ШИХТА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА АГЛОМЕРАТА Российский патент 2007 года по МПК C22B1/243 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве агломерата в черной и цветной металлургии, применяемого, в частности, в доменном производстве.

Известна шихта для производства агломерата, состоящая из смеси компонентов железорудного материала, топлива, флюса, включающая в качестве термитной добавки высокоуглеродистое частично восстановленное железорудное сырье со степенью металлизации 25-80%, при следующем соотношении компонентов, мас.%: флюс 15÷25; твердое топливо 4÷6; высокоуглеродистое частично восстановленное железорудное сырье со степенью металлизации 25-80% - 3÷7, железорудный материал - остальное (А.с. СССР №1664857, кл. С22В 1/16).

Из-за относительно высокой крупности частиц компонентов известная аглошихта включает незаполненные свободные полости, вследствие чего при окомковании слабые дисперсионные силы сцепления между частицами компонентов не обеспечивают известной шихте высокие комкующие свойства. По этим причинам получаются относительно низкими качество агломерата по истираемости, восстановимости и содержанию мелочи 5-0 мм и удельная производительность агломерационной установки. Восстановленное железо как компонент известной аглошихты поглощает серу в процессе агломерации, вследствие чего продукт получается с повышенным содержанием этой вредной примеси. Затрудняет удаление серы также повышенный до 25% расход флюсового компонента в известной аглошихте.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является шихта для производства агломерата, состоящая из смеси компонентов железорудного материала, топлива, флюса, включающая в качестве связующего органическое вещество катамин, при следующем соотношении компонентов, мас.%: флюс 5÷10; топливо 5÷10; катамин 0,01÷0,03, железорудный материал - остальное (Патент России №2255125, кл. С22В 1/244, опубл. 27.06.05).

Недостатком известной аглошихты также является относительно высокая крупность частиц ее компонентов, вследствие чего при окомковании незаполненные свободные полости между частицами уменьшают действие молекулярных сил сцепления в увлажненной аглошихте. По этим причинам не удается обеспечить достижение высокого уровня удельной производительности агломерационной установки, качества агломерата по истираемости, восстановимости, содержанию серы и мелочи 5-0 мм.

Технической задачей изобретения является увеличение сил сцепления дисперсных частиц компонентов аглошихты, улучшение комкующих свойств аглошихты, повышение качества агломерата по истираемости, прочности, восстановимости и содержанию серы, содержанию мелочи 5-0 мм, увеличение удельной производительности агломерационной установки.

Поставленная задача решается тем, что известная шихта для производства агломерата, состоящая из смеси компонентов железорудного материала, топлива, флюса и связующего, согласно изобретению включает в качестве связующего дисперсный ожелезненный доломит при следующем соотношении компонентов, мас.%: флюс - 5÷20; топливо - 3÷10; дисперсный ожелезненный доломит - 0,5÷5; железорудный материал - остальное.

В заявленной аглошихте связующий компонент из дисперсного ожелезненного доломита содержит 5-80% коллоидных частиц размером от 400 до 1 нм. Его химический состав следующий:

Fe₂О₃SiO₂Al₂O₃CaOMgOПМПП1-21,5-2,50,3-0,438-4520-2524-30

Дисперсные системы характеризуются большой удельной поверхностью дисперсной фазы и активным физико-химическим взаимодействием дисперсной фазы и дисперсионной среды на границе раздела фаз. Удельная поверхность частиц сферической формы равна 6/d, кубической - 6/l, где d - диаметр, а l - длина ребра. Суммарная поверхность частиц размером 10 нм, полученных из 1 см³ вещества, составляет около 600 м². С повышением дисперсности вещества все большее значение имеют его свойства, определяемые поверхностными явлениями. В пограничном слое молекулы частиц дисперсного ожелезненного доломита находятся во взаимодействии с молекулами разной химической природы. На границе раздела фаз самопроизвольно происходят процессы в направлении уменьшения свободной поверхностной энергии, равной произведению ее удельного значения (σ) на площадь поверхности (S). Произведение σS стремится к минимальному значению, возможному для данной системы. Уменьшение σ на границе раздела фаз является причиной адсорбционных процессов. Уменьшение суммарной поверхности (S) приводит к уменьшению дисперсности, т.е. к агрегатированию частиц. Частицы дисперсной фазы превращаются в гель. Между частицами действуют дисперсионные силы притяжения, обеспечивающие создание плотной структуры.

Адсорбция влаги на поверхности компонентов агломерационной шихты приводит к появлению молекулярных сил сцепления (F) между частицами. Величина F описывается уравнением В.И.Коротича:

F=K·S·p·(1-ε)/ε,

где К - коэффициент, учитывающий форму частиц, характер их укладки, гидрофильность материала, химическое взаимодействие влаги с частицами;

S - удельная поверхность дисперсного материала;

р - плотность материала;

ε - пористость связанных в агрегаты частиц.

В заявленном соотношении компонентов аглошихты использование дисперсного ожелезненного доломита увеличивает силы сцепления (F) между частицами агломерационной шихты за счет роста удельной поверхности дисперсного материала (S), снижения пористости связанных в агрегаты частиц (ε), химического взаимодействия влаги с СаО и MgO доломита (увеличения К). Уменьшение ε происходит за счет заполнения дисперсными частицами пустот между относительно крупными другими составляющими агломерационной шихты.

При содержании флюса в агломерационной шихте менее 5% уменьшение его пористости и связывание FeO в фаялит (2FeOSiO₂) ухудшает качество агломерата по восстановимости.

При содержании флюса в агломерационной шихте более 20% ухудшается качество агломерата по содержанию серы вследствие поглощения ее оксидом кальция с образованием сульфида CaS.

При содержании топлива в агломерационной шихте менее 3% агломерат получается непропеченным и поэтому имеет повышенные значения истираемости, содержания серы и мелочи 5-0 мм. Удельная производительность становится ниже вследствие уменьшения выхода годного агломерата.

При содержании топлива в агломерационной шихте более 10% агломерат имеет низкую восстановимость вследствие снижения пористости агломерата и образования трудновосстановимых минералов. Повышенные температуры ухудшают удаление серы из агломерата вследствие экзотермичности реакций десульфурации. Агломерат получается с повышенным содержанием серы. Удельная производительность уменьшается вследствие снижения вертикальной скорости спекания из-за избыточного образования жидкой фазы.

Заявленное содержание дисперсного ожелезненного доломита в агломерационной шихте устанавливают в пределах 0,5-5% по массе. В этих пределах наиболее полно проявляется увеличение сил сцепления между частицами с окомкованием шихты. При содержании дисперсного ожелезненного доломита менее 0,5% его недостаточно для достижения оптимальной комкуемости шихты. Использование недостаточно окомкованной шихты снижает удельную производительность и качество агломерата по прочности, истираемости, содержанию серы и мелочи 5-0 мм вследствие снижения газопроницаемости агломерационной шихты, что затрудняет поступление воздуха к топливу.

При содержании дисперсного ожелезненного доломита в шихте более 5% происходит переполнение им пустот между относительно крупными другими составляющими агломерационной шихты. От этого уменьшаются величины К и ε в формуле В.И.Коротича. Молекулярные силы сцепления (F) между частицами снижаются, что ведет вновь к ухудшению окомкования агломерационной шихты со снижением удельной производительности, качества агломерата по истираемости, восстановимости, содержанию серы и мелочи 5-0 мм.

Для обоснования преимуществ заявляемой шихты для производства агломерата были проведены опытные испытания на агломерационной чаше ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» диаметром 430 мм, оборудованной эксгаустером со следующими характеристиками:

скорость вращения ротора, об/мин..............2900

разряжение на всасе, кПа......................16

производительность, м³/мин....................100

В условиях прототипа использовали катамин по ТУ 6-01-816-75 в количестве 0,02 мас.% при следующем соотношении с компонентами, мас%: флюс - 7,5; топливо - 5,5; железорудный материал - остальное.

В условиях заявляемого изобретения состав аглошихты был следующим, мас.%: флюс - 7,5; топливо - 5,5; дисперсный ожелезненный доломит - 2,75; железорудный материал - остальное. В качестве дисперсного ожелезненного доломита использовали пыль с электрофильтров, получающуюся при производстве ожелезненного доломита для сталеплавильного производства в цементно-огнеупорном производстве ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат». Ее химический состав представлен в таблице 1.

Таблица 1
Химический состав пыли с электрофильтровМассовая доля, %Fe₂O₃SiO₂Al₃O₂CaOMgOПМПП1,52,10,3541,3523,3228,90

Заявленный дисперсный ожелезненный доломит содержал 37% коллоидных частиц размером от 400 до 1 нм.

Результаты спекания агломерата, получающиеся при различном количественном содержании дисперсного ожелезненного доломита в составе заявляемой агломерационной шихты, представлены в таблице 2.

Испытания показали, что заявленное (составы 3-5 табл.2) содержание дисперсного ожелезненного доломита в составе аглошихты обеспечивает получение агломерата повышенного качества по истираемости, прочности, восстановимости и содержанию серы, содержанию мелочи 5-0 мм: истираемость агломерата в 1,03-1,13 раза, выход мелочи класса 5-0 мм из спека в 1,03-1,12 раза, содержание серы в агломерате в 1,08-1,12 раза ниже; восстановимость в 1,01-1,04 раза выше. Заявленное (составы 3-5 табл.2) содержание дисперсного ожелезненного доломита в составе аглошихты увеличивает удельную производительность агломерационной установки в 1,07-1,11 раза. Выход за заявляемые пределы (составы 1, 2, 6 табл.2) содержания дисперсного ожелезненного доломита в составе аглошихты ведет к снижению качества агломерата по истираемости, прочности, восстановимости и содержанию серы, содержанию мелочи 5-0 мм и удельной производительности агломерационной установки.

Таблица 2
Результаты спекания агломерата при различном содержании дисперсного ожелезненного доломита в заявляемой аглошихтеСоотношение компонентов в заявляемой аглошихте, мас.%Показатели качества производства агломерата, %дисперсный ожелезненный доломит (номер состава)топливофлюсжелезорудный материалудельная производительность, т/(м²ч)истираемость агломерата по ГОСТ 15037-77 (-0,5 мм), %восстановимость, %выход мелочи класса 5-0 мм из спека, %содержание серы в агломерате, %0 (1)5,57,587,01,685,946,412,20,0410,4 (2)5,57,586,61,765,646,511,80,0400,5 (3)5,57,586,51,825,346,611,40,0382,75 (4)5,57,584,251,865,348,210,90,0385 (5)5,57,582,01,865,848,211,80,0375,1 (6)5,57,581,91,745,9547,912,00,040

Результаты производства агломерата из известной шихты и заявляемой с использованием дисперсного ожелезненного доломита с электрофильтров представлены в таблице 3.

Таблица 3
Результаты спеканий известной и заявляемой шихты№ п/пНаименование показателейОпытыизвестная шихтазаявляемая шихта1Высота слоя шихты, мм2602602Вертикальная скорость спекания, мм/мин22,623,13Удельная производительность, т/(м²ч)1,681,865Прочность агломерата по ГОСТ 15037-77 (+5 мм), %55,865,36Истираемость агломерата по ГОСТ 15037-77 (-0,5 мм), %5,95,37Выход мелочи класса 5-0 мм из спека, %12,210,98Восстановимость, %46,448,29Содержание серы в агломерате, %0,0410,038

Результаты испытаний показали, что заявляемая шихта обеспечивает получение агломерата повышенного качества по сравнению с известным прототипом по истираемости, прочности, восстановимости и содержанию серы, содержанию мелочи 5-0 мм: вертикальная скорость спекания в 1,02 раза, прочность агломерата в 1,17 раза, восстановимость в 1,04 раза выше; истираемость агломерата и выход мелочи класса 5-0 мм из спека в 1,11 раза, содержание серы в агломерате в 1,08 раза ниже. Заявляемая шихта для производства агломерата по сравнению с известным прототипом увеличивает удельную производительность агломерационной установки в 1,11 раза.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве агломерата в черной и цветной металлургии, в частности в доменном производстве. Шихта состоит из смеси компонентов железорудного материала, топлива, флюса и связующего, в качестве которого используют дисперсный ожелезненный доломит при следующем соотношении компонентов, мас.%: флюс - 5÷20; топливо - 3÷10; дисперсный ожелезненный доломит - 0,5÷5; железорудный материал - остальное. Дисперсный ожелезненный доломит аглошихты содержит 5-80% коллоидных частиц размером от 400 до 1 нм. Большая удельная поверхность дисперсной фазы, активное физико-химическое взаимодействие ее с дисперсионной средой увеличивают силы сцепления частиц шихты, улучшают комкующие свойства аглошихты, повышают качество агломерата по истираемости, прочности, восстановимости, содержанию серы и мелочи 5-0 мм, увеличивают удельную производительность агломерационной установки. 3 табл.

Шихта для производства агломерата, состоящая из смеси компонентов железорудного материала, топлива, флюса и связующего, отличающаяся тем, что включает в качестве связующего дисперсный ожелезненный доломит при следующем соотношении компонентов, мас.%:

флюс5÷20топливо3÷10дисперсный ожелезненный доломит0,5÷5железорудный материалостальное