Способ получения окатышей из рудных материалов Российский патент 2022 года по МПК C22B1/243 

Изобретение относится к области подготовки сырья к металлургическому переделу и может быть использовано при производстве железорудных окатышей с использованием гашеной извести для их дальнейшего применения как в доменном производстве, так и в процессе прямого восстановления окатышей.

Известны железорудные окатыши для металлургического производства, содержащие железосодержащий материал и связующее вещество, а также отсев кокса. При этом в качестве связующего вещества окатыши содержат гашеную известь, а в качестве железосодержащего материала - шлам и/или пыль газоочисток доменного, мартеновского, конвертерного или электросталеплавильного производств или их смесь. Количество отсева кокса в 1,2-1,4 раза превышает суммарное количество железа и цинка в железосодержащем материале, а количество гашеной извести составляет 0,14-0,20 от общего количества отсева кокса и железосодержащего материала [Патент RU №2566703, МПК C22B 1/243, 2015].

Недостатком этого изобретения является то, что диапазон доли извести в общей шихте ограничен от 0,14 до 0,20 на единицу концентрата, что значительно снижает металлургическую ценность окатышей по показателю железа за счет высокой массовой доли СаО в получаемых окатышах (при прочих равных условиях не менее чем на 5% с дозировкой от 0,14 долей от массы шихты).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ получения окатышей из рудных материалов с использованием в качестве связующего вещества гашеной извести, включающий совместное измельчение компонентов, окомкование и автоклавирование [авторское свидетельство SU №382299, МПК C22B 1/06, 1973].

Недостатком этого способа является то, что процесс, указанный в патенте, требует продолжительной обработки в автоклаве (не менее 24 часов) и не вписывается в традиционные способы сырого окомкования и последующего обжига окатышей. Кроме того, требует селективного измельчения железорудного сырья.

Технический результат предлагаемого технического решения заключается в повышении и стабилизации показателя холодной прочности офлюсованных железорудных окатышей, а также повышении металлургической ценности окатышей по массовой доле железа.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения окатышей из рудных материалов, включающем измельчение компонентов и их окомкование, согласно изобретению, осуществляют окомкование компонентов при следующем долевом содержании на единицу железорудного концентрата:

Железорудный концентрат - 1;

Бентонитовая глина - 0,004-0,010;

Гашеная известь - 0,01-0,04,

а далее производят обжиг окатышей при температуре 1200-1400°С.

Для окомкования применяют железорудный концентрат и гашеную известь с содержанием влаги не более 10,0 и 0,5% соответственно.

Для окомкования применяют железорудный концентрат и гашеную известь фракционным составом не более 0,1 мм.

Термообработку окатышей производят в течение не менее 30 мин.

Полученные окатыши соответствуют следующим параметрам:

фракционный состав - 8-16 мм более 95%;

модуль основности - от 0,15-0,9;

показатели холодной прочности - не менее 240 кг/о;

массовая доля серы - не более 0,02%.

Сущность изобретения.

Предложенная концентрация гашеной извести позволяет получать требуемый модуль основности окатышей (соотношение CaO/SiO₂) в диапазоне 0,15-0,9, исходя из массовой доли SiO₂ в концентрате от 2,9% до 4,75%. Использование гашеной извести в количестве менее 0,01 от железорудного концентрата не позволяет достичь заданного модуля основности, т.е. это характеризует производство неофлюсованных окатышей. Увеличение доли флюса более 0,04 приводит к увеличению модуля основности выше требуемого показателя и как следствие к снижению прочностных свойств окатышей.

С увеличением модуля основности окатышей (CaO/SiO2) выше показателя 0.5 ед. снижается количество связующего компонента (бентонита) на 20%, что повышает металлургическую ценность таких окатышей по массовой доле железа.

Для окомкования применяют железорудный концентрат и гашеную известь с содержанием влаги не более 10 и 0,5% соответственно, бентонитовую глину с влагой до 6,5%, а также ситовыми характеристиками всех компонентов шихты не более 0,1 мм.

Фракционный состав определен раскрытием зерен ценного компонента (железа) в исходной руде при обогащении. Массовая доля влаги до 10% в железорудном концентрате оптимальна для процесса сырого окомкования, так как при влаге более 10% происходит увеличение дозировки бентонита и снижается металлургическая ценность окатышей по массовой доле железа.

Массовая доля влаги бентонитовой глины на уровне до 6,5% является оптимальной для проявления основных ее свойств для окомкования - набухаемость и водопоглощение.

Оптимальная доля бентонитовой глины в шихте составляет 0,004-0,010 на единицу массы железорудного концентрата.

Заявленное количество вводимой бентонитовой глины обусловлено сохранением качественных характеристик сырых окатышей (прочность на сбрасывание, на раздавливание и гранулометрический состав) и позволяет выдерживать показатель массовой доли железа в окатышах на высоком уровне.

Обжиг извести может производиться в печах различной конструкции, при этом обожженный известняк - известь (СаО) - склонен взаимодействовать с влагой воздуха, формируя гидроксид кальция (Са(ОН)₂). Реакция формирования гидроксида кальция экзотермическая, поэтому использование извести во влажной среде сопровождается нагревом материала, испарением воды и формированием из прочных кусков извести рыхлых комков гидрата. Для повышения химической стабильности извести и получения качественного флюса (класс 50 мкм не менее 90%) ее гасят на гидраторе с вводом в известь воды в количестве 40-60% от массы - достаточной для полного гашения извести, что позволяет перевести до 95% активной СаО в Са(ОН)_2., при этом массовая доля влаги в полученной извести составляет до 0,5%.

Полученную таким способом известь подают в составе шихты на грануляторы (окомкователи) вместо известняка, за счет чего улучшается комкуемость шихты и снижается удельный расход бентоглины на окатыши, без снижения показателей пластичности и прочности сырых окатышей. Кроме этого добавка извести ускоряет реакции образования ферритов и снижает температуру начала образования жидкофазной связки по сравнению с добавками известняка, так как при использовании известняка разложение CaCO₃ на СаО и СО₂ начинается в зоне подогрева обжиговой машины при температурах 650-1000°С. Это позволяет в свою очередь снизить расход теплоносителя на обжиг или увеличить производительность обжиговой машины.

Целью обжига сырых окатышей является максимальное их упрочнение и удаление из них серы. Это обеспечит минимальное образование мелочи при транспортировке окатышей от фабрики до потребителя, учитывая возможности складирования и хранения окатышей на открытых складах, минимальное разупрочнение и разрушение окатышей в условиях восстановительной плавки доменной печи. В процессе термообработки сырых окатышей происходит ряд физико-химических процессов: удаление влаги, нагрев, разложение гидратов и карбонатов, удаление серы, упрочнение окатышей в результате твердофазного спекания, окисление магнетита и образование жидких фаз, охлаждение. Во время термического упрочнения окатыши последовательно проходят несколько стадий:

- сушка окатышей в два этапа, где при температурах до 350°С происходит удаление влаги из сырых окатышей и подготовка их к последующему высокотемпературному нагреву,

- подогрев, где при температурах до 1000°С происходит удаление влаги из нижних горизонтов слоя; разложение гидратов и карбонатов; окисление магнетита; окисление серы и упрочнение окатышей за счет твердофазного спекания,

- обжиг, где завершаются процессы окисления магнетита, разложения карбонатов, удаляется сера, происходит упрочнение окатышей за счет образования жидких фаз при температурах над слоем окатышей в диапазоне 1200-1400°С,

- рекуперацию, где заканчивается процесс обжига в нижних горизонтах слоя окатышей за счет переноса аккумулированного верхним слоем тепла к границе «слой окатышей-постель»;

- охлаждение, где продувом атмосферного воздуха через слой происходит охлаждение окатышей до температур, достаточных для безопасной транспортировки конвейерным транспортом.

Продолжительность всего процесса термообработки зависит от скорости движения обжиговой машины (от 2,8 до 3,5 м/мин) и при длине рабочей части 136 метров составляет в среднем не менее 30 минут.

Пример реализации

При создании изобретения была поставлена задача производства офлюсованных окатышей с высокими физическими свойствами (холодная прочность). Поставленная задача решалась за счет замены известняка на известь при следующем содержании ингредиентов: СаО не менее 71%, SiO₂ не более 2%.

Для оценки сущности изобретения был проведен ряд лабораторных тестов с использованием в качестве связующего бентонита Хакасского месторождения и извести в смеси с концентратом Костомукшского ГОКа. При этом исходный концентрат, бентонит, а также известняк (для проведения базового опыта) был взят с текущей технологии производства окатышей.

Все компоненты смешивались на лабораторном барабанном грануляторе с выдерживанием модуля основности (CaO/SiO₂) от 0,15 до 0,9.

Во всех опытах полученные сырые сухие окатыши оценивались на статическую и динамическую прочность.

Обжиг опытных окатышей осуществлялся в промышленных условиях на обжиговых печах машинок ОК2-520/536 фабрики окомкования Костомукшского горно-обогатительного комбината. Навеска одной пробы окатышей составляла 14-17 кг. Термообработка окатышей производилась в одинаковых термических режимах.

В результате проведенных испытаний установлено, что окатыши, полученные по заявленному способу, с применением гашеной извести в качестве флюса, обладают улучшенными прочностными характеристиками по сравнению с базовыми.

Приведенные в Таблицах 1 и 2 данные показывают, что гашеная известь придает сырым окатышам оптимальные прочностные характеристики, а это в свою очередь позволяет получить окатыши в готовой продукции с более высокими металлургическими свойствами.

Таблица 1 Показатели Ед. изм. Известняк (база) Гашеная известь Уд .расход глины кг/т 6,0 6,0 Массовая доля влаги в концентрате % 9,26 в сырых окатышах % 8,72 8,70 Массовая доля классов крупности - 25 +16 мм % 1,0 - -16 +14 мм % 4,1 12,3 -12,5 +10 мм % 50,8 44 Выход годного класса (+8 -16 мм) % 95,6 99,6 Средний диаметр окатышей мм 10,6 12,5 Прочностные характеристики сырых окатышей на раздавливание кг/о 0,981 0,894 на сбрасывание раз 3,8 3,8 Прочностные характеристики обоженных окатышей Прочность на раздавливание кг/о 1,664 1,997 Прочность на сжатие кг/о 216,2 277,4 Количество окатышей с трещинами % 58,5 51,1 Массовая доля компонентов в обожженных окатышах Fe общ % 65,05 65,24 S % 0,028 0,017 SiO2 % 5,70 5,67

Таблица 2 Показатель ед.изм. Значение с использованием известняка (база) Значение с использованием гашеной извести + / - Fe % 66,65 66,76 0,11 S % 0,040 0,020 -0,02 модуль основности д.ед. 0,45 0,45 0,00 холодная прочность кг/о 233 261 28 удельный расход бентоглины кг/т 7,29 5,80 -1,49 удельный расход флюса кг/т 24,6 17,2 -7

Изобретение относится к области подготовки сырья к металлургическому переделу и может быть использовано при производстве железорудных окатышей с использованием гашеной извести для их дальнейшего применения как в доменном производстве, так и в процессе прямого восстановления окатышей. При получении окатышей из рудных материалов осуществляют измельчение компонентов, окомкование и обжиг окатышей при температуре 1200-1400°С. При этом окомкование компонентов осуществляют при следующем долевом содержании на единицу железорудного концентрата: железорудный концентрат – 1, бентонитовая глина - 0,004-0,010, гашеная известь - 0,01-0,04. Для окомкования применяют железорудный концентрат и гашеную известь с содержанием влаги не более 10,0 и 0,5% соответственно и фракционным составом не более 0,1 мм. Термообработку окатышей производят в течение не менее 30 мин. Полученные окатыши соответствуют следующим параметрам: фракционный состав - 8-16 мм более 95%, модуль основности - от 0,15-0,9, показатели холодной прочности - не менее 240 кг/о, массовая доля серы - не более 0,02%. Обеспечивается повышение и стабилизация показателя холодной прочности офлюсованных железорудных окатышей, а также повышение металлургической ценности окатышей по массовой доле железа. 4 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ получения окатышей из рудных материалов, включающий измельчение компонентов и их окомкование, отличающийся тем, что осуществляют окомкование компонентов при следующем долевом содержании на единицу железорудного концентрата:

железорудный концентрат 1 бентонитовая глина 0,004–0,010 гашеная известь 0,01–0,04,

далее производят обжиг окатышей при температуре 1200–1400 °С.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для окомкования применяют железорудный концентрат и гашеную известь с содержанием влаги не более 10,0 и 0,5 % соответственно.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для окомкования применяют железорудный концентрат и гашеную известь фракционным составом не более 0,1 мм.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что термообработку окатышей производят в течение не менее 30 мин.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полученные окатыши соответствуют следующим параметрам:

фракционный состав 8–16 мм более 95% модуль основности от 0,15–0,9 мм показатели холодной прочности не менее 240 кг/о массовая доля серы не более 0,02%