ШИХТА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА АГЛОМЕРАТА Российский патент 2009 года по МПК C22B1/14 

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству агломерата, и может быть использовано при подготовке железорудного сырья к металлургическому переделу.

Повышение объема производства агломерата с высоким содержанием железа без больших капитальных вложений является проблемой многих металлургических заводов.

Известна шихта для производства железофлюса и способ его получения [1], содержащая шлак сталеплавильного производства и железосодержащие добавки, кроме того, с целью утилизации отходов металлургического производства и повышения прочности гранул в качестве железосодержащих добавок содержит окалину и отсев агломерата и окатышей при следующем соотношении компонентов, вес.%:

- сталеплавильный шлак- 30-50- окалина- 10-20- отсев агломерата и окатышей фракции 0,1-3,5- остальное.

Известна шихта для окускования железосодержащих материалов, содержащая пыль и окалину, а также дополнительно содержит сталеплавильный шлам и известь, при следующем соотношении ингредиентов, вес.% [2]:

- сталеплавильный шлам- 10-30- доменный шлам- 20-40- пыль- 20-40- окалина- 5-15- сталеплавильный шлак- 5-15- известь- 5-20.

Недостатком данных шихт является невысокие прочностные характеристики агломератов, а также нестабильное содержание железа. Отгружаемый с аглофабрики агломерат в дальнейшем при доставке к доменной печи подвергается преимущественно истирающим нагрузкам при взаимодействии кусков в процессе транспортировки и опускания в бункерах доменного цеха. При этом образуются преимущественно пылеватые фракции, обламываются и переходят в мелочь консольные участки кускового продукта.

Известна шихта для приготовления материала для металлургического производства, содержащая компоненты при их соотношении, в мас.%: в качестве углеродсодержащего материала - порошкообразный карбид железа 75-85, железосодержащий материал 12-18, в качестве связующего - свежеприготовленную гидроокись кальция и/или магния 3-7. Шихта содержит в качестве железосодержащего материала железорудный концентрат, колошниковую пыль, шлак феррованадиевого производства [3].

Недостатком данной шихты является то, что при внесении брикетов из предложенной шихты в сталеплавильный агрегат вносятся нежелательные примеси, например фосфор, сера и др.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является шихта для производства агломерата, включающая железорудный концентрат, железосодержащий материал, известняк, твердое топливо, и дополнительно содержит ванадийсодержащий металлопродукт переработки шлаковых отвалов. Соотношение ингредиентов в шихте следующее, мас.%: железосодержащий материал 15-40, известняк 3-8, твердое топливо 4-7, ванадийсодержащий металлопродукт переработки шлаковых отвалов 4-12, железорудный концентрат - остальное. Крупность ванадийсодержащего металлопродукта до 10 мм. В качестве железосодержащего материала используют металлургические пыли, шламы доменные, возвраты агломерационный и доменный [4].

Положительным результатом данного технического решения является возможность использования металлургических отходов, в частности продуктов переработки шлаковых отвалов, в шихте агломерата, что улучшает экологическую ситуацию металлургических предприятий.

Недостатком прототипа является невысокое содержание железа в металлопродукте (около 50%), что приводит к дополнительному вводу в шихту дорогостоящих высокожелезистых материалов-концентратов, а также к повышенному расходу топлива.

Техническим результатом изобретения является снижение содержания в шихте агломерата доли дорогостоящих железорудных концентратов, снижение расхода твердого топлива, а также повышение прочностных характеристик агломерата.

Технический результат достигается за счет того, что в состав шихты агломерата дополнительно вводят шлакометаллооксидный концентрат, при следующем соотношении ингредиентов шихты, мас.%:

- железосодержащий материал- 12-30- шлакометаллооксидный концентрат- 7-18- известняк- 4-9- коксовая мелочь- 3-5- железорудный концентрат- остальное,

при этом шлакометаллооксидный концентрат содержит, мас.%:

шлакометаллическая смесь от переработки сталеплавильных шлаков 3-20, железорудный полупродукт - остальное, кроме того, крупность шлакометаллооксидного концентрата составляет 0-1 мм,

в качестве железорудного полупродукта используют обогащенную железную руду, а в качестве железосодержащего материала используют колошниковую пыль, шламы доменные и сталеплавильные, окалину, отсевы агломерата и окатышей.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Переработка отходов на заводской площадке не всегда позволяет утилизировать все железосодержащие компоненты, вследствие невозможности прямого вовлечения в плавку из-за невысокого содержания железа в сырье.

Данные обстоятельства требуют привлечения этих отходов в качестве добавок в процесс агломерации. Наиболее эффективной добавкой в процесс агломерации является шлакометаллооксидный концентрат, имеющий следующий хим. состав, %: Fe 58,5-64,0, FeO 34,6, Fe₂O₃ 43,5, CaO 10,0, SiO₂ 8,0, AlO₃ 2,0, S 0,09, С 1,3, MgO 5,3, V₂O₅ 0,6, MnO 2,02, P₂O₅ 0,21, а также небольшое содержание TiO₂, Cu, Zn, Na₂O.

Шлакометаллооксидный концентрат получается при совместном помоле до фракции 0-1 мм и последующем мокром магнитном обогащении следующих компонентов: шлакометаллической смеси от переработки сталеплавильных шлаков и железорудного полупродукта. Содержание железа в концентрате не менее 58%.

Железорудный полупродукт - это обогащенная железная руда с содержанием железа 35-45%.

Введение полезных для агломерата компонентов на стадии формирования концентрата обуславливает более равномерное их распределение в аглошихте, а следовательно лучшую спекаемость, прочность, стабильность качества агломерата. Добавка шлакометаллической смеси для получения концентрата выполняет эту задачу, при этом дополнительно вводятся в агломерат CaO, MgO, MnO, V₂O₅ и др.

В используемом для агломерационной шихты шлакометаллооксидном продукте содержатся соединения типа ферритов (MgO, FeO, SiO₂), (MgO, FeO, V₂O₅).

В условиях аглопроцесса, когда нагрев и высокотемпературная обработка материалов длятся очень короткое время, наличие готовых соединений, которые не требуют времени на твердофазные процессы, способствует их быстрому плавлению и формированию шлаковых связок, равномерно распределенных по структуре агломерата. Такие агломераты прочны как в исходном состоянии, так и при восстановлении. Улучшению физико-механических свойств агломератов способствует равномерное распределение заранее сформированных на стадии обжиг-магнитного обогащения ферритных и других связок.

Химический состав шихтовых материалов показан в таблице №1.

Улучшение процесса формирования связки способствует уменьшению расхода топлива на производство агломерата, повышению его качества в целом.

Пределы содержания в шихте твердого топлива обусловлены прочностью и восстановимостью агломерата.

Снижение содержания топлива (коксовая мелочь) в шихте ниже 3,0 мас.% не обеспечивает осуществление процесса спекания, что приводит к снижению прочностных характеристик агломерата.

Увеличение содержания коксовой мелочи в аглошихте выше 5,0 мас.% приводит к снижению холодной прочности агломерата из-за увеличения содержания закиси железа.

Пределы содержания известняка в шихте обусловлены основностью агломерата, равной 1,1-1,3. При меньшем, чем 4%-ном содержании известняка основность агломерата будет менее 1,1%, при этом в доменном процессе необходим дополнительный ввод известняка, что приводит в увеличению расхода кокса и снижению производительности печей. При большем, чем 9%-ном содержании известняка основность агломерата CaO/SiO₂ превышает 1,3. Увеличение содержания известняка выше 9,0 мас.% приводит к снижению прочностных свойств агломерата.

Введение шлакометаллической смеси (ШМС) при производстве концентрата менее 3% не дает ощутимых результатов по спеканию аглошихты и необходимого повышения полезных для агломерата компонентов (CaO, MgO, MnO, V₂O₅).

Более высокая доля ШМС - более 20% увеличивает выход "хвостов", также увеличиваются энергозатраты при помоле компонентов концентрата.

Указанные пределы значений компонентов шихты отвечают необходимости сосредоточить составы связок в областях кристаллизации ферритных твердых растворов, соответствующих равновесным системам типа CaO - FeO - MgO - V₂O₅ - SiO₂. Экспериментально установлено и оптимальное содержание в шихте шлакометаллооксидного концентрата, а именно наилучшие результаты по прочности агломерата и его восстановимости были получены при содержании шлакометаллооксидного концентрата, равным 7-18%, и крупностью 1-0 мм и содержащего: шлакометаллическую смесь от переработки сталеплавильных шламов в количестве 3-20% и железорудный полупродукт в виде обогащенной железной руды.

Результаты опытных спеканий агломерата с добавлением шлакометаллооксидного концентрата показаны в таблице №3.

Способ спекания агломерата осуществляют следующим образом.

При подготовке материалов к спеканию формируют штабеля представляющие из себя смеси различных по содержанию железа концентратов и железосодержащих материалов.

Смеси из каждого штабеля подают в шихтовые бункера.

Флюсы (известняк и известь) и коксовую мелочь подают непосредственно в предназначенные для них бункера шихтового отделения с целью точного регулирования основности агломерата по отношению CaO/SiO₂.

Смешанную в барабане шихту с возвратом, образованным после грохочения спека, окомковывают и укладывают на конвейерную агломашину с высотой слоя 200-400 мм, соответствующим типу тягодутьевых устройств. Твердое топливо шихты в виде коксовой мелочи зажигают при прохождении конвейера под горном с газовыми горелками. Температура зажигания 1100-1150°С. После зажигания шихта спекается путем прососа воздуха через слой под воздействием вентилятора (эксгаустера), развивающего максимальное разрежение 600-1100 мм вод. ст. Скорость движения аглоленты регулируют по максимальной температуре в конце зоны спекания 120-150°С и контролируют по отсутствию заметных количеств остаточного углерода в агломерате.

Спек после схода с конвейера подвергают дроблению и грохочению с выделением некондиционного возврата крупностью 5-0 мм. Основную фракцию более 5 мм отправляют потребителю в доменный цех.

Пример 1.

Железорудный концентрат, металлосодержащий материал, известняк и твердое топливо (коксовая мелочь) смешивали, увлажняли, окомковывали и спекали на агломашине. Высота слоя шихты составляла 335 мм. Количество известняка и коксовой мелочи в шихте составляло соответственно 4,0-9,0 и 3,0-5,0%. Для улучшения прочностных характеристик агломерата в шихту добавляли шлакометаллооксидный концентрат переработки металлургических отходов в количестве 7-18%, крупностью 0-1 мм. Влажность шлакометаллооксидного концентрата составляла 3-5%. Зажигание шихты производили продуктами горения пропан-бутановой смеси в воздухе с температурой 1150°С. После охлаждения агломерат подвергали испытаниям в барабане для определения механической прочности.

После обработки в барабане материал рассеивали на ситах для определения количества фракций +5,0 и -0,5 мм. Прочность готового агломерата определяли в стандартном барабане по ГОСТ 15137-77 с оценкой выхода кл. более 5 мм и истираемости - кл. менее 0,5 мм.

Прочность агломерата после восстановления и степень восстановления при 800°С определяли в установке типа Линдера по ГОСТ 19576-76. Вязкость доменных шлаков при плавлении агломератов рассчитывали по специальной программе для ПЭВМ, составленной на экспериментальных диаграммах вязкости в системе CaO- SiO₂- Al₂O₃- MgO.

Результаты испытаний приведены в таблице №2 и №3.

Анализ приведенных результатов испытаний агломерата показывает, что использование шлакометаллооксидного концентрата повышает производительность по выходу годного с 0,7 до 0,75-0,78 кг/м², время спекания агломерата снижается с 17,25 мин до 15,5-15,8 мин (см. табл. №3), прочность в барабане (сопротивление удару) с 63,6 до 68,9%, содержание серы не превышает 0,070%, расход коксовой мелочи уменьшается с 7,7 до 3-5%.

Опытное опробование агломерата проводилось на доменной печи №5 Нижнетагильского металлургического комбината. Агломерат способствовал улучшению процесса шлакообразования в печи и снижал вязкость конечного доменного шлака, за счет чего достигалось улучшение разделения продуктов плавки на выпуске из печи и значительно уменьшались потери чугуна со шлаком. Снижение вязкости доменного шлака происходило в связи с меньшим образованием в печи карбонитридов титана и гренали, что обусловлено благоприятным химическим составом шлакометаллооксидного концентрата, его низкой температурой плавления (1250-1300°С) и хорошей жидкоподвижностью в расплавленном состоянии. Вязкость шлака снизилась с 0,30 до 0,22 Па·с, что обеспечило снижение концентрации металла в шлаке на выпуске из печи на 11-23%.

Таким образом, проведенные испытания заявляемой шихты показали, что добавка шлакометаллооксидного концентрата переработки металлургических отходов и обогащенной железной руды в интервале 7-18% и крупностью 0-1 мм в состав аглошихты ВГОКа позволяет поднять производительность машин при получении прочного агломерата с низкой вязкостью, образующегося при его плавлении шлака. Повышение прочности агломерата, полученного по заявляемому техническому решению, с одновременным снижением вязкости шлака обеспечит улучшение технико-экономических показателей доменных плавок.

Таким образом, предложенное техническое решение соответствует критерию "новизна". Анализ патентов и научно-технической информации не выявил использования новых существенных признаков, используемых в предлагаемом изобретении, по функциональному назначению.

Следовательно, предлагаемое изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемый вариант шихты для агломерата был опробован на ОАО "Высокогорский горно-обогатительный комбинат".

Источники информации

1. А.с. 713919, С22В 1/24, опубл. в БИ №5, 1980.

2. А.с. 630301, С22В 1/14, опубл. в БИ №40, 1978.

3. Патент РФ №2103377, С21С 5/28, С21С 5/52, опубл. 27.01.1998.

4. Патент РФ №2281976, С22В 1/16, опубл. 20.08.2006.

Таблица №1
Химический состав основных компонентов аглошихты при проверке заявляемого технического решенияЭлементыМассовая доля элементов в компонентах аглошихты, %Железосодержащий материалШлакометаллооксидный концентратЖелезорудный концентратИзвестнякКоксовая мелочьFe общ.48,558,5-64,061,5--FeO10,534,623,6--Fe₂O₃58,043,562,0--CaO5,910,01,854,35,4SiO₂6,18,05,21,242,8MgO6,85,31,60,52,4MnO1,12,020,6--S общ.0,20,090,30,040,2ППП8,74,51,441,0-Σ оксидов97,396,0295,1 -

Таблица №2ПримерыСОСТАВ ШИХТЫ, %Показатели прочности агломератаСодержание серы, %Железорудный концентратИзвестнякКоксовая мелочьЖелезосодержащий материалШлакометаллооксидный концентратСопротивление удару, выход фракции +5 мм, %Сопротивление истиранию, выход фракции - 5 мм, %Известный53,59,27,728,6-63,68,50,0721.47,78,65,731,56,565,57,70,0772.52,87,84,423,012,065,28,60,0783.46,27,04,325,017,567,78,80,0694.50,36,55,022,216,068,98,50,0705.47,15,04,826,316,867,88,60,0686.44,96,94,729,014,566,28,90,0717.54,48,45,214,018,063,58,20,0778.46,39,16,031,07,062,88,10,079

Таблица №3
Результаты опытных спеканий агломерата с добавлением шлакометаллического концентратаПоказателиБазовые показателиИспользование шлакометаллического концентрата, в %711181. Слой шихты, мм3353353353352. Влага шихты, %6,86,56,26,73. Температура шихты, °С747575744. Время спекания, мин17,2516,415,515,85. Скорость спекания, мм/мин19,420,521,624,76. Производительность по годному, кг/м²0,70,730,780,757. Химический состав агломерата,    м.д. Fe58,559,958,657,5м.д. FeO30,531,431,331,08. Уд. производительность, кг/м²0,800,821,081,049. Степень окомкования, %33,635,839,236,6

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству агломерата, и может быть использовано при подготовке железорудного сырья к металлургическому переделу. Шихта содержит железорудный концентрат, железосодержащий материал, известняк, коксовую мелочь и шлакометаллооксидный концентрат. Соотношение ингредиентов в шихте следующее, мас.%: железосодержащий материал 12-30, известняк 4-9, коксовая мелочь 3-5, шлакометаллооксидный концентрат 7-18, железорудный концентрат - остальное. Крупность шлакометаллооксидного концентрата составляет до 1 мм и он содержит шлакометаллическую смесь от переработки сталеплавильных шлаков - 3-20%, и железорудный полупродукт - остальное. В качестве железорудного полупродукта используют обогащенную железную руду. В качестве железосодержащего материала используют колошниковую пыль, шламы доменные и сталеплавильные, окалину, отсевы агломерата и окатышей. Изобретение позволяет снизить содержание в шихте агломерата доли дорогостоящих железорудных концентратов, снизить расход твердого топлива с сохранением прочностных характеристик агломерата. 2 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Шихта для производства агломерата, включающая железорудный концентрат, железосодержащий материал, твердое топливо в виде коксовой мелочи и известняк, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит шлакометаллооксидный концентрат при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

железосодержащий материал12-30шлакометаллооксидный концентрат7-18коксовая мелочь3-5известняк4-9железорудный концентратостальное

при этом шлакометаллооксидный концентрат состоит из 3-20 мас.% шлакометаллической смеси от переработки сталеплавильных шлаков и железорудного полупродукта остальное, а крупность шлакометаллооксидного концентрата составляет до 1 мм.