Способ окускования металлургического сырья

 

Сущность: способ включает смешивание компонентов шихты с упрочняющей добавкой в смесительном барабане, увлажнение, окомкование и спекание (обжиг) на агломерационной (обжиговой) машине, при этом в качестве упрочняющей добавки вводят предварительно измельченный кимберлит, из которого извлечены алмазы. Это повышает механическую прочность агломерата и прочность при восстановительно-тепловой обработке агломерата (окатышей). 3 табл.

Изобретение относится к металлургии, точнее к подготовке сырья к металлургическому переделу.

Известны многочисленные способы получения агломерата и окатышей с использованием упрочняющих добавок и, в частности, оливина. Установлено, что использование добавок оливина при агломерации и обжиге окатышей приводит к улучшению металлургических свойств агломерата и окатышей, в том числе к повышению их прочностных свойств (Metal Bulletin Monthly, 1983, N 147, р. 53. ..54).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату способом, выбранным в качестве прототипа, является способ агломерации руд и концентратов и получения окатышей, содержащих оливин, путем добавки оливинсодержащего материала к железорудной шихте. Процесс агломерации ведут при достижении в слое температуры 1316...1482^оС, а окатыши обжигают при температуре 1204...1374^оС, при этом содержание оливина в шихте составляет 0,5... 10% (масс.) (Патент N 4518428 США, 07.05.1984, N 582929, опублик. 21.05.1985, кл. С 21 В 5/04, кл. 75/257).

Недостатком известного способа является необходимость создания специальных производств для добычи оливина и оливинсодержащих горных пород, а также значительные энергетические затраты на измельчение их до крупности 0. ..3 мм, пригодной для использования при обжиге окатышей и агломерации. Затраты на измельчение горных пород, вмещающих оливин, составляют 18...20 кВт ч/т (Bond F.C. Work Index Tabulated-Mining Engineering-5 (1953) 3, р. 315, 316). Другим недостатком известного способа является то, что он предусматривает использование в качестве упрочняющей добавки оливина, а между тем имеются упрочняющие добавки, оказывающие более сильное влияние на прочностные свойства агломерата (окатышей).

Целью изобретения является снижение энергетических затрат на измельчение добавки, повышение механической прочности агломерата (окатышей), а также прочности при восстановительно-тепловой обработке.

Цель достигается тем, что в известном способе окускования железорудного сырья, включающем смешивание компонентов шихты с упрочняющей добавкой в смесительном барабане, увлажнение, окомкование и спекание (обжиг) на агломерационной (обжиговой) машине, в качестве упрочняющей добавки вводят предварительно измельченный кимберлит, из которого извлечены алмазы.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод о том, что в качестве упрочняющей добавки в заявляемом способе вместо оливина предлагается использовать предварительно измельченный кимберлит, из которого извлечены алмазы. Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "новизна". Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежных областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемым техническим решениям соответствие критерию "существенные отличия".

Кимберлит (другое название - "голубая глина") является горной породой, представляющей собой выветривания оливина. При выветривании оливина происходят следующие химические реакции: (Mg,Fe)₂SO₄+H₂O+CO₂->(Mg, Fe)CO₃+Fe₃O₄+Mg₆[Si₄O₁₀](OH)₈ Mg₆[Si₄O₁₀](OH)₈+CO₂+ H₂O -> MgCO₃+ SiO₂ и H₂O Таким образом, камберлит содержит следующие минералы: (Mg, Fe) CO₃(бринерит, другие названия - мезатит, сидероплезит), Fe₃O₄ (магнетит), Mg₆[Si₄O₁₀] (OH)₈ (серпентин), MgCO₃ (магнезит), SiO₂ H₂O (опал), а также остатков оливина - (Mg, Fe)₂ SiO₄.

В земной коре кимберлит встречается в виде кимберлитовых трубок и является основной горной породой, вмещающей алмазы. Тонкоизмельченный кимберлит (до крупности менее 1,0 мм), из которого извлечены алмазы, является побочным продуктом алмазодобывающей промышленности, подлежащим утилизации. Средний расход электроэнергии на измельчение кимберлита составляет 9,66 кВт ч/т и, в отличие от оливина, он относится не к очень крепким горным породам (по М. М. Протодьяконову), а к породам со средней степенью крепости. (Bond F. C. Work Index Tabulated.-Mining) 5(1953)3, Р.315, 316). Использование кимберлита в агломерационном производстве не требует его дополнительного измельчения, так как крупность, до которой его измельчают при добыче алмазов (0. . .1,0мм), вполне достаточна для использования в агломерационном производстве.

П р и м е р 1. На агломерационной установке чашевого типа проведены спекания агломерационных шихт, содержавших оленегорский и ковдорский железорудный концентраты (в соотношении 55:45), коксовую мелочь 5% (от массы шихты), известняк (при заданной основности CaO/SiO₂, 1,6), возврат 35% (от массы шихты), а также упрочняющую добавку. Каждая серия включала три спекания.

В первой серии спекания проводили без добавки, а во второй серии в качестве добавки использовали оливин (Mg, Fe)₂ SiO₄, предварительно измельченный до крупности 0...1,0 мм. В третьей серии в качестве упрочняющей добавки вводили кимберлит из кимберлитовых трубок Холмогорского месторождения алмазов (Архангельская область. Российская Федерация), предварительно измельченный до крупности 0...1,0 мм. Это соответствует крупности частиц, до которых измельчают кимберлит для полного извлечения алмазов. Дополнительного измельчения до более мелких фракций не требуется при использовании кимберлита при агломерации. Расход упрочняющих добавок составлял 2% (от массы шихты).

Результат изучения прочностных свойств агломерата приведен в табл. 1. Механическую прочность агломерата на удар определяли по выходу фракции +5 мм после испытания в стандартном барабане по ГОСТ 15137-77. Механическую прочность агломерата на истирание определяли по выходу фракции 0...0,5 мм после испытания в стандартном барабане по ГОСТ 15137-77. Прочность агломерата при восстановительно-тепловой обработке (горячую прочность определяли по выходу фракции +5 мм после испытания на установке конструкции МИСис по методу, изложенному в справочнике (Вегман Е.Ф. Краткий справочник доменщика. -М.: Металлургия, 1981. - с. 248.).

Из данных табл. 1 видно, что ввод измельченного кимберлита, из которого извлечены алмазы, вместо оливина позволяет повысить как механическую прочность агломерата на удар, так и прочность агломерата при восстановительно-тепловой обработке (механическая прочность агломерата на истирание практически не изменилась).

П р и м е р 2. На Лебединском горно-обогатительном комбинате проведены испытания технологии обжига окатышей из Лебединского концентрата, содержащего 4,7% SiO₂, с добавками оливина и предварительно измельченного кимберлита, из которого извлечены алмазы. В контрольной серии использовали шихту 1, содержащую наряду с магнетитовым концентратом Лебединского ГОКа также 1,0 бентонита, 5,0% известняка и 2,0% оливина. В опытной (экспериментальной) серии использовали шихту 2, отличавшуюся от шихты 1 тем, что в ней вместо оливина использовали 2,0% кимберлита. Шихту окомковывали на тарельчатом окомкователе диаметром 1000 м при угле наклона 47^о и скорости вращения 15 об/мин.

После окомкования шихт сырые окатыши испытывали на прочность при сбрасывании с высоты 300 мм на стальную плиту и на сжатие (СТП 205-03). Прочность на сжатие окатышей с добавкой кимберлита составила 16,0 Н/окатыш (сырых) и 56,1 Н/окатыш (после сушки), а контрольных - 13,9 Н/окатыш и 52,8 Н/окатыш, соответственно.

Обжиг окатышей производился в пробниках (по 12 кг) на обжиговой машине ОК-306 по режиму: Сушка 1 65^оС, Сушка 2 385^оС, Подогрев 710...730^оС, Обжиг 1180...1240^оС, Рекуперация 750...890^оС, Охлаждение 1 700^оС, Охлаждение 2 270^оС.

Скорость ленты 2,2 м/мин высота слоя 480 мм, высота слоя - постели 132 мм.

После обжига пробники с окатышами разбирали по слоям, после чего определяли прочность обожженных окатышей на сжатие на разрывной машине Р-05 (ГОСТ 24765-81). Данные по холодной прочности окатышей представлены в табл. 2.

Анализ данных по холодной прочности окатышей показывает, что прочность окатышей в опытной партии практически не отличается по своим значениям от прочности контрольных окатышей, но разброс значений холодной прочности по слоям для окатышей с кимберлитом значительно ниже, чем для окатышей с оливинами.

Обожженные окатыши испытывали на прочность в процессе восстановительно-тепловой обработки во вращающемся барабане по ГОСТ 19575-74. Данные по прочностным свойствам окатышей при восстановлении представлены в табл. 3.

Анализ результатов испытаний окатышей при восстановлении показал, что для окатышей с добавкой кимберлита выход фракции 0-0,5 мм по сравнению с контрольными окатышами уменьшился в 3...5 раз, выход фракции 5....10 мм уменьшился в 13...26 раз, выход фракции +10 мм увеличился в 11...14 раз.

Обожженные окатыши были восстановлены при 800^оС (расход водорода 1,5 л/мин) с целью определения горячей прочности. Горячая прочность (минимальная прочность в процессе восстановительно-тепловой обработки) составила: для окатышей с добавкой кимберлита - 400 кН/окатыш, для контрольных окатышей с добавкой оливина - 260 кН/окатыш.

Таким образом, проведенные эксперименты по определению прочностных свойств окатышей показал, что окатыши с добавкой кимберлита имеют большую прочность при восстановлении по сравнению с окатышами контрольной серии.

Таким образом, применение в качестве упрочняющей добавки при спекании агломерата и обжиге окатышей предварительно измельченного кимберлита позволяет не только снизить энергетические затраты на измельчение добавки, но и также повысить механическую прочность и прочность при восстановительно-тепловой обработке окускованного сырья, что, в свою очередь, позволит улучшить показатели доменной плавки, поскольку вывод 1% мелочи фракции 0...5 мм из железорудного сырья позволяет повысить производительность доменной печи на 1,0% и снизить расход кокса на 0,5% (отн.).

Формула изобретения

СПОСОБ ОКУСКОВАНИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО СЫРЬЯ, включающий смешивание компонентов шихты с упрочняющей добавкой в смесительном барабане, увлажнение, окомкование и спекание (обжиг) на агломерационной (обжиговой) машине, отличающийся тем, что, с целью снижения энергетических затрат на измельчение добавки, повышения механической прочности при восстановительно-тепловой обработке агломерата (окатышей), в качестве упрочняющей добавки используют предварительно измельченный кимберлит, из которого извлечены алмазы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4