Способ производства высокозакисного агломерата

 

Изобретение относится к термическим способам окускования железных тонкозернистых концентратов и отходов металлургического производства и может быть использовано при производстве агломерата в черной металлургии. Способ предусматривает использование в качестве железосодержащих компонентов шихты концентрат с содержанием Fe_общ 63% и окалину в соотношении 1 : 1 - 3 соответственно, офлюсование, смешивание, окомкование и загрузку шихты на агломашину двумя слоями и ее спекание. В качестве флюсов используют известь и доломитизированный известняк в количестве, обеспечивающем основность агломерата CaO + MgO / SiО₂ + Al₂O₃ 0,8 при отношении MgO/CaO + 0,30 - 0,50. В нижний слой загружают 25 - 35% от общего количества шихты с содержанием в шихте нижнего слоя топлива 2,3 - 2,5% при общем содержании его в шихте 3,8 - 4,7%. 4 табл.

Изобретение относится к термическим способам окускования железных тонкозернистых концентратов и отходов металлургического производства и может быть использовано при производстве агломерата в черной металлургии.

Известен способ получения офлюсованного магнезиального агломерата а.с. N 578220, С 22 B 1/16, 1990 N 26, в котором улучшение металлургических свойств агломерата достигается введением с конвертерным шлаком соединений алюминия и марганца, которые ограничивают образование и способствуют растворение тугоплавкой фазы - мервинита.

Необходимое количество конвертерного шлака определяют расчетным путем исходя из значений отношения (Al₂O₃+MnO)/MgO в конвертерном шлаке и железорудной части шихты.

Недостаток способа заключается в том, что он применим лишь при производстве агломерата из железорудных материалов, содержащих магнезиальную пустую породу (ковдорский, коршуновский концентраты).

Наиболее близким по технической сущности является способ производства высокозакисного агломерата а. с. N 1574656 C 22 B 1/16, 1990 N 24. Способ отличается высоким содержанием в аглошихте вюститных материалов (60 - 90%), что способствует увеличению количества закиси железа в агломерате выше 35%.

В качестве вюститных материалов в изобретении предлагается использовать прокатную окалину, содержащую более 60% вюстита, и традиционный железорудный концентрат. С целью повышения прочности и содержания FeO в верхней части спека предлагается в верхний слой (массовая доля 30%) дозировать 80 - 100% всей прокатной окалины в шихте. В качестве флюсов используют известняк и известь в количестве (3%), обеспечивающем основность агломерата по отношению CaO/SiO₂= 0,7. Содержание твердого топлива составляют 7% (мас.) по отношению к рудно-флюсовой части шихты.

Недостатками способа являются: 1. Необходимость формирования двух разных по составу шихт для нижнего и верхнего слоев загрузки, что усложняет всю технологическую схему формирования шихты. Для реализации этого способа на существующих аглофабриках потребуется их коренная реконструкция, в частности дооборудование каждой агломашины еще одной поточной линией шихтовых бункеров с дозирующими весоизмерительными устройствами; 2. Использование прокатной окалины, содержащей более 60% вюстита, ограничивает объем производства высокозакисного агломерата из-за незначительного ее количества. Например, на заводе с годовым производством 7 млн. т количество такой окалины составляет 3 - 5 тыс.т; 3. Спекание шихты с содержанием в верхнем слое 0,8 - 1,0 прокатной окалины от общего ее количества в шихте приводит к формированию неравномерной структуры агломерата по высоте: из шихты верхнего слоя образуется расплав практически из оксидов железа (FeO+Fe₂O₃) с узким низкотемпературным интервалом плавления, а шихта нижнего слоя представляет собой обычную шихту, типичную для производства агломерата.

Сосредоточение прокатной окалины в верхнем слое снижает интенсивность спекания, т.к. при остывании структура затвердевающей массы из оксидов железа представляет собой корку с плохой газопроницаемостью.

4. Способ не регламентирует наиболее важные параметры химического состава агломерата, предназначенного для промывки горна доменной печи. К ним относятся: основность и соотношение оксидов Ca, Mg и Al, оказывающих влияние на температуру размягчения агломерата и вязкость расплава; 5. В способе не указан тепловой режим спекания, в частности общее содержание топлива в шихте и его распределение по слоям загрузки.

Задача, на решение которой направлено техническое решение, - обеспечить производство высокооснованого (FeO20%) агломерата с низкой основностью (CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)0,8 при отношении MgO/CaO=0,3-0,5.

По физико-химическим свойствам такой агломерат может применяться как по прямому назначению (для выплавки чугуна и стали), так и для специальных целей, например, для промывки горнов доменных печей и наведения шлаков в сталеплавильных агрегатах.

Технический результат достигается тем, что способ спекания высокозакисного агломерата включает ввод в шихту железорудного концентрата и железосодержащих отходов металлургического производства в виде окалины, офлюсование шихты, смешивание, окомкование и загрузку аглошихты на агломашину двумя слоями с различным содержанием топлива по слоям. При этом содержание железа в концентрате выше 63%, а в качестве флюсов используют известь и доломитизированный известняк в количестве, обеспечивающем в агломерате отношение MgO/CaO равное 0,3 - 0,5, а основность (CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃) равную или менее 0,8.

В составе железорудной части шихты массовое соотношение концентрата и окалины составляет 1:(1...3) соответственно.

В нижний слой загружают 25 - 35% всей шихты с содержанием топлива 2,3 - 2,5% при общем содержании топлива в шихте 3,8 - 4,7%.

Существенные признаки, характеризующие изобретение: 1. В качестве железосодержащих компонентов агломерационной шихты используют магнетитовый концентрат (Fe_общ63%) и окалину.

2. Массовое соотношение концентрата и окалины в железорудной части шихты составляют 1:(1...3) соответственно.

3. Флюсами служат известь и доломитизированный известняк в количестве, обеспечивающем получение агломерата основностью (CaO+MgO)/(SiO+Al₂O₃), равной или менее 0,8 и отношением MgO/CaO равным 0,3 - 0,5.

4. Соотношение слоев шихты при загрузке на агломашину составляет (%, мас.): нижний слой - 25-35 верхний слой - 75-65 5. Содержание топлива в шихте и его распределение по слоям загрузки составляет (%, мас.):
нижний слой - 2,3-2,5
верхний слой - 4,0-5,5
общее содержание 3,8-4,7
Признаки, отличительные от прототипа:
1. В качестве железосодержащих компонентов агломерационной шихты используют магнетитовый концентрат (Fe_общ63%) и окалину.

2. Массовые соотношения концентрата и окалины в железорудной части шихты составляют 1:(1-3) соответственно.

3. Флюсами служат известь и доломитизированный известняк в количестве, обеспечивающем получение агломерата основностью (CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃) равной или менее 0,8 и отношением MgO/CaO равным 0,3-0,5.

4. Соотношение слоев шихты при загрузке на агломашину составляет (%, мас.):
нижний слой - 25-35,
верхний слой - 75-65
5. Содержание топлива в шихте и его распределение по слоям загрузки составляет (%, мас.):
нижний слой - 2,3-2,5,
верхний слой - 4,0-5,5
общее содержание - 3,8-4,7.

Известно, что качество окомкования шихт с высоким содержанием тонкоизмельченных концентратов зависит от соотношения количества частиц, выполняющих роль центров (зародышей) гранул, и количества тонких классов шихты, накатываемых на эти зародыши. Наилучшее соотношение классов комкующей и комкуемой части шихты (0,5-3,0 мм/0-0,05 мм) составляет 0,4-0,6 (ж. Сталь, 1987 N 5, с. 8-15).

В шихте, представленной тонкоизмельченными магнетитовыми концентратами с содержанием класса 0-0,05 мм более 90%, центрами окомкования в основном являются частицы возврата, флюса и топлива. В предлагаемом способе при заданной низкой основности и маслом содержании флюсов центрами окомкования могут выступать частицы крупных классов окалины.

Задача оптимизации соотношения классов комкующей и комкуемой части шихты решается путем изменения соотношения количества концентрата и окалины в рудной части шихты с учетом количества возврата.

Расход возврата в шихту определяется величиной выхода годного продукта (+5 мм), составляющего на многих аглофабриках более 70%.

Выход годного в 70% определил также нижнюю границу общего расхода топлива и его распределения по слоям загрузки.

При содержании в шихте 20-30% возврата соотношение классов комкующей и комкуемой части шихты (0,5-3,0 мм/0-0,05 мм) составляет при содержании в рудной части шихты 50% окалины -0,3-0,4, а при 70-75% окалины -0,5-0,65.

Содержание окалины 50% является нижней, а 75% - верхней границами содержания окалины в рудной части шихты (с учетом заданного расхода возврата), обеспечивающими оптимальные условия окомкования шихты.

Верхняя граница расхода топлива диктуется снижением скорости спекания и производительности из-за увеличения газодинамического сопротивления зоны высоких температур при спекании. Немаловажным фактором является также увеличение себестоимости агломерата из-за повышенного расхода топлива.

Нижнюю границу расхода топлива наряду с величиной выхода годного определило минимальное содержание FeO в агломерате,равное 20%,которое позволяет эффективно использовать такой материал в доменных печах в качестве промывочного.

Верхняя граница по основности (CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃) равная 0,8 принята из условий шлакового режима доменных печей.

Отношение MgO/CaO равное 0,3-0,5 принято из условий расхода извести в шихту 20-35 кг/т агломерата и полной замены во флюсах известняка на доломитизированный известняк.

Соотношение слоев при загрузке продиктовано, с одной стороны, необходимостью обеспечить беспрепятственный сход спека со спекательных тележек без его приварки к колосникам в условиях работы без донной постели, и с другой стороны, требованиями повышенного температурно-теплового и восстановительного режима спекания на возможно большей толщине спекаемого слоя для получения агломерата с повышенным содержанием FeO.

Этим условиям отвечает соотношение масс нижнего и верхнего слоев загрузки как 0,25-0,35 к 0,75-0,65.

Такое соотношение в производственных условиях реализуется без осложнений в работе оборудования, обеспечивает требуемый режим окомкования шихты и ее укладки на спекательные тележки агломашин.

Предложенный способ опробован на чаше диаметром 260 мм, спекание вели при разрежении 10 кПа с высотой слоя 350 мм, масса спекаемой шихты 35-42 кг, загружаемой двумя слоями с сегрегацией по высоте слоя.

Железорудная часть шихты состояла из тонкоизмельченных магнетитовых концентратов КМА (Fe - 66,0-68,5%) и окалины НЛМК (Fe - 55-70%).

Флюсами служили доломитизированный известняк и известь, в контрольных, базовых и спеканиях по прототипу использовали известняк. Топливом служила коксовая мелочь. Количество возврата в шихте соответствовало его выходу при спекании.

Предварительными спеканиями (табл. 1) установлено оптимальное распределение твердого топлива по слоям загрузки. В качестве примера приведены результаты спеканий при массовом соотношении нижнего и верхнего слоев загрузки как 30:70% и общем содержании топлива в шихте от 3,5 до 5,0%.

Рудная часть шихты состояла из 70% и 30% концентрата, основность (CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)=0,8
Из приведенных в табл. 1 данных следует, что оптимальным содержанием топлива в шихте нижнего слоя является 2,3-2,5% при общем содержании топлива в шихте 3,8-4,7%.

В табл. 2 представлены результаты опытов, выполненных для определения оптимального соотношения массы шихты по слоям загрузки.

Спекания вели при найденных оптимальных содержании и распределении твердого топлива в шихте по слоям (табл. 1). Каждый опыт включал спекания при основности (CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃) 0,6 и 0,8 для массового соотношения окалины и концентрата в рудной части шихты 50:50 и 70:30. В табл. 2 значения показателей спекания, приведенные в числителе, относятся к основности 0,6, а приведенные в знаменателе - к основности 0,8.

Анализ данных из табл. 2 показывает, что в пределах изменения соотношения масс верхнего и нижнего слоев при загрузке от 65:35 до 75:25 величины выхода годного (70%) и содержания FeО а агломерате (20) удовлетворяют заданным условиям по прочности и FeO (за исключением спекания в опыте 9, отмеченного звездочкой, где при доле окалины в рудной части шихты 0,5 и основности 0,8 выход годного и содержание FeO находится на нижнем пределе заданных значений).

В табл. 3 представлены результаты спеканий при оптимизированных параметрах соотношения массы слоев при загрузке (70:30) и содержания топлива по слоям (Т_в.с.=4,4%; Т_н.с.=2,5%; Т_общ.=3,8%).

Спекания выполнены для нахождения оптимального содержания окалины в рудной части шихты.

Из представленных в табл. 3 данных следует, что наилучшие показатели по удельной производительности, прочности и содержанию FeO в агломерате достигнуты при соотношении концентрата и окалины как 1:(1-3).

При более низком содержании окалины в рудной части, например 40% (оп. 13), существенно снижается удельная производительность из-за низкой скорости спекания вследствие неудовлетворительного окомкования шихты (соотношение количества классов 0,5-3 мм/0-0,05 мм0,3).

Ниже заданных пределов опускается выход годного и содержание FeO.

При содержании в рудной части шихты более 75% окалины (оп. 18) шихта практически на окомковывается (соотношение количества классов 0,5-3 мм/0-0,05 мм0,6), резко снижается скорость спекания и удельная производительность.

Отношение MgO/CaO в агломерате (<0,3) не удовлетворяет условиям шлакового режима доменной плавки.

В табл. 4 приведены результаты спеканий по прототипу (оп. 19) и предлагаемой технологии, а также контрольный опыт по базовому варианту (агломерат, производимый на аглофабрике Новолипецкого металлургического комбината).

Анализ представленных в табл. 4 результатов показывает, что предлагаемый способ спекания при регламентируемых им параметрах дает наиболее высокие показатели спекания и качества агломерата.

Себестоимость агломерата, произведенного по предлагаемому способу, ниже, чем для обычного агломерата.

Эффективность применения этого агломерата для промывки горнов и стен доменных печей в условиях НЛМК выражается в уменьшении удельного расхода кокса на 0,3 кг и увеличении суточного производства чугуна на 25 т.

Формула изобретения

Способ производства высокозакисного агломерата (FeO 20%), включающий ввод в шихту железорудного концентрата и железосодержащих отходов металлургического производства в виде окалины, офлюсование, смешивание, окомкование и загрузку шихты на агломашину двумя слоями и ее спекание, отличающийся тем, что шихту, состоящую из концентрата (Fe_общ 63%) и окалины при массовом соотношении 1 : 1 - 3 соответственно, офлюсовывают известью и доломитизированным известняком в количестве, обеспечивающем основность агломерата CaO + MgO/SiO₂ + Al₂O₃ 0,8 при отношении MgO/CaO = 0,30 - 0,50, и загружают в нижний слой 25 - 35% от общего количества шихты с содержанием в шихте нижнего слоя топлива 2,3 - 2,5% при общем содержании его в шихте 3,8 - 4,7%.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4