СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ОФЛЮСОВАННОГО ЖЕЛЕЗОРУДНОГО АГЛОМЕРАТА Российский патент 2000 года по МПК C22B1/16 

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при производстве агломерата из железных и марганцевых руд, а также при производстве руднотопливных окатышей.

Известен способ производства офлюсованного железорудного агломерата, по которому после окомкования многокомпонентной агломерационной шихты выделяют фракцию менее 3 мм и определяют ее основность и глиноземный модуль (Al₂O₃/SiO₂), поддерживаемые в пределах соответственно 1,6-2,2 и 0,2-0,5, а затем задают параметры режима спекания, обеспечивающие содержание кислорода в отходящих газах в пределах 10-17% [A.C. СССР N 1386668].

Недостатком этого способа является неприменимость его при спекании агломерационных шихт из нескольких железорудных материалов, разнородных по составу, поскольку способ предполагает составление агломерационных шихт только из глиноземсодержащих железных руд и концентратов определенного состава.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ производства офлюсованного железорудного агломерата, включающий поддержание глиноземного модуля (Al₂O₃/SiO₂) в пределах 0,2-0,5 во фракциях менее 3 мм в аглошихте, содержащей концентраты, руды, флюс и топливо, окомкование и спекание с прососом воздуха. При этом в окомкованной шихте состав гранул меньше 3 мм регулируют по сумме модулей-соотношений CaO/SiO₂; FeO/Fe общ; AI₂O₃/SiO₂ и MgO/SiO₂, которую поддерживают в пределах 1,0-1,9 и 2,2-3,1 для получения оливиновых связок и ферритных соответственно, а спекание агломерата на оливиновых связках ведут при 1270-1320^oC в восстановительной атмосфере, создаваемой повышенным расходом твердого топлива не менее 4 мас.% при размерах его частиц, равных или меньше 2,5 мм. При получении агломерата на ферритных связках спекание ведут при 1220-1260^oC в окислительной атмосфере, достигаемой за счет понижения раскола твердого топлива до 2,5-3,0 мас.% при крупности его 2,5-4 мм [Патент RU N 2048548].

Недостатками известного решения являются:
1. поддержание основности фракций окомкованной шихты менее 3 мм в указанных пределах без учета основности и доли остальной части шихты наряду с количеством мелкой фракции не гарантирует получение конечного агломерата заданной основности,
2. обеспечение крупности твердого топлива в пределах 2,5-4 мм для получения высокоосновного агломерата сопряжено с технологическими затруднениями, связанными с отсевом из топлива фракций менее 2,5 мм в реальных условиях технологии агломерационного производства, что является препятствием для внедрения известного решения,
3. предложенные значения расхода твердого топлива на спекание без учета в топливе содержания углерода не гарантируют обеспечение процесса агломерации необходимым температурно-тепловым уровнем, а также создание восстановительной атмосферы при спекании низкоосновного агломерата или окислительной атмосферы при спекании высокоосновного агломерата.

Задачей изобретения является увеличение производительности агломашин, улучшение качества агломерата и снижение сдельного расхода твердого топлива на процесс агломерации за счет активизации процесса ферритообразования при спекании высокоосновных агломератов.

Поставленная задача решается следующим образом: в способе производства офлюсованного железорудного агломерата, включающем обеспечивающее заданные параметры аглопроцесса дозирование компонентов агломерационной шихты, содержащей концентраты обогащения железных руд, аглоруды, флюс, твердое топливо, железосодержащие отколы, смешивание шихты, ее окомкование и спекание, с изменением основности шихты по отношению CaO/SiO₂ с 1,4 до 2,0 в твердом топливе поддерживают отношение массовой доли минеральной части к массовой доле углерода в пределах 0,08 - 0,2, a в минеральной части твердого топлива изменяют значение глиноземного модуля (Al₂O₃/SiO₂) от 0,5 до 0,8.

Отличительной особенностью предлагаемого способа является то, что, используя закономерности теплообмена и горения твердого топлива в аглопроцессе, формирование благоприятных условий для образования прочных связок требуемого состава и количества в структуре высокоосновного агломерата достигается с меньшими потерями тепла в очагах горения частиц твердого топлива в процессе спекания путем обеспечения рационального состава и количества минеральной части твердого топлива. Полный вывод сырого известняка из доменной плавки, сопровождающийся высокими технико-экономическими показателями работы доменных печей, обеспечивается, например, использованием офлюсованного агломерата основностью 1,1-1,4. Привлечение в доменную плавку неофлюсованного железорудного сырья в виде окатышей или руды в сложившихся в доменном производстве условиях вызывает необходимость производства агломерата основностью до 2,0. Известно, что прочные связки в виде алюмосиликоферритов кальция образуются в структуре агломерата с основностью выше 1,4 на основе твердых растворов системы CaO- Fe₂O - Al₂O₃ - SiO₂, поскольку при меньших значениях основности образуется дефицит кальция для формирования связки на основе соответствующих алюмосиликоферритов в необходимом объеме. [Ферритообразование в железорудном сырье/ М.С.Модель, В.Я. Лядова, Н.В.Чугунова. - М.: Наука, 1990. -152 с.].

Вместе с тем алюминийсодержащие минералы вмещающих пород компонентов аглошихты являются тугоплавкими. В агломерационном процессе, протекающем при высоких скоростях спекания (20-30 мм/мин), они не все получают необходимый температурно-тепловой уровень обработки для протекания твердофазных и жидкофазных превращений и последующего образования требуемого состава и количества связок. При этом наиболее полно физико-химические превращения получают развитие вблизи горящих частиц твердого топлива. Изложенные особенности протекания аглопроцесса позволяют использовать возможность прямого управления процессом формирования минеральной части агломерационного топлива оптимального состава и количества для получения агломерата с необходимыми металлургическими свойствами. Минеральную часть с нужными характеристиками можно формировать, используя особенности распределения химических соединений в золе различных видов твердого топлива или применяя алюминий-железосодержащие отходы (например, красные шламы алюминиевого производства) или соответствующее железорудное сырье (например, аглоруда Стойленского ГОКа) при совместном измельчении с твердым топливом.

Минеральная часть - зола твердого топлива играет существенную роль в агломерационном процессе. С одной стороны, являясь баластом, минеральная часть снижает его ценность как главного источника тепла на спекание, уменьшает содержание железа в агломерате, поскольку содержит значительное количество (до 80%) кремнезема (SiO₂) и глинозема (Al₂O₃) и требует на их ошлакование соответствующее основности агломерата количество флюсов. С другой стороны, минеральная часть находится в непосредственном контакте с углеродом топлива и с воспламенением последнего компоненты золы топлива образуют первые порции расплава, активно участвующего в ассимиляции компонентов близлежащих гранул шихты и формировании связующего материала структуры агломерата. Состав и количество минеральной части наряду с крупностью и пористостью топлива определяют реакционную способность топлива, а следовательно, и окислительный потенциал газообразных продуктов горения топлива. Содержание минеральной части в топливе зависит от его вида (коксовая мелочь, шлам коксохимического цеха, отсевы из доменного цеха, антрацит, тощие угли и др. ) и уровня его подготовки, включая обогащение с целью снижения зольности углей перед коксованием. Достигнутый уровень технологии подготовки топлива обеспечивает минимальное соотношение в топливе массовой доли минеральной части к массовой доле углерода, равное 0,08. Максимальное значение указанного соотношения определяется величиной 0,2, превышение которого вызывает значительное снижение содержания железа при производстве офлюсованного агломерата и увеличение расхода топлива на процесс спекания.

С увеличением основности с 1,4 до 2,0 при низком содержании Al₂O₃ создаются условия для кристаллизации из расплавов ларнита (2 CaO•SiO₂), стехиометрическая основность которого составляет 1,87. В процессе охлаждения агломерата при температуре 675^oC ларнит испытывает полиморфное превращение, сопровождающееся увеличением объема на 11%. Возникающие при этом фазовые напряжения являются причиной разупрочнения агломерата. Попытки увеличения расхода топлива с целью упрочнения агломерата приводят к излишнему развитию восстановительных процессов с образованием Fe₃O₄, FeO и последующим окислением до появления вторичного Fe₂O₃ при охлаждении агломерата, а также к чрезмерному оплавлению структуры агломерата. Такие структуры при восстановлении Fe₂O₃ в доменной печи с переходом в Fe₃O₄, сопровождающимся резким увеличением объема, накапливают внутренние напряжения и не релаксируют их. В описанных условиях возрастает роль глинозема как ферритообразующего оксида. Образующиеся алюмосиликоферритные связки становятся преобладающими с ростом содержания глинозема при спекании высокоосновных агломератов и устойчивыми к разрушению в процессе нагрева и восстановления в доменной печи в широком температурном интервале. Содержание глинозема в минеральной части топлива регламентируется изменением глиноземного модуля (Al₂O₃/ SiO₂) минеральной части топлива в пределах от 0,5 до 0,8 в рассматриваемом диапазоне изменения основности. Нижний предел определяет критический уровень содержания Al₂O₃, обеспечивающий прочностные характеристики агломерата, ниже которого в связках начинают преобладать силикоферриты кальция, склонные к распаду на ларнит и магнетит. Превышение верхнего предела приводит к перерасходу топлива на процесс спекания из-за увеличения доли тугоплавких соединений на основе Al₂O₃, а также к нарушению технологических требований по содержанию Al₂O₃ в доменных шлаках.

Предлагаемый способ осуществляется следующим способом.

Контролируют технический состав и химический состав минеральной части - золы используемых в агломерации видов твердого топлива (коксовая мелочь и шламы коксохимического производства, отсевы коксовой мелочи доменного цеха, антрацит, тощие угли и др.). В зависимости от основности спекаемого агломерата определяют параметры агломерационного твердого топлива по содержанию минеральной части и химическому составу минеральной части. Расчетным путем устанавливают расходы составляющих компонентов топливной смеси для обеспечения установленных параметров. Дальнейшая подготовка топливной смеси, а также ее дозирование с остальными компонентами шихты, последующее смешивание, окомкование и спекание шихты производят по традиционной технологии.

Пример расчета состава топливной смеси при спекании агломерата основностью 1,5 приведен ниже.

Исходными данными служат сведения о техническом составе (содержание золы - А^c и углерода - С^c) на сухую массу и химическом составе золы (содержание глинозема - Al₂O₃, и кремнезема - SiO₃) коксовой мелочи и тощих углей, приведенные ниже (см. табл. 1).

В соответствии с предложенным способом основности агломерата 1,5 должно отвечать значение глиноземного модуля минеральной части топлива, равное
0,5 + [(0,8 - 0,5)/(2,0 - 1,4)]•(1,5 - 1,4) = 0,55.

Рассматриваемые виды топлива самостоятельно не могут обеспечить это значение глиноземного модуля. Долю каждого из приведенных видов топлива в смеси для достижения требуемого значения глиноземного модуля минеральной части топливной смеси можно определить из уравнения
32,4 • (ТУ) / 39,0 + 22,8•[1- (ТУ)]/48,5 = 0,55.

Решая уравнение, находим, что доля ТУ в топливной смеси должна составлять 0,23, а доля КМ - 0,77. Такие расходы обеспечивают отношение массовой доли минеральной части к массовой доле углерода в топливной смеси, равное
7.1 • 0,23 / 84.3+15,0 • 0,77/87,0 = 0,152,
т. е. в указанных по предложенному способу пределах.

Результаты лабораторных спеканий по предложенному (1) и существующему (2) способам, а также и прототипу (3) приведены в таблице 2. Состав шихты, ее смешивание, увлажнение, окомкование, спекание, а также обработку спека проводили применительно к условиям работы аглофабрик ОАО ММК. Анализ представленных результатов показывает, что в диапазоне изменения основности агломерата от 1,4 до 2,0 предложенный способ позволяет улучшить технико-экономические показатели агломерационного процесса по сравнению с известными способами:
- при снижении расхода топлива удается вывести из топливной смеси до 19-96% дефицитной и дорогостоящей коксовой мелочи;
- удельная производительность аглоустановки увеличивается на 0,6-5,8% (отн.);
- прочность агломерата увеличивается на 3-6%. (отн.).

Выход за заявленные пределы в указанном диапазоне изменения основности снижает показатели аглопроцесса. Дополнительный эффект получается за счет увеличения стойкости валков коксовых дробилок (структурная прочность у коксовой мелочи составляет 78-86%, а у тощего угля - 72,1%), а также в доменном цехе за счет улучшения металлургических свойств агломерата (повышение прочности агломерата и содержания в нем железа).

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве агломерата из железных и марганцевых руд, а также при производстве руднотопливных окатышей. Способ включает дозирование компонентов агломерационной шихты, содержащей концентраты обогащения железных руд, аглоруду, флюс, твердое топливо, железосодержащие отходы, смешивание шихты, ее окомкование и спекание. Причем с изменением основности шихты по отношению CaO/SiO₂ с 1,4 до 2,0 в твердом топливе поддерживают отношение массовой доли минеральной части к массовой доле углерода в пределах 0,08-0,2, а в минеральной части твердого топлива изменяют величину глиноземного модуля (Al₂O₃/SiO₂) от 0,5 до 0,8. Изобретение позволит увеличить производительность агломашин, улучшить качество агломерата и снизить удельный расход твердого топлива на процесс агломерации. 2 табл.

Способ производства офлюсованного железорудного агломерата, включающий обеспечивающее заданные параметры аглопроцесса дозирование компонентов агломерационной шихты, содержащей концентраты обогащения железных руд, аглоруду, флюс, твердое топливо, железосодержащие отходы, смешивание шихты, ее окомкование и спекание, отличающийся тем, что с изменением основности шихты по отношению CaO/SiO₂ с 1,4 до 2,0 в твердом топливе поддерживают отношение массовой доли минеральной части к массовой доле углерода в пределах 0,08 - 0,2, а в минеральной части твердого топлива изменяют величину глиноземного модуля (Al₂O₃/SiO₂) от 0,5 до 0,8.