СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКАТЫШЕЙ Российский патент 2021 года по МПК C22B1/24 

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно, к производству железорудных окатышей.

Известен способ получения окатышей, включающий подачу влажной шихты в окомкователь, зародышеобразование, доокомкование зародышей с получением сырых окатышей, сушку и обжиг окатышей (см. Ручкин И.Е. Производство железорудных окатышей, М.: Металлургия, 1976, с. 82-92). Недостатком способа является низкая прочность и невысокий выход кондиционных окатышей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения окатышей, включающий формирование гарнисажа на днище окомкователя, подачу шихты в окомкователь двумя потоками, введение первого потока шихты в поток газа с формированием газовлагошихтовой струи, подачу в газовлагошихтовую струю порообразующих добавок, в качестве которых используют измельченные частицы растительного происхождения или отходы сельскохозяйственного производства, формирование на поверхности частиц растительного происхождения или отходов сельскохозяйственного производства макродефектов путем их предварительного смешивания с железосодержащей окалиной сталепроволочного производства в течение 5-20 минут с образованием смеси, которую подают в газовлагошихтовую струю, при этом содержание окалины в смеси составляет 20-200% от массы порообразующих добавок, формирование на днище окомкователя зоны, занятой шихтой, и зоны, свободной от шихты, напыление шихты на гарнисаж в зоне, свободной от шихты, с получением плотного слоя влажной шихты, деление упомянутого слоя влажной шихты на зародыши, доокомкование зародышей до окатышей шихтой второго потока, сушку и обжиг, (см. Патент №2698000 Россия, МПК 8 С22В 1/24, заявл. 03.06.19, опубл. 21.08.19, Б.И. №24, 2019).

Техническая проблема заключается в том, что процесс формирования макродефектов на поверхности частиц растительного происхождения или отходов сельскохозяйственного производства путем их предварительного смешивания с холодной железосодержащей окалиной сталепроволочного производства механическим способом является недостаточно эффективным. Образующиеся макродефекты имеют небольшие размеры и глубину, отсутствует сквозное проникновение окалины через стенки порообразующих добавок. В результате этого между частицами шихты, окалиной и порообразующими добавками не образуется прочное сцепление, они отслаиваются и формируют трещины, которые снижают прочность окатышей и выход годного. Для того, чтобы устранить отслоение частиц и трещинообразование зародышей, создать армированную структуру, повысить прочность окатышей и выход годного, необходимо усилить сцепление частиц шихты и окалины с поверхностью растительных частиц. Этого можно достичь формированием на поверхности растительных частиц более глубоких разрезов, царапин, углублений, проколов, отверстий, зазубрин, отслаивающихся волокон термическим методом нанесения макродефектов путем их выжигания нагретыми до высокой температуры частицами железосодержащей окалины сталепроволочного производства.

Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, - повышение прочности окатышей и производительности способа получения окатышей, расширение технологических возможностей устройства, реализующего способ получения окатышей, путем повышения теплосодержания окатышей и снижения длительности процесса сушки.

Техническая проблема решается тем, что в известном способе получения окатышей, включающем формирование гарнисажа на днище окомкователя, подачу шихты в окомкователь двумя потоками, введение первого потока шихты в поток газа с формированием газовлагошихтовой струи, подачу в газовлагошихтовую струю порообразующих добавок, в качестве которых используют измельченные частицы растительного происхождения или отходы сельскохозяйственного производства, формирование на поверхности частиц растительного происхождения или отходов сельскохозяйственного производства макродефектов путем их предварительного смешивания с железосодержащей окалиной сталепроволочного производства в течение 5-20 минут с образованием смеси, которую подают в газовлагошихтовую струю, при этом содержание окалины в смеси составляет 20-200% от массы порообразующих добавок, формирование на днище окомкователя зоны, занятой шихтой, и зоны, свободной от шихты, напыление шихты на гарнисаж в зоне, свободной от шихты, с получением плотного слоя влажной шихты, деление упомянутого слоя влажной шихты на зародыши, доокомкование зародышей до окатышей шихтой второго потока, сушку и обжиг, перед смешиванием частиц растительного происхождения или отходов сельскохозяйственного производства с железосодержащей окалиной сталепроволочного производства последнюю нагревают до температуры 180-360°С в барабане подогревателе, при этом барабан подогреватель, тракты смешивания окалины и частиц растительного производства и подачи порообразующих добавок в газовлагошихтовую струю теплоизолируют.

Техническая сущность изобретения заключается в следующем. Сырые окатыши формируются по двухстадийной технологии. На первой стадии производства формируются зародыши, которые получают напылением влажной шихты и порообразующих добавок. На второй стадии технологии на поверхности зародышей формируется шихтовая оболочка способом переката. Чтобы повысить прочность окатышей, выход годного, устранить отслоение и трещинообразование за счет усиления сцепления частиц шихты, прокатной окалины и порообразующих добавок, предложено на поверхности частиц растительного происхождения или отходов сельскохозяйственного производства сформировать глубокие и сквозные макродефекты путем прожигания стенок растительных частиц окалиной, нагретой до температуры 180-360°С. Для чего перед смешиванием частиц растительного происхождения или отходов сельскохозяйственного производства с железосодержащей окалиной сталепроволочного производства последние нагревают до температуры 180-360°С в специальном барабане подогревателе. После подогрева окалины осуществляется ее смешивание с порообразующими добавками в барабане смесителе. В результате термического и механического контакта между нагретой окалиной и растительными частицами окалина прожигает стенки растительных частиц и глубоко внедряется в порообразующие добавки, надежно фиксируется и создает прочную армированную структуру между компонентами шихты. При этом при этом барабан подогреватель, тракты смешивания окалины и частиц растительного производства и подачи порообразующих добавок в газовлагошихтовую струю теплоизолируют для снижения тепловых потерь в окружающую среду и обеспечения техники безопасности на тракте нагрева, смешивания и подачи компонентов шихты. Дальнейшее упрочнение армированной структуры между компонентами шихты происходит после ее напыления на шихтовый гарнисаж окомкователя.

Окалина сталепроволочного производства представлена продолговатыми пластинчатыми или игольчатыми частицами толщиной 0,1-0,5 мм, длиной до 2-3 мм и шириной до 1-2 мм. Частицы имеют форму иглы или лезвия с острыми гранями, которые легко нагреваются контактной теплопроводностью до температуры 180-360°С в специальном барабане подогревателе с помощью трубчатых электронагревателей. В процессе смешивания растительных частиц и нагретой окалины последние легко прожигают на поверхности порообразующих добавок глубокие и в большинстве случаев проницаемые макродефекты: царапины, углубления, вмятины, проколы, отверстия, зазубрины. В процессе нагрева поверхности порообразующих добавок происходит термическая деформация растительных частиц и формируются отслаивающиеся волокна. При нагреве контактной зоны прожигания растительных частиц происходит термическая полимеризация растительных волокон, образуются органические смолы, которые обладают высокими связующими свойствами. В результате этого армированная структура между растительными частицами, окалиной и шихтой дополнительно упрочняется смолистым расплавом. Упрочнение окатышей достигается также физическим сродством между железорудной шихтой и железосодержащей окалиной сталепроволочного производства. В результате уменьшается отслоение и трещинообразование, повышается прочность окатышей и выход годного, формируется структура с повышенной газопроницаемостью, благоприятной для сушки окатышей. Поскольку окалина имеет температуру 180-360°С и ее количество составляет 20-200% от массы порообразующих добавок, то теплосодержание зародышей, содержащих нагретую окалину, увеличивается на 3-15%. В результате увеличения теплосодержания средняя температура зародышей повышается с 18-20°С до 30-60°С. После формирования структуры зародышей с повышенной газопроницаемостью, благоприятной для сушки окатышей, и увеличения теплосодержания процесс последующей сушки окатышей интенсифицируется, а длительность сушки влажных окатышей сокращается на 1,3-3,0 минуты, т.е. на 6,4-14,7%. Дополнительным достоинством предлагаемого технического решения является комплексное использование теплоты нагретой окалины для формирования макродефектов путем прожигания поверхности растительных частиц и повышения теплосодержания влажных окатышей, что предложено впервые в технике окомкования и расширяет функциональные возможности устройства, реализующего способ получения окатышей.

Техническая проблема решается, если перед смешиванием частиц растительного происхождения или отходов сельскохозяйственного производства с железосодержащей окалиной сталепроволочного производства последние нагревают до температуры 180-360°С в барабане подогревателе. Если частицы растительного происхождения или отходов сельскохозяйственного производства с железосодержащей окалиной сталепроволочного производства будут нагреты до температуры ниже 180°С, то глубокие и сквозные макродефекты на поверхности растительных частиц формироваться не будут, осмоления контактной зоны прожигания не будет, прочная армированная структура не образуется и технический эффект изобретения не будет достигнут. Увеличение теплосодержания окатышей будет минимальным, поэтому длительность сушки влажных окатышей не уменьшится и техническая проблема не будет решена. Если частицы растительного происхождения или отходов сельскохозяйственного производства с железосодержащей окалиной сталепроволочного производства будут нагреты до температуры выше 360°С, то образуются сверхглубокие и сквозные макродефекты на поверхности растительных частиц, которые способны переизмельчить и разрушить армированную структуру порообразующих добавок. Растительные частицы и образующаяся смола способны воспламениться с частичным нарушением газопроницаемости порообразующих добавок в результате чего технический эффект изобретения не будет достигнут и техническая проблема не будет решена.

Технический эффект предлагаемого технического решения заключается в том, что предложенные в заявленной последовательности отличительные признаки изобретения формируют новые положительные свойства: создание методом прожигания глубоких и сквозных макродефектов на поверхности растительных частиц: царапин, углублений, вмятин, проколов, отверстий, зазубрин, выступающих волокон; создание теплового режима для организованной деформации растительных частиц; термическая полимеризация растительных волокон контактной зоны прожигания и образование органических смол, обладающих сильным связующим эффектом; формирование прочной армированной структуры на поверхности порообразующих добавок за счет глубокого внедрения окалины в поверхность растительных частиц и затвердевания расплавленной смолы; повышение теплосодержания влажных окатышей перед сушкой; сокращение длительности сушки; комплексное использование теплоты нагретой окалины для формирования макродефектов путем сквозного прожигания поверхности растительных частиц и повышения теплосодержания влажных окатышей, расширяющее технологические возможности устройства, реализующего способ получения окатышей. Заявленные параметры и новые свойства способа получения окатышей позволяют решить указанную техническую проблему и получать окатыши с более высокой прочностью и производительностью и расширить технологические возможности устройства, реализующего способ получения окатышей, путем повышения теплосодержания окатышей и снижения длительности сушки.

Способ получения окатышей реализуется с помощью устройства, показанного на чертеже. Устройство содержит окомкователь 1, в который подается влажная шихта потоком 2 и потоком 3. Для формирования газовлагошихтовой струи 4 в рабочем пространстве окомкователя установлен струйный аппарат 5. Струйный аппарат содержит патрубок 6 для подачи шихты потока 2, тракт 7 подачи сжатого воздуха и патрубок 8 для подачи смеси порообразующих добавок и окалины сталепроволочного производства. Для получения порообразующих добавок используют растительное сырье 9. Сырьем являются высушенные стебли растительного происхождения (сено, солома, обмолоченные стебли, растительный жмых). Для измельчения растительного сырья установлен измельчитель 10 барабанного типа, на выходе из которого формируются измельченные частицы растительного происхождения 11. Для формирования глубоких и сквозных макродефектов на поверхности измельченных частиц растительного происхождения и армированной структуры окатышей используется железосодержащая окалина сталепроволочного производства 12. Для нагрева окалины до температуры 180-360°С установлен барабан подогреватель 13. В рабочем пространстве барабана подогревателя установлены трубчатые электронагреватели 14. Макродефекты на поверхности растительных частиц и армированная структура окатышей формируются в процессе смешивания порообразующих добавок и окалины в смесителе 15. В процессе работы окомкователя формируется зона 16, свободная от шихты, и зона 17, занятая материалом. Воздушношихтовая струя 4 напыляет шихту потока 2 на гарнисаж в зоне 16 с образованием плотного напыленного слоя шихты 18. Для деления напыленного слоя 18 используются делители 19. После деления напыленного слоя 18 формируются зародыши 20, которые поступают в зону 17 и шихтой потока 3 доокомковываются до кондиционных окатышей 21. Для снижения теплопотерь в окружающую среду и обеспечения техники безопасности на тракте нагрева, смешивания и подачи компонентов шихты барабан подогреватель 13, смеситель 15 и патрубок 6 для подачи шихты снабжены теплоизоляцией (на чертеже не показана). Для сушки и обжига окатышей используется обжиговая машина (на чертеже не показана).

Способ получения окатышей осуществляется следующим образом. В рабочее пространство окомкователя 1 подается влажная шихта потоками 2 и 3. Поток 2 влажной шихты участвует в зародышеобразовании и подается в струйный аппарат 5 по отдельному тракту через загрузочный патрубок 6, снабженный тепловой изоляцией. Одновременно в струйный аппарат по патрубку 8 самотеком из смесителя 15 подается смесь частиц растительного происхождения и нагретой до температуры 180-360°С окалины сталепроволочного производства 12. Измельченные растительные частицы 11 получаются измельчением растительного сырья 9 в измельчителе 10 после чего загружаются в смеситель 15, снабженный тепловой изоляцией. Нагрев окалины до температуры 180-360°С осуществляется в барабане подогревателе 13, снабженном тепловой изоляцией, для чего в рабочем пространстве барабана подогревателя 13 установлены трубчатые электронагреватели 14. В смесителе 15 на поверхности измельченных частиц растительного происхождения нагретой окалиной 12 формируются макродефекты путем прожигания стенок и образуется древесная смола. Газовлагошихтовая струя 4 напыляет шихту потока 2, растительные частицы и окалину сталепроволочного производства на гарнисаж в зоне 16, свободной от шихты, при этом образуется плотный напыленный слой 18. В процессе напыления шихты, смеси растительных частиц и окалины последняя глубоко внедряется в поверхность растительных частиц и дополнительно фиксируется затвердевшей смолой, образующейся при нагреве растительных частиц в смесителе 15, и формирует прочную армированную структуру порообразующих добавок. Напыленный слой 18 делится делителями 19, после чего образуются зародыши 20, содержащие частицы растительного происхождения и нагретую окалину сталепроволочного производства, что повышает теплосодержание зародышей 20. Зародыши 20 поступают в зону 17, занятую материалом, куда подается шихта потока 3 и одновременно происходит доокомкование зародышей до кондиционных сырых окатышей 21, теплосодержание которых перед сушкой повышается на 3-15%. После этого сырые окатыши подвергаются сушке и обжигу в теплотехническом агрегате.

Пример. Отработку способа получения окатышей проводили на комплексной лабораторной установке, содержащей тарельчатый окомкователь диаметром 0,62 м, барабан подогреватель, смеситель, муфельное сушило и камерную печь обжига. Технология напыления шихты, содержащей измельченные растительные частицы и окалину сталепроволочного производства, была организована согласно технологической схеме, представленной на чертеже. Для получения измельченных растительных частиц использовали обмолоченные стебли зерновых культур (пшеницы, ржи). Их измельчали в лабораторном измельчителе. В качестве материала для формирования макродефектов и армированной структуры на поверхности растительных частиц использовали железосодержащую окалину сталепроволочного производства АО «ЕВРАЗ ЗСМК» (г. Новокузнецк). Нагрев окалины до температуры 180-360°С осуществляется в цилиндрическом барабане подогревателе диаметром 200 мм и длиной 400 мм, снабженном наружной тепловой изоляцией, в качестве которой использовали рулонную каолиновую вату толщиной 50 мм. В качестве источника тепловой энергии использовали силитовые трубчатые электронагреватели, закрепленные в рабочем пространстве барабана подогревателя с помощью теплоизолированных боковых крышек и подключенные к электрической сети через трансформатор и регулятор мощности. С помощью регулятора мощности меняли температуру нагрева прокатной окалины от 180 до 360°С. Время нагрева окалины в барабане подогревателе составляло 10 минут. Температуру нагрева окалины контролировали ртутным термометром, изготовленным из кварцевого стекла. Формирование объемных и проницаемых макродефектов способом прожигания и армированной структуры на поверхности растительных частиц проводили в лабораторном смесителе барабанного типа, снабженном наружной тепловой изоляцией из рулонной каолиновой ваты. Длительность смешивания составляла 10 минут. Для формирования зародышей способом напыления использовали влажную шихту массой 3 кг, содержащую концентрат Тейского месторождения, 1% бентонита, 10% порообразующих добавок и окалину сталепроволочного производства. Для формирования оболочки окатышей использовали влажную шихту массой 7 кг, содержащую концентрат Тейского месторождения и 1% бентонита. В струйный аппарат одновременно подавали шихту первого потока через патрубок для подачи шихты и сжатый воздух. Патрубок для подачи шихты первого потока снабжен наружной тепловой изоляцией, в качестве которой использовали рулонную каолиновую вату. Образующийся напыленный слой делили делителями и получали зародыши, размером 8-10 мм. Зародыши поступали в зону, занятую шихтой второго потока, где формировались кондиционные окатыши размером 15-16 мм. После доокомкования зародышей определяли выход годного, по которому вычисляли производительность окомкователя. Затем годные окатыши сушили в муфельном сушиле при температуре 105°С и определяли длительность сушки. После сушки окатыши обжигали при температуре 1250°С в камерной электрической печи СУОЛ. После охлаждения измеряли прочность окатышей на сжатие. В экспериментах определяли влияние температуры нагрева окалины в барабане подогревателе на параметры способа получения окатышей. Результаты экспериментов представлены в таблице.

Как видно из полученных данных, способ получения окатышей, основанный на формировании на поверхности частиц растительного происхождения или отходов сельскохозяйственного производства макродефектов путем их предварительного смешивания с железосодержащей окалиной сталепроволочного производства, нагретой до температуры 180-360°С в барабане подогревателе, и использование на барабане подогревателе, трактах смешивания окалины и частиц растительного происхождения и подачи порообразующих добавок в газовлагошихтовую струю тепловой изоляции, позволяет повысить прочность обожженных окатышей на 1,44-8,07% (отн.) и "производительность окомкователя на 1,5-2,6% (отн.). Снижение длительности сушки окатышей с 20,4 до 17,4-19,1 мин (на 6,4-14,7%) позволяет считать, что предложенный способ получения окатышей обладает более широкими технологическими возможностями.

Изобретение относится к производству железорудных окатышей. Влажную шихту подают в окомкователь двумя потоками и формируют гарнисаж на днище окомкователя. Вводят первый поток шихты в поток сжатого газа с образованием газовлагошихтовой струи, в которую подают порообразующие добавки в виде измельченных частиц растительного происхождения или отходов сельскохозяйственного производства, на поверхности которых формируют макродефекты путем их предварительного смешивания с железосодержащей окалиной сталепроволочного производства в течение 5-20 минут. Содержание окалины в смеси составляет 20-200% от массы порообразующих добавок. Напыляют шихту на гарнисаж с получением плотного слоя влажной шихты, который делят на зародыши. Проводят доокомкование зародышей шихтой второго потока до окатышей, сушат их и обжигают. Перед смешиванием порообразующих добавок с окалиной последнюю нагревают до температуры 180-360°С в барабане подогревателе. Барабан подогреватель, тракты смешивания окалины и порообразующих добавок и подачи порообразующих добавок в газовлагошихтовую струю теплоизолируют. Изобретение обеспечивает повышение прочности обожженных окатышей и производительности окомкователя, снижение длительности сушки окатышей. 1 ил., 1 табл., 1 пр.

Способ получения окатышей, включающий формирование гарнисажа на днище окомкователя, подачу шихты в окомкователь двумя потоками, введение первого потока шихты в поток газа с формированием газовлагошихтовой струи, подачу в газовлагошихтовую струю порообразующих добавок, в качестве которых используют измельченные частицы растительного происхождения или отходы сельскохозяйственного производства, формирование на поверхности частиц растительного происхождения или отходов сельскохозяйственного производства макродефектов путем их предварительного смешивания с железосодержащей окалиной сталепроволочного производства в течение 5-20 минут с образованием смеси, которую подают в газовлагошихтовую струю, при этом содержание окалины в смеси составляет 20-200% от массы порообразующих добавок, формирование на днище окомкователя зоны, занятой шихтой, и зоны, свободной от шихты, напыление шихты на гарнисаж в зоне, свободной от шихты, с получением плотного слоя влажной шихты, деление упомянутого слоя влажной шихты на зародыши, доокомкование зародышей до окатышей шихтой второго потока, сушку и обжиг, отличающийся тем, что перед смешиванием частиц растительного происхождения или отходов сельскохозяйственного производства с железосодержащей окалиной сталепроволочного производства последнюю нагревают до температуры 180-360°С в барабане подогревателе, при этом барабан подогреватель, тракты смешивания окалины и частиц растительного происхождения или отходов сельскохозяйственного производства и подачи порообразующих добавок в газовлагошихтовую струю теплоизолируют.