Способ производства агломерата для доменной плавки

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к агломерации шихт, содержащих вторичное сырье, с получением железорудного офлюсованного агломерата для выплавки чугуна.

Известен способ, в котором утилизация замасленной окалины с определенной влажностью и содержанием масел через агломерацию включает ее совместную подготовку с комкующей составляющей шихты в массовом отношении к последней в пределах 0,01-0,5 (Способ утилизации замасленной окалины через агломерацию. - Заявка на изобретение РФ №92005879 кл. С22В 1/16, дата подачи заявки 1992.11.12, публикации 1996.05.27, бюл. №15).

Недостаток способа заключается в следующем. Обычные компоненты агломерационной шихты, в том числе комкующие (например, частицы аглоруды, шлака, возврата), инертны по отношению к парам масел, а мелкодисперсные частицы замасленной окалины не являются комкуемым компонентом из-за гидрофобных свойств и не улучшают гранулометрический состав окомкованной шихты. Поэтому организовать горение масел замасленной окалины в агломерируемом слое до их испарения, как предполагалось в известном способе, практически не представляется возможным. Это в значительной мере ограничивает содержание такой окалины в аглошихте по эксплуатационным и экологическим причинам.

Предлагаемый способ расширяет возможность вовлечения в передел вторичного железосодержащего сырья, в том числе шламов и окалины, взамен минерального без ухудшения условий эксплуатации газоотводящего оборудования, позволяет улучшить металлургические свойства агломерата и сэкономить энергоресурсы при его производстве и проплавке, т.е. направлен на решение технической и экономической задач.

Предлагаемый способ производства агломерата для доменной плавки, спекаемого из шихты, состоящей из железосодержащих компонентов, флюса и топлива, включающий ее подготовку путем дозирования, смешивания и окомкования, последующее спекание и проплавку полученного агломерата, отличается от известного способа тем, что в процессе подготовки в качестве одного из железосодержащих компонентов формируют смесь из шламов, окалины, в том числе замасленной, с мелкофракционной добавкой растительного происхождения, представленной предпочтительно древесными опилками или торфом или их смесью в массовом отношении добавки к сумме шламов и окалины в пределах 0,01-0,05 и 0,01-0,07 соответственно при производстве агломерата в интервалах основности CaO/SiO₂ 1,10-1,44 и 1,45-1,90 ед. при введении суммарного количества шламов и окалины 50-120 кг/т агломерата.

Сущность способа заключается в следующем. Железосодержащие шламы ввиду их высокой дисперсности и влажности предрасположены к образованию комков, склонных к разрушению в зоне переувлажнения спекаемого слоя, либо в процессе окомкования комки могут достичь критических размеров, при которых они не будут расплавляться, а лишь высыхать, ослабляя прочность тела спека и переходя в возврат. Формирование промежуточной смеси, состоящей из шламовой окалины, содержащей шламы металлургических переделов (в их состав могут входить увлажненные пыли, кроме колошниковой, являющейся самостоятельным компонентом аглошихты, аналогичные шламам по физико-химическим свойствам) и окалину, в том числе замасленную, позволяет в процессе массобмена создать на поверхности исходных комков гидрофобную масляную пленку и предотвратить их рост до критических размеров. Вместе с тем, масло замасленной окалины имеет отрицательное свойство испаряться не воспламенившись, затем оседать совместно с пылью на поверхности газоходов, очистных агрегатов и лопатках эксгаустеров. Масло необходимо связать и увеличить полноту его сгорания, воспрепятствовав переходу в газовую фазу в естественном виде в процессе агломерации. Такими свойствами обладают мелкофракционные отходы деревообрабатывающих производств в виде опилок и продукт неполного разложения органической массы в условиях болот в виде торфа, являющиеся адсорбентами паров масел в тесном контакте с замасленной окалиной в сформированной по предлагаемому способу смеси. Температура испарения масел совпадает с температурой воспламенения опилок и торфа (380-450°С) и происходит их одновременное горение. Катализатором горения является гашеная известь, вносимая уже прошедшими термическую обработку шламами. Опилки и торф не требуют дополнительного измельчения так же, как окалина и шламы, и обладают необходимыми теплофизическими и физико-химическим свойствами.

Обычно основной унос паров масел имеет место на середине длины агломашины, когда зона переувлажнения доходит до колосниковой решетки или слоя постели и испарение достигает максимума.

Влияние ввода мелкофракционных добавок растительного происхождения, представленных предпочтительно опилками или торфом или их смесью, на содержание масел в отходящем газе в середине аглопроцесса и температурно-тепловой уровень последнего, регулируемый расходом коксовой мелочи на спекание и характеризуемый содержанием FeO в спеке, определяли специальными опытами в лабораторной аглочаше диаметром 500 мм при высоте слоя шихты 380 мм и постели 20 мм.

Железосодержащая часть аглошихты состояла из концентратов с кислой и магнезиальной пустой породой в соотношении 50:50, 100 кг/т агломерата, смеси шламов и окалины, в том числе замасленной (с общим содержанием масел в окалине 3%) с добавкой растительного происхождения в виде опилок или торфа. Содержание шламов, первичной и замасленной окалины составляло по 1/3 каждого компонента. Отношение добавки к смеси шламов и окалины варьировали в пределах 0,01-0,10 по массе. Сформированную по предлагаемому способу смесь выдерживали в течение 10 суток. Шихту офлюсовывали СаО-содержащим флюсом до расчетной основности CaO/SiO₂ 1,60 ед., количество возврата 35%.

Ввиду высокой реакционной способности и пониженной жаропроизводительности опилок и торфа расход коксовой мелочи на тонну агломерата изменяли обратно пропорционально расходу добавок не в адекватной массе, а в эквиваленте 0,3 кг/кг.

Результаты спеканий представлены в таблице 1.

Из полученных результатов следует, что в сравнении с базовым опытом при содержании добавок 1-7 кг/т агломерата и отношении добавка: смесь шлама и окалины 0,01-0,07 содержание масел в отходящем газе снизилось в пределах 16-35% (опыты №2 и 5). Повысился выход годного агломерата, характеризующий его прочностные свойства в исходном состоянии, значительно возросла удельная производительность (т/м² час).

Повышение отношения добавка: смесь шламов и окалины сверх 0,07 до 0,10 в случае использования как опилок, так и торфа сопровождалось снижением выхода годного из-за образования повышенного количества крупных пор от выгоревшей добавки, ослабляющих тело спека. Это также не увеличивало степень удаления масел, поскольку улучшение газопроницаемости слоя шихты и рост вертикальной скорости спекания сокращало продолжительность контакта паров масел с адсорбирующей добавкой.

В целом использование опилок или торфа показало одинаковый результат, что позволяет вводить их как раздельно, так и в смеси, а отношение добавки к смеси шламов и окалины 0,01-0,07 остается оптимальным в исследованном интервале ввода последней в аглошихту в количестве 50-120 кг на тонну агломерата. Для сравнения - при вводе в шихту раздельно шламов, первичной окалины и смеси замасленной окалины с возвратом (известный способ) содержание масел в отходящем газе повысилось до 0,340 мг/м³.

Явление повышения скорости спекания и количества расплава с ростом основности аглошихты и агломерата и положительное влияние опилок и торфа на скорость спекания за счет разрыхления аглошихты делают необходимым дифференцированный подход к количеству вводимой добавки. Если ввод добавки по нижнему пределу уже обеспечивает снижение содержания масел в отходящем газе, то верхний предел должен быть оптимизирован в сочетании этого показателя с прочностными свойствами спека и его восстановимостью.

Добавки растительного происхождения в процессе агломерации выгорают и практически не влияют на химический состав агломерата. В то же время, их влияние на структуру спека и связанную с этим прочность продукта в исходном состоянии и восстановимость, косвенно характеризуемую содержанием FeO в продукте, значительно. Одновременное изменение скорости спекания, структуры и минералогического состава агломерата также оправдывают дифференцированный подход к оптимизации количества добавок при производстве агломерата различной основности. Проведена серия спекания агломерата, результаты которых представлены в таблице 2.

Таблица 2
Прочность (числитель) и истираемость (знаменатель) агломерата после низкотемпературного восстановления по ИСО 3930, %
CaO/SiO2,ед.	Показатель прочности (RDJ+6,3) и истираемости (RDJ-0,5) агломерата при массовом отношении добавки (опилки) к смеси шламов и окалины (100 кг/т агломерата)
0	0,01	0,03	0,05	0,07
1,10
1,35
1,44
1,50
1,60
1,90

Ввод добавки по нижнему пределу ее массового отношения к смеси шламов и окалины 0,01 положительно влияет на восстановимость агломерата, определяющую расход кокса в доменной плавке в пределах рабочей основности агломерата от 1,10 до 1,90 при плавке соответственно 100% агломерата или смеси с частично офлюсованными окатышами на шлаках заданной постоянной основности. В то же время, положительный эффект верхнего предела 0,07 по догоранию масел, оставаясь таковым и с точки зрения незначительного снижения прочностных характеристик спека в интервале основности начиная с 1,45 и до 1,9 ед., то с этой же позиции ограничивается величиной 0,05 в интервале основности 1,10-1,44 ед. Зависимость прочности агломерата от основности имеет параболический характер с минимумом при 1,44 ед. Аналогичные результаты с незначительным отличием абсолютной величины показателей получены и при использовании торфа.

Прогноз изменения расхода кокса в доменной плавке при проплавке агломерата в первом среднем нижнем интервале основности СаО/SiO₂ 1,35 ед. (соотношение агломерат:окатыши 67:33) и во втором среднем более высоком интервале основности 1,60 ед. (соотношение агломерат:окатыши 48:52) проводили по методике, изложенной в Патенте РФ №2283877 кл. С21В 1/14 «Способ определения металлургической ценности доменного железорудного сырья», по показателю качества, включающему исходные свойства продукта и свойства при восстановительно-тепловой обработке.

Комплексный показатель качества оценивали по балльной системе составляющих по зависимости

где ПК - комплексный показатель качества, баллы;

F_i и В_i - соответственно составляющие комплексного показателя качества и соответствующие им баллы, учитывающие влияние:

F₁·B₁=(Fe-47)·1,0 - содержания железа (Fe, %);

F₂·В₂=[(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)]·5,0 - основности полной, ед.;

F₃·В₃=-(100-П)·0,1 - прочности (П, %) по ИСО 3271;

F₄·В₄=-(И)·0,1 - истираемости (И, %) по ИСО 3271;

F₅·B₅=-(RDJ)·0,1 - истираемости (RDJ - 0,5, %) по ИСО 3930;

F₆·B₆=(W_k/W₁)·0,1 - отношения степени восстановления по ИСО 7992 (W_k %) к степени восстановления по ИСО 13930 (W₁ %);

F₇·B₇=[(T-1300)/50]·1,0,

F₈·B₈=-(M)-0,05 и F₉·В₉=-(FeO)-0,05 - соответственно температуры начала фильтрации расплава (Т, °С), массы не профильтровавшегося расплава (M, %) и содержания закиси железа в первичном шлаке (FeO, %) при нагреве на слое кокса до 1600°С восстановленного по ИСО 7992 железорудного материала.

При этом изменение ПК на каждый один балл оценивали обратно пропорционально базовому изменению расхода кокса на 4-7 кг/тонну чугуна. Входящие в составляющие ПК F₃…F₉ величины определяют экспериментально.

Полученные результаты приведены в таблице 3.

Таблица 3
Величина составляющих, входящих в показатель качества (числитель), и соответствующие им баллы (знаменатель) при спекании агломерата разной основности из шихты без опилок и с опилками
Составляющие	Основность агломерата CaO/SiO2, ед.
1,35	1,60
Отношение опилки: смесь шламов и окалины	0	0,03	0	0,03
F1
F2
F3
F4
F5
F6
F7
F8
F9
ПК	16,524	17,081	16,249	16,937

Прогнозное снижение расхода кокса с учетом металлургических свойств агломерата составило:

для основности агломерата CaO/SiO₂ 1,35 ед.

(17,081-16,524)·(4÷7)·0,67=1,49-2,61 кг/т чугуна;

для основности агломерата CaO/SiO₂ 1,60 ед.

(16,937-16,249)·(4÷7)·0,48=1,0-2,31 кг/т чугуна,

где 0,67 и 0,48 - доля агломерата в смеси с окатышами.

В промышленных условиях смесь шламов, окалины и добавки растительного происхождения формируют на отдельной площадке путем перемешивания всех составляющих, укладки в штабель, выдержке в нем желательно не менее 10 суток, последующей отгрузки на аглофабрику. В приемные бункера шихтового отделения сформированную смесь подают отдельно либо совместно с холодным отсевом с доменных печей при его наличии. Дозируют на сборный конвейер как самостоятельный железосодержащий компонент аглошихты. Отдозированные в шихтовом отделении железосодержащие компоненты, флюс и топливо смешивают, окомковывают и спекают с получением агломерата заданного состава.

В периоды проплавки на доменной печи объемом 1000 м³ агломерата из шихты с использованием смеси из шламов и окалины 100 кг/т агломерата и опилок 3 кг/т агломерата при соотношении агломерата основностью 1,60 ед. с окатышами 67:33 и агломерата основностью 1,35 ед. с окатышами 48:52 в сравнении с предшествующими периодами с использованием агломерата из шихты с аналогичным расходом шламов и окалины, но без опилок, достигнуто снижение расхода кокса соответственно с 423 до 421 кг/т чугуна и с 425 до 423,5 кг/т чугуна.

Способ производства агломерата для доменной плавки, спекаемого из шихты, состоящей из железосодержащих компонентов, флюса и топлива, включающий ее подготовку путем дозирования, смешивания и окомкования и последующее спекание, отличающийся тем, что в процессе подготовки в качестве одного из железосодержащих компонентов формируют смесь из шламов, окалины, в том числе замасленной, и мелкофракционной добавки растительного происхождения в виде древесных опилок, или торфа, или их смеси, при этом смесь формируют с массовым соотношением добавки к смеси шламов и окалины в пределах 0,01-0,05 и 0,01-0,07 при производстве агломерата в интервалах его основности CaO/SiO₂ 1,10-1,44 ед. и 1,45-1,90 соответственно, а количество вводимых шламов и окалины составляет 50-120 кг/т агломерата.