Способ спекания агломерата с различной основностью из железосодержащих отходов металлургического производства
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к термическим способам окускования железных руд, концентратов и отходов металлургического производства. Способ включает составление шихты из железосодержащих материалов, состоящих из смеси железорудных концентратов, руды, агломерационного, конвертерного и/без доменного шламов, окалины, твердого топлива, флюсов, влаги и ее подготовку путем усреднения, смешивания, увлажнения, окомкования и загрузки на агломашину одним или двумя слоями, ее зажигание и спекание. Осуществляют раздельное дозирование шламов, в шихту вводят колошниковую пыль. Для количества в шихте конвертерного шлама и окалины, доменного шлама и смеси железорудных концентратов, руды, агломерационного шлама и колошниковой пыли устанавливают соотношения. Изобретение позволит снизить удельный расход исходных материалов за счет возврата в производства шламов и окалины, повысить прочность агломерата и увеличить производительность агломашины, уменьшить вредное воздействие на окружающую среду за счет уменьшения напольных шламовых накопителей и хранилищ. 2 табл.
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к термическим способам окускования железных руд, концентратов и отходов металлургического производства, и может быть использовано как способ утилизации Zn-содержащих шламов.
Известен способ подготовки агломерационной шихты (RU 2009220, С 22 В 1/24, Бюлл. 5, 1994), согласно которому мелкодисперсные отходы металлургического производства, такие как шламы мокрой газоочистки и колошниковая пыль, усредняют, смешивают и окомковывают совместно с железорудным концентратом в соотношении 1:(0,8-1,8):(8-12) соответственно, а крупнозернистые отходы, например прокатную окалину, усредняют совместно с аглорудой, смешивают с известняком и топливом и подают в конце процесса окомкования мелкодисперсных компонентов. Недостатки данного способа заключаются в следующем: 1. Рекомендуемое массовое соотношение мелкодисперсных отходов металлургического производства (шламы мокрой газоочистки), колошниковой пыли и железорудных концентратов, равное 1:(0,8-1,8):(8-12) соответственно, удовлетворяет требованиям технологии агломерационного процесса по влажности смеси, но не учитывает влияние каждого из них на условия формирования структуры агломерата. 2. Способ подготовки предусматривает два технологических потока шихтовых материалов: 1 - мелкодисперсные отходы (шламы и колошниковая пыль) и железорудные концентраты и 2 - озерненные отходы (прокатная окалина), аглоруда, топливо и известняк. Каждый из этих потоков включает весь комплекс технологических операций, начиная с закладки штабеля и кончая окомкованием. При этом смесь озерненных материалов вводят в смесь мелкодисперсных материалов в конце процесса ее окомкования. На существующих аглофабриках реализация данной технологии потребует коренной реконструкции всей технологической цепи аппаратов с большими капитальными затратами. В техническом отношении операция ввода озерненных материалов конце окомкования трудновыполнима. Наиболее близким по технической сущности является техническое решение, согласно которому рекомендуется состав шихты для получения высокоосновного агломерата (RU 2146297, кл. С 22 В 1/16, Бюл. 7, 2000 г). Сущность изобретения состоит в том, что железосодержащий материал состоит из смеси железорудных концентратов, агломерационного и/или конвертерного, и/или доменного шлама и окалины, при этом количество шлама в шихте составляет Mшл=K
1. Все виды используемых шламов - "агломерационного и/или конвертерного, и/или доменного" - задают как один компонент железосодержащей части агломерационной шихты. Между тем, каждый из указанных шламов отличается от другого по всем физическим, химическим и физико-химическим параметрам, что обусловливает их неодинаковое влияние на различные стороны агломерационного процесса. Поэтому каждый вид шлама требует раздельного дозирования в соответствии с его физико-химическими свойствами и химическим составом спекаемого агломерата. 2. Соотношение (1), в соответствии с которым устанавливают количество шлама в шихте, не учитывает основную особенность конвертерного шлама и окалины - содержание оксидов железа. Между тем именно оксиды железа, содержащиеся в этих материалах, вносят существенные изменения в условия образования расплава и в его свойства при спекании шихты. 3. В соответствии с соотношением (1) количество шлама в шихте, включая конвертерный шлам и окалину, возрастает с увеличением содержания Feобщ в готовом агломерате. Это не отвечает основной особенности этих материалов, которая проявляется в образовании жидкоподвижного железистого расплава. Отрицательное влияние этого явления усиливается с уменьшением количества пустой породы в шихте (или с увеличением содержания Fеобщ). Это выражается в снижении производительности агломашины и еще больше в ухудшении качества агломерата. 4. Регламентируемые параметры состава шихты (количество железосодержащего материала в шихте составляет 0,74



1) снижение удельного расхода исходных сырых материалов в виде железорудных концентратов, руды, флюсов и топлива за счет возврата в производство доменного и конвертерного шламов и окалины;
2) повышение прочности агломерата и увеличение производительности агломашины;
3) уменьшение вредного воздействия на окружающую среду за счет уменьшения количества (или даже полной ликвидации) напольных шламовых накопителей и хранилищ. Указанный технический эффект достигают тем, что способ спекания агломерата с различной основностью из железосодержащих отходов металлургического производства включает составление шихты из железосодержащих материалов, состоящих из смеси железорудных концентратов, руды, агломерационного, конвертерного и/без доменного шламов и окалины, твердого топлива, флюсов и влаги, подготовку шихты к спеканию путем усреднения, смешивания, увлажнения и окомкования, загрузку шихты на агломашину одним или двумя слоями, зажигание шихты и ее спекание. Отличие от наиболее близкого аналога заключается в том, что дозирование шламов осуществляют раздельно, в шихту вводят колошниковую пыль, количество смеси конвертерного шлама и окалины, доменного шлама и смеси рудных материалов, состоящей из концентратов, руды, агломерационного шлама и колошниковой пыли, устанавливают в соответствии с соотношениями:

где Мк.шл.+ок - количество смеси конвертерного шлама и окалины в шихте, кг/т агломерата;
(Рп.п)а - заданное количество пустой породы в агломерате, кг/т агломерата;
(FeO+Fe2О3)к.шл+ок - массовая доля оксидов железа в смеси конвертерного шлама и окалины, доли;

k - эмпирический коэффициент, равный 1-12, безразмерный. Заданное количество пустой породы в агломерате рассчитывают по соотношению
(Рп.п)а = 10[100+(FeO+Fe2O3)], (3)
где FeO и Fe2O3 - массовая доля соответствующих оксидов железа в агломерате, %;
10 - коэффициент пересчета процентов в кг/т агломерата. Долю окалины в смеси конвертерного шлама и окалины (Мк.шл+ок) устанавливают в соответствии с соотношением

где mок и mк.шл - массовые доли соответственно окалины и конвертерного шлама в смеси конвертерного шлама и окалины - Мк.шл+ок, доли;
(Feобщ)к.шл - масссовая доля железа в конвертерном шламе, %;
(Feобщ)ок - масссовая доля железа в окалине, %. Количество доменного шлама в шихте регламентируют по содержанию в нем углерода и устанавливают в соответствии с соотношением
Мд.шл


где Мд.шл - количество доменного шлама в шихте, кг/т агломерата;
To - заданное количество топлива в шихте, кг/т агломерата;
Ст - массовая доля углерода в топливе, доли;
Сд.шл - массовая доля углерода в доменном шламе, доли. Количество в шихте смеси рудных материалов, состоящей из концентратов, руды, агломерационного шлама и колошниковой пыли, устанавливают в соответствии с соотношением

где Мсм.р.м - количество смеси рудных материалов, состоящей из концентратов, руды, агломерационного шлама и колошниковой пыли (нижний индекс читается как смесь рудных материалов), кг/т агломерата;
Fe0 - заданное количество железа в агломерате, кг/т агломерата;

(Feобщ)см.р.м - массовая доля железа в смеси железорудных концентратов, руды, агломерационного шлама и колошниковой пыли, %;
0,01 - коэффициент пересчета процентов в доли, безразмерный. Увеличение производительности агломашины и повышение прочности агломерата происходит за счет оптимизации количества оксидов железа [(FeO+Fе2O3)к.шл+ок], вносимых конвертерным шламом и окалиной, с количеством пустой породы агломерата (Рп.п)а. При этом учитывается количество магнезии в агломерате в виде отношения MgO/CaO. Известно, что с увеличением этого отношения температура начала плавления шихты возрастает, а подвижность расплава уменьшается. Физико-химические свойства конвертерного шлама определяются особенностями трехкомпонентной системы СаО-Fе2О3-FeO. При спекании шихты в присутствии СаО двух- и трехвалентное железо легко восстанавливается СО и H2 уже при температуре 900oС до металлического железа. На свежевосстановленном железе активно развиваются реакции распада СО с образованием сажистого углерода, который диффундирует в металлическое железо, способствуя образованию железистого расплава. При соблюдении оптимального соотношения оксидов железа, вносимых конвертерным шламом и окалиной, с оксидами пустой породы шихты происходит формирование высокопрочного агломерата, удовлетворяющего требованиям доменного процесса. Одновременно с этим достигается высокая газопроницаемость спекаемого слоя, вследствие чего увеличивается вертикальная скорость спекания. В случае, когда количество оксидов железа, вносимых конвертерным шламом и окалиной, превышает оптимальное количество, ухудшаются условия формирования структуры агломерата и возрастает газодинамическое сопротивление зоны горения и формирования агломерата. По этой причине макроструктура спека характеризуется четко выраженной неоднородностью (зональностью) строения. В структуре спека выделяются полнокристаллические, полукристаллические и стекловатые образования с неровной поверхностью. Они содержат многочисленные пустоты различной формы. Наружные части их лучше раскристаллизованы и более плотные, а внутренние - имеют пористые пузыристые и шлаковидные текстуры. Вместе с этим снижается вертикальная скорость спекания и, как следствие этого, - удельная производительность агломашины. Диапазон значений эмпирического коэффициента k в пределах 1-12 объясняется газодинамическими и физико-химическими закономерностями спекания агломерата из Fe-содержащих отходов металлургического производства. При значениях k<1 влияние конвертерного шлама и окалины на формирование структуры агломерата практически не заметно и его качество по прочности не увеличивается. При значениях k>12 расход конвертерного шлама и окалины возрастает настолько, что количество жидкого расплава оказывается излишним. Это выражается в снижении вертикальной скорости спекания и возрастании неоднородности макроструктуры спека. Доменный шлам по существу представляет собой механическую смесь тонких частиц (<0,5 мм) компонентов доменной шихты: кокса, агломерата, окатышей. По химическому составу его можно уподобить возврату с высоким содержанием несгоревшего углерода. По гранулометрическому составу он подобен концентратам, полученным путем мокрого магнитного обогащения железистых кварцитов, например концентраты горнорудных предприятий КМА. Добавка доменного шлама в агломерационную шихту повышает эффективность ее окомкования, улучшает гранулометрический состав окомкованной шихты. Это приводит к росту вертикальной скорости спекания. Количество доменного шлама в шихте регламентируется содержанием в нем углерода и поэтому максимальный его расход зависит от теплопотребности процесса спекания. При достаточном количестве доменного шлама на рудном дворе спекание шихты осуществляют без добавления твердого топлива, например, коксика или угля. В этом случае соотношение (5) принимает вид
Мд.шл = To

Минимальное количество доменного шлама в шихте не ограничивается и заявляемый способ может осуществляться при д.шл = 0. Отличительные признаки заявляемого способа спекания агломерата с различной основностью из железосодержащих отходов металлургического производства заключаются в следующем:
1. Способ регламентирует раздельное дозирование шламов в виде смеси конвертерного шлама и окалины и/без доменного шлама и смеси рудных материалов, состоящей из концентратов, руды, агломерационного шлама и колошниковой пыли, в соответствии с их физико-химическими свойствами и химическим составом спекаемого агломерата. При регламентированном дозировании указанных компонентов шихты достигают увеличения прочности агломерата, повышения производительности агломашины и снижения расхода твердого топлива. 2. Количество смеси конвертерного шлама и окалины в шихте (Мк.шл+ок) устанавливают по соотношению (2), в котором факториальными параметрами являются количество пустой породы в агломерате - (Рп.п)а и содержание в смеси из конвертерного шлама и окалины оксидов железа - (FeO+Fе2O3)к.шл+ок. Согласно этому соотношению количество конвертерного шлама и окалины в шихте увеличивают с повышением количества пустой породы в агломерате. Кроме того, дополнительно вводится показатель, отражающий содержание магнезии в агломерате, в виде отношения MgO/CaO. Чем выше это отношение, тем больше требуется конвертерного шлама и окалины как материалов, способствующих образованию жидкоподвижного расплава, в котором растворяются твердые частицы шихты. 3. Количество доменного шлама в шихте (Мд.шл) устанавливают, исходя из теплопотебности процесса спекания, замещая им твердое топливо (То), которое вводят в шихту в виде коксика или какого-либо угля. Минимальное количество доменного шлама в шихте не ограничивается и заявляемый способ может осуществляться при д.шл = 0. 4. Количество в шихте смеси рудных материалов (Мсм.р.м), состоящей из концентратов, руды, агломерационного шлама и колошниковой пыли, устанавливают, исходя из баланса железа, поступившего с конвертерным и доменным шламами и окалиной. Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков предлагаемого способа с признаками известных технических решений, на основании чего делается вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию "изобретательский уровень". Ниже приводится пример осуществления изобретения, не исключающий другие варианты в пределах формулы изобретения. Пример. Компонентами шихты служат: железорудные концентраты, аглоруда, железосодержащие отходы металлургического производства в виде агломерационного, конвертерного и/без доменного шламов, окалины и колошниковой пыли, твердое топливо в виде коксика и/или угля, флюсы в виде сырых и обожженных СаО- и MgO-содержащих горных пород, а также возврат. Компоненты шихты дозируют в соответствии с заданным химическим составом агломерата. Составленную шихту смешивают, окомковывают с добавлением влаги до 7,5-10,5%. Окомкованную шихту загружают на агломерационную машину одним или двумя слоями. Толщины слоев могут быть одинаковыми или различными. Содержание твердого топлива и влаги в слоях шихты также может быть одинаковым или различным. Затем шихту зажигают с помощью зажигательного горна. Спекание осуществляют при разрежении под слоем шихты, равным 0,60


где Мк.ш л+ок - количество конвертерного шлама и окалины в шихте, кг/т агломерата;
(Рп.п)а - заданное количество пустой породы в агломерате, кг/т агломерата;
(FeO+Fе2O3)к.шл+ок - массовая доля оксидов железа в смеси конвертерного шлама и окалины, доли;

k - эмпирический коэффициент, равный 1-12, безразмерный. Долю окалины в смеси конвертерного шлама и окалины устанавливают в соответствии с соотношением

где mок и mк.шл - массовые доли соответственно окалины и конвертерного шлама в общей массе Мк.шл+ок, доли;
(Fеобщ)к.шл - масссовая доля железа в конвертерном шламе, %;
(Feобщ)ок - масссовая доля железа в окалине, %. Заданное количество пустой породы в агломерате рассчитывают по соотношению
(Рп.п.)а=10[100-(FeO+Fe2О3)],
где FeO и Fe2О3 - массовая доля соответствующих оксидов железа в агломерате, %;
10 - коэффициент пересчета процентов в кг/т агломерата. Количество доменного шлама в шихте составляет:
Mд.шл


где Мд.шл - количество доменного шлама в шихте, кг/т агломерата;
То - заданное количество топлива в шихте, кг/т агломерата;
Ст - массовая доля углерода в топливе, доли;
Сд.шл - массовая доля углерода в доменном шламе, доли. Количество в шихте смеси рудных материалов, состоящей из концентратов, руды, агломерационного шлама и колошниковой пыли, составляет

где Мсм.р.м - количество смеси рудных материалов, состоящей из концентратов, руды, агломерационного шлама и колошниковой пыли, кг/т агломерата;
Feо - заданное количество железа в агломерате, кг/т агломерата;

(Fеобщ)см.р.м - массовая доля железа в смеси железорудных концентратов, руды, агломерационного шлама и колошниковой пыли, %;
0,01 - коэффициент пересчета процентов в доли, безразмерный. В табл.1 приведены химические составы компонентов шихты, которые использовались для осуществления примеров, представленных в табл.2. Примеры 1-5 иллюстрируют влияние на эффективность использования заявляемого способа величины эмпирического коэффициента k. Доля окалины в смеси конвертерного шлама и окалины (Мк. шл+ок) составляет 0,4506, конвертерного шлама - 0,5494 [100/(1+57,70/70,35)]. При k<3 ( 1) из-за низкого количества в шихте смеси конвертерного шлама и окалины (Мк.шл+ок=17,8 кг/т агломерата) производительность агломашины и прочность агломерата значительно ниже, чем в примерах 2, 3 и 4. В примере 5 имеет место обратная картина: количество конвертерного шлама и окалины в шихте превышает оптимальную величину и это отрицательно отражается на удельной производительности агломашины - 1,190 т/(м2








Формула изобретения






РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2