалов (бумага, хлопок, дерево) для транспортировки или переработки.
[0004] Операции агломерации железной руды должны придавать шихтам, подлежащим подаче в восстановительные печи, надлежащие форму и механическую стойкость на нисходящем пути этой шихты в доменной печи с прохождением газов через шихту. Наиболее распространенными способами агломерации для железной руды, используемой в качестве шихты в восстановительных печах стального производства, являются спекание, гранулирование и брикетирование.
[0005] Спекание железной руды преобразует рудную мелочь, обычно с гранулометрическим составом между 0,15 мм и 6,3 мм, называемую сырьем для спекания, в более крупные куски, называемые спеченным агломератом. Их гранулометрический диапазон находится между 5 мм и 25 мм, что дает физические, металлургические характеристики и характеристики проницаемости, удовлетворяющие эффективной работе доменной печи. Спекание представляет собой процесс, основанный на начальном плавлении компонентов смеси, состоящей из основного компонента и добавок флюсов, способствующих крепкому сцеплению частиц, с отверждением жидкой фазы. Спекание железной руды осуществляют в три этапа: подготовка сырьевых материалов, воспламенение и горение при температуре примерно 1300 °C, а также охлаждение.
[0006] Процесс спекания обычно представляет собой крупномасштабный процесс, требующий значительных капитальных затрат.
[0007] Так как спеченный агломерат имеет относительно высокую скорость деградации характеристик при манипулировании, он не подходят для транспортировки на значительные расстояния, в частности на кораблях. Это является одной из причин, по которой спекание осуществляют вблизи доменных печей потребителей.
[0008] Гранулирование представляет собой самый современный способ агломерации, возникший в результате необходимости использования мелкозернистых магнетитовых концентратов из определенных железных руд. Железорудные окатыши получают путем агломерации частиц размером меньше 45 мкм, формируя окатыши размером от 8 мм до 16 мм в форме диска или тела вращения. Материал для агломерации должен иметь большую удельную поверхность (2000 см2/г), а также постоянную влажность. Окатыши обычно отверждают с помощью термической обработки, и их используют в качестве шихты в доменных печах или при прямом восстановлении. Процесс отверждения требует больших капитальных затрат, а также больших затрат энергии.
[0009] Брикетирование заключается в агломерации мелких частиц путем сжатия с использованием связующих веществ, позволяющих получить сжатый продукт с надлежащими формой, размером и механическими характеристиками. Смесь мелких частиц и агломерата подвергают прессованию, чтобы получить агломераты, называемые брикетами, которые должны иметь надлежащую стойкость для укладки в штабель, дальнейшей обработки (отверждение, сушка или обжиг), транспортировки, манипулирования и использования в металлургических реакторах. Уменьшение объема материала, в дополнение к технологическим преимуществам, обеспечивает возможность более экономичных транспортировки и хранения мелкодисперсных материалов.
[0010] Забота об окружающей среде, приводящая к более строгим законам, а также необходимость экономного использования отходов и мелких частиц, создаваемых при обогащении руды, делают брикетирование важной альтернативой агломерату мелкодисперсных материалов, придавая ему экономическую ценность.
[0011] Брикетирование выполняют вместе со связующими, если агломерируемый материал после уплотнения не обладает стойкостью на сжатие и удары. Прилагаемые давления обычно являются небольшими, чтобы избежать дальнейшей фрагментации частиц. Однако, когда брикеты изготавливают без связующих, успех процесса зависит от измельчения или пластической деформации частиц, чтобы сблизить их как можно ближе. В этих случаях усилия, обеспечивающие когезию частиц после сжатия, должны только гарантировать, что расстояние между кристаллами становится как можно меньшим. Обычно используют смазочные вещества, такие как вода, графит и другие материалы, для снижения трения во время работы.
[0012] Когда связующее вещество представлено в жидкой форме, добавление воды в процесс брикетирования не требуется. Смесь мелких частиц и связующего вещества затем подвергают холодному или горячему прессованию, тем самым получая брикеты. Использование связующих веществ в процессе брикетирования предполагает необходимость процесса отверждения брикета. Отверждение брикетов включает реакции, происходящие между частицами и связующим веществом, которые придают агломерату желаемую механическую стойкость. Этот этап может выполняться при комнатной температуре, в духовках или сушилках (400°C) или в печах (выше 1000°C).
[0013] Агломераты холодного отверждения, т.е. отверждаемые при комнатной температуре, имеют более низкую себестоимость по сравнению с обычными процессами отверждения, в которых агломераты требуют затрат тепла для увеличения стойкости.
[0014] В уровне техники известно несколько технологий агломерации руды в холодном состоянии. Эти технологии главным образом основаны на агломерации мелких частиц руды с использованием связующих агентов, таких как цемент, строительный раствор, органические связующие вещества и углеродсодержащие остатки.
[0015] Физическая стойкость агломерированных рудных продуктов является одним из требований к качеству для применения в металлургических реакторах и имеет прямое влияние на производительность и стоимость процесса. Технология наноматериалов предоставляет возможности для агломерации рудной мелочи. Наноматериалы действуют в качестве композитной сетки, которая придает агломерированным продуктам, помимо других характеристик, высокую механическую прочность.
[0016] Например, патент США № 8,999,032 от имени Vale S.A. описывает применение углеродных нанотрубок в железорудных, никелевых и марганцевых агломератах для увеличения их механической прочности. Решение также относится к способу получения рудных агломератов, включающему распределение углеродных нанотрубок в матрице, чтобы сформировать смесь, их гранулирование, брикетирование или экструзию, и сушку агломерата при температуре от 150°C до 200°C.
[0017] Изобретение, представленное в настоящей заявке, отличается от вышеприведенного известного документа тем, что оно не требует этапа сушки, а также сырьевыми материалами, используемыми для получения агломерата. Известный документ не использует катализаторы и флюсы.
[0018] Также известны другие публикации, относящиеся к способу получения агломератов рудной мелочи, приведенные в качестве примера ниже.
[0019] Первый патент, относящийся к брикетированию, был выдан патентообладателю Уильяму Исби (William Easby) в 1848 году в США, для угольной мелочи. Разработанный способ обеспечивал возможность формирования твердых агломератов разных размеров и форм из мелких фракций любого типа угля с помощью давления, прикладываемого к этому материалу. Этапы способа включали вначале сушку угля, с последующим измельчением и просеиванием. Далее мелкие частицы смешивали с 6% литого асфальта, и эта смесь подвергалась брикетированию на валковых машинах, получая твердые агломераты.
[0020] Патент США № 9,175,364, также от имени Vale S.A., раскрывает способ получения агломератов из смеси рудной мелочи с гранулометрическим составом меньше 0,15 мм с использованием силиката натрия, маниоки и микрокремнезема. Вода добавляется в процесс агломерации, который может происходить в диске, барабанном окомкователе или в печи с псевдоожиженным слоем. Агломераты подвергают процессу сушки при температуре от 100°C до 150°C.
[0021] Настоящее изобретение отличается от вышеприведенного известного документа тем, что оно не требует этапа сушки, а также сырьевыми материалами, используемыми для получения агломерата. Известный документ имеет ограничение в использовании только рудной мелочи с гранулометрическим составом меньше 0,150 мм, и не использует катализаторы и флюсы.
[0022] Заявка на патент Бразилии BR 10 2019 009592 0 от имени Vale S.A. и Федерального университета Ору-Прету относится к повторному использования хвостов добычи железа для получения брикетов путем уплотнения с использованием смесей этих хвостов с железорудной мелочью и жидким силикатом натрия в качестве связующего вещества. Брикеты подвергают отверждению при температуре от 250°C до 550°C в течение 20-40 минут.
[0023] Настоящее изобретение отличается от вышеприведенного известного документа тем, что оно не требует этапа сушки, а также сырьевыми материалами, используемыми для получения агломерата.
[0024] Патент США № 6,921,427, поданный в 2002 году от имени Совета по научным и промышленным исследованиям, относится к способу холодного брикетирования и гранулирования рудной мелочи черных и цветных металлов с использованием железосодержащего минерального связующего вещества, для применения в металлургии.
[0025] Способ включает этапы смешивания примерно 80-95% мелкодисперсного материала с 3-10% железосодержащего минерального связующего вещества, а также, опционально, 2-6% воды и 0,05-0,2% поверхностно-активного вещества (триэтаноламин) могут быть добавлены для получения гомогенизированной сухой смеси. Далее смесь подвергают агломерации, чтобы сформировать уплотненную массу, которую затем подвергают этапу отверждения в течение 3-20 дней с воздействием атмосферного воздуха в течение 10-14 часов. Во время отверждения, на полученный агломерат, открытый для воздействия атмосферного воздуха, распыляют воду каждые 12 часов для формирования холодной прочности.
[0026] В этом патенте описывается, что связующий агент играет важную роль в формировании холодной прочности путем гидратации в агломерированном продукте. Химический состав связующего вещества содержит по массе 25-45% FeO, 40-60% CaО+MgO и 12-18% SiO2+Al-O.
[0027] Были проведены испытания с получением агломератов в виде брикетов, блоков и окатышей с использованием различных комбинаций оксидов железа, металлов и других мелких минеральных частиц, таких как порошки и шламы доменных печей, кислородных печей (BOF), прокатная окалина, мелочь и шламы, загрязненные нефтью и углем, известью, известняком, доломитом, дунитом, кварцитом, коксом и углеродистыми материалами, с использованием железосодержащего гидравлического минерального связующего вещества.
[0028] Способ, представленный в US 6,921,427, отличается от настоящего изобретения в отношении связующих веществ и других используемых материалов. Хотя в представленном документе сообщается об использовании минерального связующего, содержащего железо и триэтаноламин, который является органическим соединением, в настоящей заявке на патент предлагается использование силиката натрия в качестве связующего агента. Кроме того, в патенте США № 6,921,427 используют углеродсодержащие материалы, и он имеет существенно отличающийся этап отверждения.
[0029] Моханти, М.К. и др. (Mohanty, M.K. et al) (2016 год) в своей публикации под названием «Новая технология изготовления холодных брикетов для загрузки в доменную печь» описывают получение экструдированных агломератов, где представлена концепция холодной агломерации. Железорудную мелочь и углеродсодержащие материалы (такие как коксовая мелочь и доменные порошки) смешивают с портландцементом, который используется в качестве связующего вещества, а также с глинистым минералом, действующим как модификатор реологических свойств. Смесь подвергают процессу жесткой экструзии при высоком давлении (100 кг/см2) и вакууме (0.5x10-3 бар), и не требуется термическая обработка полученных экструдированных агломератов. Приведены характеристики полученных агломератов и оценки их металлургического поведения (восстановимости) в сравнении с железной рудой.
[0030] Настоящее изобретение отличается от вышеприведенного известного документа сырьевыми материалами, используемыми для получения агломерата. Настоящее изобретение не использует углеродсодержащие материалы, и не использует портландцемент в качестве связующего вещества.
[0031] Настоящее изобретение относится к способу получения агломератов железорудной мелочи с высокими физическими и металлургическими рабочими характеристиками для замены металлической шихты, в том числе спекшихся кусков, в восстановительных печах. Агломераты получают из смеси железорудной мелочи (питание для спекания, питание для гранулирования и ультрамелкодисперсные хвосты) с гранулометрическим составом меньше 10 мм, со связующим веществом (силикат натрия) и добавками, такими как наноматериалы, катализаторы, флюсы и пластификаторы. Процесс агломерации может происходить путем гранулирования на диске или в барабане, путем брикетирования или экструзии. Агломераты подвергают отверждению при комнатной температуре в течение 2 дней в закрытом месте до тех пор, пока они не достигнут достаточной водостойкости, чтобы подвергаться воздействию на них погодных условий и транспортировки. Полное отверждение происходит в срок до 10 дней.
[0032] Настоящее изобретение имеет преимущества по сравнению с известными способами агломерации железных руд, такие как: (i) отверждение при комнатной температуре - не требуются затраты энергии для термической обработки, и отсутствуют выбросы вредных газов, таких как CO2, диоксины, фураны и SOx; (ii) возможность использования хвостов добычи железа; (iii) отказ от использования угля или других углеродсодержащих материалов; (iv) получение агломерата с высокими физическими рабочими характеристиками, стойкого к манипулированию и транспортировке на большие расстояния, а также он становится водостойким за меньшее время, что оптимизирует логистику производственного потока.
ЦЕЛИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0033] Основной целью настоящего изобретения является создание нового способа получения агломерата железорудной мелочи, предназначенного для замены металлической шихты в восстановительных печах (гранулы, окатыши, печенные агломераты), имеющего превосходные физические и металлургические рабочие характеристики.
[0034] Другой целью настоящего изобретения является получение агломерированного продукта, имеющего высокую стойкость при манипулировании и транспортировке на большие расстояния, а также становящегося водостойким за меньшее время, что оптимизирует логистику производственного потока.
[0035] Другой целью настоящего изобретения является уменьшение создаваемого воздействия на окружающую среду, так как ископаемые топлива не используются при формировании агломерата. Дополнительно, отверждение, выполняемое при комнатной температуре, не требует затрат энергии и избавляет производственный процесс от выбросов в атмосферу (твердые частицы, SOx, диоксины, фураны, CO2) и других летучих соединений.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0036] Настоящее изобретение в предпочтительном варианте осуществления раскрывает способ получения агломерата железорудной мелочи для замены металлической шихты в восстановительных печах, включающий следующие этапы:
a) смешивание наноматериала и катализатора с силикатом натрия для подготовки связующей смеси;
b) смешивание 1-5% связующей смеси с этапа a) с 70-100% железорудной мелочи, 0-30% мелких частиц флюса и 0-5% пластификатора в смесителе интенсивного действия;
c) регулирование влажности таким образом, чтобы получить количество воды в смеси 0-30% по массе;
d) выполнение агломерации с помощью гранулирования, брикетирования или экструзии;
e) хранение агломерата при комнатной температуре в течение 2-10 дней для отверждения,
при этом используют следующие дозировки:
0,05-2% по массе наноматериала относительно силиката натрия;
0,05-5% по массе катализатора относительно силиката натрия.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0037] Настоящее изобретение будет описано подробно с помощью соответствующих чертежей.
[0038] Фиг. 1 - представлена упрощенная блок-схема способа получения агломератов из железорудной мелочи.
[0039] Фиг. 2 - показан график, иллюстрирующий уменьшение времени отверждения при комнатной температуре, как функции использования катализатора.
[0040] Фиг. 3 - иллюстрирует гранулометрический состав образца шихты для спекания, используемого в пилотном испытании.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0041] Хотя настоящее изобретение может быть реализовано в разных вариантах осуществления, предпочтительные варианты осуществления иллюстрируются на чертежах и в нижеследующем подробном описании, при этом следует понимать, что это описание должно рассматриваться в качестве примера принципов изобретения, и настоящее изобретение не ограничивается тем, что было проиллюстрировано и описано.
[0042] Предмет настоящего изобретения будет подробно описан ниже в качестве примера, а не ограничения, поскольку раскрытые здесь материалы и способы могут содержать различные детали и процедуры, не выходящие за пределы объема изобретения. Если не указано иное, все части и проценты, указанные ниже, являются массовыми процентами.
[0043] Основная концепция настоящего изобретения относится к способу получения агломерата железорудной мелочи, включающему следующие этапы:
a) смешивание наноматериала и катализатора с силикатом натрия для подготовки связующей смеси;
b) смешивание 1-5% связующей смеси с этапа a) с 70-100% железорудной мелочи, 0-30% мелких частиц флюса и 0-5% пластификатора в смесителе интенсивного действия;
c) регулирование влажности таким образом, чтобы получить количество воды в смеси 0-30% по массе;
d) выполнение агломерации с помощью гранулирования, брикетирования или экструзии;
e) хранение агломерата при комнатной температуре в течение 2-10 дней для отверждения,
при этом используют следующие дозировки:
0,05-2% по массе наноматериала относительно силиката натрия;
0,05-5% по массе катализатора относительно силиката натрия.
[0044] Способ получения агломерата, иллюстрируемый блок-схемой на фиг. 1, предпочтительно начинается со смешивания и дисперсии добавок в силикате натрия, который представляет собой связующий агент, используемый в способе.
[0045] Силикат натрия, используемый в способе, предпочтительно имеет молярное соотношение SiO2/Na2O от 1,8 до 4,5, 36-38% твердых веществ и следующий состав: 5-14,6% Na2O; 22-32% SiO2; 54,0-73,0% of H2O.
[0046] В качестве добавки к силикату натрия здесь используют добавление наноматериала с механическим перемешиванием в дозировке 0,05-2% по массе относительно количества силиката натрия, используемого в смеси. Наноматериал выбирают из группы, состоящей из углеродных нанотрубок, расслоенного графита, функционализированного микросиликата, трубчатого нанокремнезема, трубчатого галлуазита, углеродного нановолокна и графена.
[0047] В качестве катализатора для ускорения процесса отверждения при комнатной температуре могут использоваться пирофосфат натрия, гидроксид магния, пропиленкарбонат, карбонат глицерина, гидроксид кальция, оксид кальция, триацетат глицерина, хлорид алюминия, гидроксид алюминия, триацетин, диацетин и металлический алюминий. При механическом перемешивании добавляют 0,05-5% по массе катализатора относительно количества силиката натрия, используемого в смеси.
[0048] Второй этап способа получения агломерата заключается в добавлении 1-5% агломерирующей смеси (образованной силикатом натрия, наноматериалом и катализатором) к 70-100% по массе железорудной мелочи, 0-30% по массе флюсов и 0-5% по массе пластификатора. Смешивание желательно осуществлять в смесителе интенсивного действия в течение 10-180 секунд.
[0049] Железорудная мелочь, используемая в способе, должна иметь гранулометрический состав меньше 10 мм, d90 1-8мм и максимальную влажность 25%. Могут использоваться питание для спекания, питание для гранулирования и ультрамелкодисперсные хвосты железной руды, которые в известном уровне техники отводят в хвостохранилище. Предпочтительный химический состав рудной мелочи содержит 30-68% Feобщ, 0,5-15% SiO2, 0,1-5,0% Al2O3, 0,001-0,1% P, 0,1-2% Mn и 0,1-8% ППП (потери на прокаливание).
[0050] Флюсы, используемые в способе получения агломератов, выбирают из группы, состоящей из гидроксида кальция, кальцитового известняка, доломитового известняка, кальцинированного магнезита, серпентинита, талька, дунита и оливина.
[0051] Пластифицирующий агент, используемый в способе получения агломерата, выбирают из группы, состоящей из бентонита, кукурузного крахмала, крахмала маниоки, глицерина и КМЦ (карбоксиметилцеллюлозы).
[0052] Третий этап способа получения агломерата заключается в регулировании влажности путем добавления воды таким образом, чтобы смесь имела оптимальную влажность (0-30%) для последующего процесса агломерации.
[0053] Четвертый этап способа получения агломерата состоит из выполнения агломерации с помощью гранулирования, брикетирования или экструзии.
[0054] Если выбран метод агломерации путем брикетирования, смесь предпочтительно должна иметь влажность в диапазоне 2-10%. Брикетирование может осуществляться с использованием пресса с валками, имеющими полости, подходящие для получения брикетов размером 20-40 мм x 10-30 мм x 5-20 мм, и с необходимой регулировкой давления для получения брикетов с объемной плотностью 2,5-3,5 г/см3. Контроль объемной плотности необходим для получения брикетов с надлежащей пористостью.
[0055] Если выбран способ агломерации путем гранулирования, смесь предпочтительно должна иметь влажность в диапазоне 8-11%. Процесс гранулирования можно выполнять во вращающемся диске или барабане, формируя сферические окатыши диаметром 10-30 мм.
[0056] Если выбран способ агломерации путем экструзии, смесь предпочтительно должна иметь влажность в диапазоне 10-30%. Процесс экструзии можно выполнять на экструдерах, которые предпочтительно позволяют формировать цилиндрические агломераты диаметром 5-30 мм и высотой 5-30 мм.
[0057] Пятый этап способа получения агломерата заключается в отверждении при комнатной температуре.
[0058] Использование катализаторов, чтобы способствовать отверждению силиката натрия, является эффективным для сокращения времени отверждения с 15 дней до 2 дней, что позволяет транспортировать продукт и осуществлять с ним манипулирование в дождливых условиях (плохая погода). Катализатор способствует образованию нерастворимых соединений и полимеризации силиката натрия, делая продукт более водостойким за более коротком время отверждения, как показано на рисунке 2.
[0059] Полное отверждение при комнатной температуре, которое происходит за 2-10 дней, позволяет конечной влажности агломератов составлять меньше 3%.
[0060] Опционально, если необходимо, чтобы агломераты приобрели стойкость в кратчайшие сроки, можно выбрать сушку в горизонтальной печи в течение 10-30 минут при температуре 100-550°C. Однако этот вариант не рекомендуется, так как он не считается экологически сбалансированной альтернативой.
[0061] Железорудный агломерат, полученный с помощью настоящего изобретения, представлен в качестве альтернативы для замены металлической шихты в восстановительных печах, так как он имеет надлежащее химическое, физическое и металлургическое качество, такое как представлено в приведенных ниже Таблице 1, Таблице 2 и Таблице 3.
Таблица 1 - Химическое качество агломератов, полученных с использованием способа в соответствии с настоящим изобретением
|
Брикеты
Feобщ (30-68%); SiO2 (0,5-15%); Al2O3 (0,1-5%); P (0,001 до 0,1%); Mn (0,1-2%); CaO (0-15%), MgO (0-5%); ППП (0,1 до 8%). Окатыши Feобщ (30-68%); SiO2 (0,5-15%); Al2O3 (0,1-5%); P (0,001 до 0,1%); Mn (0,1-2%); CaO (0-15%), MgO (0-5%); ППП (0,1 до 8%). Экструдированные Feобщ (30-68%); SiO2 (0,5-15%); Al2O3 (0,1-5%); P (0,001 до 0,1%); Mn (0,1-2%); CaO (0-15%), MgO (0-5%); ППП (0,1 до 8%). |
Таблица 2 - Металлургическое качество агломератов, полученных с использованием способа в соответствии с настоящим изобретением
|
Брикеты
ISO 7215 восстановимость: >60% ISO 4696-2 RDI: %-2,8 мм: <25% ISO 4698 вспучивание: <25% Окатыши ISO 7215 восстановимость: >60% ISO 4696-2 RDI: %-2,8 мм: <25% ISO 4698 вспучивание: <25% Экструдированные ISO 7215 восстановимость: >60% ISO 4696-2 RDI: %-2,8 мм: <25% ISO 4698 вспучивание: <25% |
Таблица 3 - Физическое качество агломератов, полученных с использованием способа в соответствии с настоящим изобретением
| Брикеты JIS M8711 Испытание на прочность при сбрасывании: % + 10мм: >90% ISO 3271 Испытание на механическую прочность во вращающемся барабане: % + 6,3мм: >85% ISO 3271 Истираемость: % -0,5мм: <10% ISO 8371 Растрескивание: % -6,3мм: <5% JIS M8711 Испытание на прочность при сбрасывании *Погода: %+10мм: >80% Прочность на сухое сжатие: дН/брикет >200 Окатыши JIS M8711 Испытание на прочность при сбрасывании: %+10мм: >90% ISO 3271 Испытание на механическую прочность во вращающемся барабане: % + 6,3мм: >85% ISO 3271 Истираемость: % -0,5мм: <15% ISO 8371 Растрескивание: % -6,3мм: <5% JIS M8711 Испытание на прочность при сбрасывании *Погода: %+10мм: >80% Прочность на сухое сжатие: дН/брикет >150 Экструдированные JIS M8711 Испытание на прочность при сбрасывании: %+10мм: >90% ISO 3271 Испытание на механическую прочность во вращающемся барабане: % + 6,3мм: >85% ISO 3271 Истираемость: % -0,5мм: <15% ISO 8371 Растрескивание: % -6,3мм: <5% JIS M8711 Испытание на прочность при сбрасывании *Погода: %+10мм: >80% *Погода: погружение в воду на 1 час |
ПРИМЕР
[0062] Чтобы оценить качество и рабочие характеристики агломератов, полученных с помощью описанного в настоящем изобретении способа, были проведены пилотные испытания для получения брикетов с использованием шихты для спекания в качестве железорудной мелочи.
[0063] Используемая шихта для спекания имела влажность меньше 8% и d902-8мм. Кривая гранулометрического состава представлена на фиг. 3, из которой видно, что используемый образец находится в гранулометрическом диапазоне, о чем свидетельствует заштрихованная область. Испытания проводили партиями по 100 кг питания для спекания каждая.
[0064] Используемый раствор силиката натрия имел мольное соотношение SiO2/Na2O, равное 2,15, процентное содержание твердых веществ 47%, и содержал 14,6% Na2O, 31,4% SiO2 и 54% H2O. Раствор имел истинную плотность 1,57 г/см3 и вязкость 1175 сП (1,175 Па-с) при 25°C. Функционализированный микросиликат добавляли в дозе 0,1% относительно количества силиката натрия, используемого в смеси. Катализатор гидроксид кальция добавляли в дозе 2,5%. Механическое перемешивание выполняли в течение 5 минут для получения конечной связующей смеси.
[0065] 3% указанной связующей смеси добавляли к 71,7% шихты для спекания, 25% мелких частиц флюсов (кальцитовый известняк и серпентинит) и 0,3% бентонита. Перемешивание выполняли в смесителе интенсивного действия Eirich в течение 120 секунд.
[0066] Брикеты получали с использованием брикетировочного пресса Komarek при давлении 200 бар (20 МПа), что позволяло получать брикеты в форме типа «подушка» с размерами 25 мм x 20 мм x 15 мм и влажностью <0,5%. Отверждение выполняли при комнатной температуре в течение 5 дней.
[0067] Качество брикетов оценивали по физическим, химическим и металлургическим характеристикам в соответствии с процедурами, определенными в стандартах для оценки железных руд.
[0069] Прочность на сжатие оценивали с использованием сухих брикетов в автоматическом прессе с чувствительностью ±5 дН, чтобы оценить сжимающую нагрузку, которая вызывает их разрушение. Такое же испытание было проведено с брикетами после погружения в воду на 1 час. Средний результат, полученный для сухих брикетов, составил >120 дН/брикет в самой большой области (25 мм x 20 мм), а для брикетов после погружения наблюдалось падение стойкости на 30%.
[0070] Испытание на определение показателей истираемости и механической прочности проводили с использованием 1,5 кг сухих брикетов, которые были подвергнуты 464 оборотам вращения в барабане. В конце испытания массу просеивали через сита с отверстиями 6,3 мм и 0,5 мм. Показатель механической прочности (ISO 3271), определяемый процентом массы, оставшейся на отверстии 6,3 мм, составлял >85%. Показатель истирания (ISO 3271), определяемый процентом массы, проходящей через отверстие 0,5 мм, составлял <15%.
[0070] Испытание на прочность при сбрасывании проводили с образцом сухих брикетов весом 3 кг, подвергнутым четырем последовательным падениям с трех метров. После последнего падения массу просеивали через сито с отверстием 10 мм. Показатель прочности на сбрасывание (Shatter-JIS M8711), который определяется процентом массы больше 10 мм, составлял >95%.
[0071] Для определения показателя растрескивания (DI) массу для испытания быстро нагревали от комнатной температуры до 700°C, выдерживали при этой температуре и затем охлаждали воздухом до достижения комнатной температуры. Просеивание проводили через сито с квадратными отверстиями 6,3 мм. Показатель растрескивания, определяемый процентом массы материала с размером больше 6,3 мм, составлял <5%.
[0072] Показатель восстановимости брикетов (RI) был оценен в соответствии с ISO 7215 в условиях, аналогичных условиям, преобладающим в зоне восстановления доменной печи. Полученный средний результат составил >60%.
[0073] Испытание на низкотемпературное восстановление-измельчение (RDI) выполняли в соответствии с ISO 4696-2, после восстановления с газообразными CO и N в условиях, аналогичных зоне восстановления доменной печи. Средний результат составлял <15%.
[0074] В Таблице 4 представлено сравнение физического качества брикета, полученного способом в соответствии с настоящим изобретением, с другими продуктами, такими как спеченный агломерат (полученный с помощью обычного процесса спекания), окатыши (полученные с помощью обычного процесса гранулирования), а также коммерческие гранулы из Бразилии и Австралии. Можно подтвердить, что брикет, полученный способом в соответствии с настоящим изобретением, имеет высокие физические и металлургические рабочие характеристики, и поэтому он рассматривается в качестве альтернативы для замены металлической шихты восстановительных печей с меньшим воздействием на окружающую среду.
[0075] Следует отметить, что в Таблице 4 аббревиатура «RDI» относится к испытанию на низкотемпературное восстановление-измельчение, «S» соответствует индексу проницаемости, «ΔPmax» соответствует максимальному перепаду давления газа, «Ts200» соответствует температуры начала каплепадения, «Td» соответствует температуре окончания размягчения, а «ΔT» относится к температурному градиенту, соответствующему зоне размягчения и плавления (Td - Ts200).
Таблица 4 - Сравнение параметров качества брикетов, полученных с помощью способа в соответствии с настоящим изобретением
| Механическая прочность | Истирание | Сбрасывание | RDI | Восстановимость | S | ΔP max | TS200 | ΔT | Td | Мелкие частицы приставших веществ | |
| %>6,3 мм | %<0,5 мм | %>4,75 мм | %-2,8 мм | % | кг*C/см2 | ммH20 | °C | °C | °C | % | |
| Vale Брикеты | 85 | 10 | 0,1 | 15 | 60 | 30 | 3000 | 1150 | 200 | 1350 | 0,5 |
| Vale Спеченный агломерат | 65 | НЕТ | НЕТ | 25 | 65 | 30 | 3000 | 1150 | 200 | 1350 | НЕТ |
| Vale Окатыши | 90 | 6 | 0 | 5 | 60 | 100 | 5000 | 1100 | 300 | 1400 | НЕТ |
| Vale Гранулы 1 | 75 | 18 | 3 | 26 | 66 | 45 | 3247 | 1087 | 312 | 1427 | 2,8 |
| Vale Гранулы 2 | 79 | 15 | 2 | 15 | 58 | 41 | 3440 | 1104 | 250 | 1392 | 3 |
| Vale Гранулы 3 | 81 | 15 | 0,5 | 32 | 64 | 30 | 2363 | 1156 | 296 | 1457 | 2,02 |
| Vale Гранулы Средний | 78 | 16 | 2 | 24 | 63 | 38 | 3017 | 1116 | 286 | 1425 | 3 |
| AUS Гранулы 1 | 85 | 10 | 6 | 26 | 56 | 56 | 4897 | 1111 | 282 | 1406 | 3,89 |
| AUS Гранулы 2 | 85 | 8 | 3 | 19 | 70 | 44 | 4897 | 1128 | 269 | 1429 | 0,96 |
| AUS Гранулы 3 | 85 | 9 | 4 | 23 | 60 | 34 | 3676 | 1146 | 228 | 1418 | 2 |
| AUS Гранулы Средний | 85 | 9 | 4 | 23 | 62 | 45 | 4490 | 1128 | 260 | 1418 | 2 |
[0076] Таким образом, хотя здесь были представлены только некоторые варианты осуществления настоящего изобретения, следует понимать, что специалистами в этой области техники могут быть сделаны различные удаления, замены и изменения, не отходя от сущности и объема настоящего изобретения. Описанные варианты осуществления во всех аспектах являются только иллюстративными и не ограничивают изобретение.
[0077] Здесь прямо предусмотрено, что все комбинации элементов, которые выполняют одинаковую функцию по существу одинаковым образом для получения одинаковых результатов находятся в пределах объема изобретения. Также полностью учитываются замены элементов из одного описанного варианта осуществления на другой.
1. Способ получения агломерата железорудной мелочи для замены металлической шихты в восстановительных печах, отличающийся тем, что включает следующие этапы:
a) смешивание наноматериала, катализатора и силиката натрия для подготовки связующей смеси;
b) смешивание 1-5% связующей смеси с этапа a) с 70-99% железорудной мелочи, 0-30% мелких частиц флюса и 0-5% пластификатора в смесителе интенсивного действия;
c) регулирование влажности таким образом, чтобы получить количество воды в смеси 0-30% по массе;
d) выполнение агломерации с помощью гранулирования, брикетирования или экструзии;
e) хранение агломерата при комнатной температуре в течение 2-10 дней для отверждения,
при этом:
используют дозу наноматериала 0,05-2% по массе относительно силиката натрия;
используют дозу катализатора 1,5-3,5% по массе относительно силиката натрия;
используемый в способе катализатор представляет собой гидроксид кальция, или пирофосфат натрия, или пропиленкарбонат; и
используемые в способе флюсы представляют собой кальцитовый известняк, или доломитовый известняк, или серпентин, или гидроксид кальция.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что наноматериал, используемый на этапе a), выбирают из группы, состоящей из углеродных нанотрубок, расслоенного графита, функционализированного микросиликата, трубчатого нанокремнезема, трубчатого галлуазита, углеродного нановолокна и графена.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что силикат натрия, используемый на этапе a), имеет мольное соотношение SiO2/Na2O от 1,8 до 4,5 и процентное содержание твердых веществ от 36 до 38%.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что железорудная мелочь, используемая на этапе b), имеет гранулометрический состав меньше 10 мм, содержание железа (Feобщ) от 30 до 68% и выбирается из группы, состоящей из шихты для спекания, шихты для гранулирования и ультрамелкодисперсных хвостов.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пластификатор, используемый на этапе b), выбирают из группы, состоящей из бентонита, кукурузного крахмала, крахмала маниоки, глицерина и КМЦ (карбоксиметилцеллюлозы).
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что смешивание на этапе b) выполняют на смесителе интенсивного действия в течение от 10 до 180 с.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отверждение на этапе e) выполняют в закрытом месте в первые 2 дня.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на этапе e) сушка может выполняться в горизонтальной печи в течение от 10 до 30 мин при температуре от 100 до 550 °C.
9. Агломерат железорудной мелочи, получаемый с использованием способа по п. 1, отличающийся тем, что имеет химические, физические и металлургические качества, пригодные для замены металлической шихты в восстановительных печах; имеет по массе: от 30 до 68% Feобщ, от 0,5 до 15% SiO2, от 0,1 до 5% Al2O3, от 0,001 до 0,1% P, от 0,1 до 2% Mn, от 0 до 15% CaO и от 0,1 до 8% ППП (потери на прокаливание); имеет восстановимость >60%; низкотемпературное восстановление-измельчение (RDI) <25%; вспучивание <25%; показатель прочности при сбрасывании >90%; показатель механической прочности >85%; показатель истираемости <15%; и показатель растрескивания <5%.
10. Агломерат железорудной мелочи по п. 9, отличающийся тем, что имеет характеристики стойкости к манипулированию, транспортировке, воде и воздействию погодных условий; имеет по массе: показатель прочности при сбрасывании >80% после 1 ч погружения в воду, и прочность на сухое сжатие >150 дН/брикет.
11. Агломерат железорудной мелочи по п. 9, отличающийся тем, что имеет форму брикета типа «подушка» с размерами 20-40 мм × 10-30 мм × 5-20 мм.
12. Агломерат железорудной мелочи по п. 9, отличающийся тем, что имеет форму сферического окатыша диаметром 10-30 мм.
13. Агломерат железорудной мелочи по п. 9, отличающийся тем, что имеет цилиндрическую форму диаметром 5-30 мм и высотой 5-30 мм после экструзии.
