Способ получения высокоосновного агломерата и высокоосновный агломерат, полученный данным способом Российский патент 2023 года по МПК C22B1/16 

Настоящее изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве высокоосновного агломерата производства с использованием вторичных ресурсов.

Известна шихта для получения высокоосновного агломерата, состоящая из железосодержащего материала, твердого топлива, флюса и влаги, отличающаяся тем, что железосодержащий материал состоит из смеси железорудных концентратов, агломерационного и/или конвертерного, и/или доменного шлама и окалины, при этом количество шлама в шихте составляет M_шл = K • Fe_общ / (SiO₂ + CaO + MgO + Al₂O₃), причем количество железосодержащего материала составляет 0,74 - 0,85 от количества шихты, весовые доли компонентов в шихте составляют: Смесь железорудных концентратов - 0,08 - 0,12, Шламы - 0,70 - 0,72, Окалина - 0,16 - 0,22, Топливо - 0,036 - 0,054, Флюс - 0,14 - 0,30 от количества железосодержащего материала в шихте, а количество влаги в шихте составляет 7,6 - 8,9% (RU 2 146 297, МПК C22B 1/16, опубл. 10.03.2000).

Проблемой аналога является ввод в шихту железорудного концентрата, а так же недостаточное количество выхода годного агломерата, что увеличивает стоимость агломерата, а традиционно подготавливаемые флюсы, кроме того, могут быть заменены флюсами вторичного происхождения.

Способ получения известково-магнезиального агломерата для сталеплавильного производства из шихты, содержащей конвертерный шлам, окалину, флюс, топливо и возврат, включающий дозирование, смешивание и спекание, отличающийся тем, что в качестве флюса в шихту вводят шлаковую смесь совместно с отсевом доломита фракции 0-10 мм с обеспечением получения содержания MgO в агломерате в пределах 6,9-10,5%, а расход топлива устанавливают исходя из получения содержания FeO в спеке в пределах 7,0-13,0% при поддержании отношения FeO/MgO в нем в интервале 0,7-1,9. (RU 2 460 812, МПК C22B 1/16, опубл. 10.09.2012).

Проблемой наиболее близкого аналога является недостаточное применение шлаковой смеси при производстве высокоосновного агломерата, а так же недостаточное количество выхода годного агломерата, что увеличивает стоимость агломерата.

Технической проблемой, решаемой изобретением, является устранение недостатков аналогов.

Задачей заявляемого изобретение является утилизация большого количества вторичного сырья, при выходе большего количества годного агломерата заданного состава.

Технический результат заключается в повышении количества утилизируемого шлака, при выходе большего количества годного агломерата заданного состава.

Указанный технический результат достигается тем, что способ получения высокоосновного агломерата из шихты, содержащей шлаковую смесь, железорудную добавку или окалину, флюс, топливо и возврат, включающий дозирование, смешивание и спекание компонентов, согласно изобретению шихта дополнительно содержит пыль металлургического производства, при следующем соотношении компонентов, масс.%:

Шлаковая смесь - 35-50

Железорудная добавка или окалина - 20-40

Возврат - 10-30

Пыль металлургического производства – не более 7

Флюс – не более 12

Топливо – не более 2,5.

Технический результат достигается тем, что высокоосновный агломерат, полученный способом, указанным выше, содержит оксиды железа, магния, кремния, кальция, алюминия, при следующем соотношении компонентов, масс.%:

Fe_общ. - 37,5-51,0

FeO - 6,0-10,5

MgO - 3,7-6,4

Al₂O₃ до 3,0,

при этом соотношение (CaO + MgO) / (SiО₂ +Al₂O₃) выполнено более 2,5, но менее 6,1,

при соотношении MgO/CaO, находящемся в диапазоне от 0,13 до 0,29

причем получаемый агломерат имеет основность CaO/SiO₂, находящуюся в диапазоне 3,0-5,0 ед.

В частности, в способе суммарное содержание углерода в шихте составляет 0,5-5%.

В частности, в способе в качестве флюса используют известняк и/или доломит.

В частности, в способе шлаковая смесь представляет собой смесь сталеплавильного шлака со скрапом.

В частности, в способе скорость спекания шихты находится в диапазоне 12-18 мм/мин.

В частности, в способе температура зажигания шихты находится в диапазоне 1000-1200°С.

В частности, в способе разрежение при спекании шихты находится в диапазоне 500-700 мм.рт.ст.

В частности, высокоосновный агломерат содержит SiO₂ - 5,5-7,5.%

В частности, высокоосновный агломерат содержит CaO - 22,5-27,0%.

В частности, высокоосновный агломерат содержит TiO₂ до 4,0%.

В частности, высокоосновный агломерат содержит MnO до 3,0%.

В частности, высокоосновный агломерат содержит ZnO до 2,0%.

В частности, высокоосновный агломерат содержит Na₂O+K₂O до 3,0%.

В условиях действующего агломерационного производства на предприятиях полного металлургического цикла наиболее доступным способом переработки отходов металлургии является ввод их в агломерационную шихту. Однако нестабильность химического состава и физических свойств железо- и флюсосодержащих отходов может негативным образом влиять на качество доменного офлюсованного агломерата, ход доменной плавки и продолжительность кампании доменных печей. Тем самым, объемы использования данных материалов в аглодоменном переделе весьма ограничены.

В принцип составления шихты для опытных спеканий закладывалось последовательное увеличение содержания в шихте отходов металлургического производства и вторичных ресурсов.

Содержание шлаковой смеси последовательно увеличивали, в результате испытаний было установлено, что применение в шихте способа получения высокоосновного агломерата шлаковой смеси более 50% не позволяет обеспечить выход большего количества годного агломерата, при этом состав агломерата выходит за рамки заданного, а применение шлаковой смеси менее 35% задает низкий показатель по утилизации шлаков металлургического производства. Шлаковая смесь представляет собой смесь сталеплавильного шлака со скрапом.

Вместо железорудной добавки может применяться окалина, что также является отходом металлургического производства, её применение вместо железорудного концентрата удешевляет процесс производства и повышает задействование в производстве агломерата отходов металлургического производства. Наличие железорудной добавки в способе менее 20% снижает содержание оксида железа в получаемом агломерате, а также понижает количество применяемых отходов при производстве агломерата, а более 40% приводит к значительному образованию количества жидкосоставляющей массы в процессе спекания шихты, что вызывает увеличение рыхлости структуры готового агломерата и снижение усвояемости флюсов.

Возвратом является недостаточно спеченный агломерат, направляемый на повторное спекание размером менее 5 мм, который также является оборотным продуктом металлургического производства, применяемым при производстве агломерата, он улучшает газопроницаемость шихты и, следовательно, увеличивает расход просасываемого воздуха и вертикальную скорость спекания, при этом его переизбыток может снизить выход годного агломерата. Опытным путем установлено, что применение возврата более 30%, в заявленном способе, снижает выход годного агломерата, а применение его менее 10% не обеспечивает высокий показатель, при создании агломерата с большим количеством отходов металлургического производства.

В качестве пыли металлургического производства применима колошниковая пыль, являющаяся ещё одним отходом металлургического производства. Содержание колошниковой пыли в шихте, при реализации способа, не более 7% обусловлено тем, что применение пыли более 7% приводит к ухудшению стабильности агломерата по химическому составу и его прочностных показателей, что приводит при проплавке такого агломерата в доменной печи к увеличению удельного расхода кокса и снижению производительности печи.

Для повышения основности и прочности получаемого агломерата шихту офлюсовывывают, но не более, чем до 12% состава шихты, что объясняется физико-химическими закономерностями процесса спекания агломерационной шихты. Указанный диапазон устанавливается в зависимости от состава шихты, необходимого значения основности и металлургических свойств агломерата заданного состава. Применение флюсов более 12% приводит к снижению прочностных характеристик агломерата и снижению выхода годного агломерата. В качестве флюса используют известняк и/или доломит.

Основность получаемого агломерата не менее 3,5, что позволяет его отнести к высокоосновному агломерату. Повышенная основность агломерата позволяет обеспечить более широкие возможности для увеличения расходов неофлюсованных железорудных окатышей и другого сырья в шихте доменных печей и оптимизировать шлаковый режим плавки, благодаря чему возможно снижение расхода твердого топлива.

За счет применения шихты, заявленного состава снижено суммарное содержание углерода в шихте, которое составляет от 0,5 до 5%. Содержание углерода менее 0,5% не обеспечивает необходимый минимальный температурный уровень процесса спекания, а более 5% приводит к избыточному оплавлению спека и повышению выхода продуктов горения с отходящим газом.

Опытным путем определены наиболее оптимальные режимы для спекания шихты. Скорость спекания шихты находится в диапазоне 12-18 мм/мин, температура зажигания шихты находится в диапазоне 1000-1200°С, разрежение при спекании шихты находится в диапазоне 500-700 мм. рт.ст.

Выход за пределы установленных параметров снижает выход годного агломерата, производимого из металлургических отходов.

Снижение температуры зажигания ниже 1000°С не обеспечивает формирование равномерной по ширине паллеты агломашины высокотемпературной зоны, в которой протекает горение твердого топлива и формирование спека. Повышенная температура зажигания более 1200°С способствует значительному оплавлению верхней части слоя на агломашине, что приводит увеличению сопротивления фильтрации газа и воздуха. Указанные факторы влекут за собой выход процесса спекания из оптимального режима по скорости спекания 12-18 мм/мин и разрежению в коллекторе аглоустановки 500-700 мм. рт.ст., в результате чего получается либо недопекание слоя при снижении скорости спекания менее 12 мм/мин и повышении разрежения более 700 мм. рт.ст., либо получение хрупкой структуры спека при высокой скорости спекания более 18 мм/мин и сниженном разрежении менее 500 мм. рт.ст. В обоих случаях снижается выход годного продукта.

Высокоосновный агломерат, полученный, описанным способом, имеет заданные значения по составу и содержит оксиды железа, магния, кремния, кальция, алюминия, при следующем соотношении компонентов, масс.%:

SiO₂ - 5,5-7,5

CaO - 22,5-27,0

Fe_общ - 37,5-51,0

FeO - 6,0-10,5

MgO - 3,7-6,4

Al₂O₃ до 3,0,

при этом соотношение (CaO + MgO) / (SiО₂ +Al₂O₃) выполнено более 2,5, но менее 6,1, при соотношении MgO/CaO, находящимся в диапазоне от 0,13 до 0,29, причем получаемый агломерат имеет основность CaO/SiO₂, находящуюся в диапазоне 3,0-5,0 ед.

Основность агломерата регламентируется соотношением CaO/SiO₂. Основность по отношению CaO/SiO_2, находящаяся в диапазоне 3,0-5,0 ед. и содержание оксидов марганца в диапазоне 3,7-6,4 являются определяющими факторами в достижении технического результата.

Пределы содержания FeO в высокоосновном агломерате обусловлены задачей получения прочного агломерата с основностью CaO/SiO₂ в диапазоне 3,0-5,0 ед. с большим содержанием отходов металлургического производство. Минимальное содержание FeO в агломерате 6,0%, определяется его прочностью и влагостойкостью, при содержании FeO меньше указанного значения снижается прочность агломерата, а максимальное содержание FeO определяется составом шихты. При большем, чем 10,5% содержании FeO в агломерате невозможно достичь заявленной основности при производстве из шихты с большим содержанием шлаков.

При этом пределы содержания Fe_общ в составе агломерата находятся в диапазоне (37,5-51,0) %, содержание Fe_общ менее 37,5% приводит к снижению выхода годного агломерата, а верхняя граница 51,5% установлена максимально возможной для получения высокоосновного агломерата с заявленном диапазоне основности CaO/SiO2.

Пределы содержания оксида магния в высокоосновном агломерате обусловлены химическим составом компонентов шихты и качеством агломерата. Нижний предел содержания MgO в агломерате 3,7%, обусловлен минимально возможным содержанием магнезии в компонентах агломерационной шихты без побочного отрицательного эффекта на емкость, в которой производится плавка, при содержании MgO более 6,4% снижается прочность агломерата.

Задачей получения прочного, влагостойкого высокоосновном агломерата с основностью CaO/SiO2 в диапазоне 3,0-5,0 ед решается пределами содержания оксида кальция, который может быть в диапазоне 22,5-27,0. Нижний предел содержания CaO в агломерате, т.е. 22,5%, обусловлен минимально возможным содержанием извести в компонентах агломерационной шихты, обеспечивающим получение основности в диапазоне 3,0-5,0 ед. При содержании CaO более 27,0% снижается прочность агломерата.

Соотношение (CaO + MgO) / (SiО₂ +Al₂O₃) выполнено более 2,5, но менее 6,1. Нижний предел менее 2,5 вызовет недостаток флюсующих компонентов в шихте. Верхний предел более 6,1 недопустим, так как он приведет к невозможности обеспечить получение агломерата с основностью CaO/SiO₂ в диапазоне 3,0-5,0 ед. из-за высокого содержания кремнезема в компонентах шихты.

При этом пределы соотношения MgO/CaO должны быть в диапазоне от 0,13% до 0,29%, что обусловлено условиями шлакового режима плавки и получением агломерата с основностью CaO/SiO₂ в диапазоне 3,0-5,0 ед. Выход за указанные диапазон приводит к невозможности получить агломерат с основностью в заявленных параметрах, может снизить прочность агломерата или повысить разрушение емкости, в которой производится плавка.

Пределы содержания оксида алюминия в высокоосновном агломерате обусловлены химическим составом компонентов шихты и качеством агломерата, так как при содержании Al₂O₃ более 3,0% снижается прочность агломерата.

Пределы содержания оксида кремния в высокоосновном агломерате обусловлены составом компонентов шихты и задачей получения агломерата с основностью по отношению CaO/SiO₂ более 3,0 ед. Содержание SiO2 может быть в диапазоне 5,5-7,5%, содержание оксида кремния в агломерате менее 5,5% невозможно из-за высокого содержания кремнезема в компонентах шихты. При содержании SiO2 более 7,5% невозможно получение агломерата основностью по отношению CaO/SiO₂ более 3,0 ед.

Высокоосновный агломерат может включать MnO до 3,0%, при содержание его в большем количестве снижается основность CaO/SiO₂ агломерата.

Предел оксида цинка ZnO до 2,0%, что обусловлено тем, что при превышение контролируемого предела происходит ухудшение показателей ведения плавки.

Возможно наличие TiO₂ до 4,0% в составе высокоосновного агломерата, при содержании оксида титана более 4,0% повышается хрупкость и снижается выход годного агломерата.

Наличие в агломерате Na₂O+K₂O установлено до 3,0%, содержание данных элементов свыше указанного значения приведет к зарастанию колосникового поля щелочными соединениями. В результате это ухудшит условия спекания и снизит выход годного.

Обоснование пределов предлагаемого способа и компонентного состава с получением высокоосновного агломерата с основностью CaO/SiO₂ получено путем проведения, как лабораторных, так и производственных испытаний, результаты которых приведены в таблицах 1-3. В таблице 1 приведены реализованные составы шихты, в таблице 2 приведены режимы, при которых производилось спекания, в таблице 3 представлен химический состав полученного агломерата.

Компоненты шихты по таблице 1 смешивали, после спекали по режимам в таблице 2, полученный в результате спекания химический состав высокооосновного агломерата приведен в таблице 3.

Таблица 1

№ п/п Содержание основных компонентов в шихтовых материалах Основность CaO/SiO₂ агломерата Шлаковая смесь Железорудная добавка Возврат Пыль металлургического производства Флюс Топливо 1 35 20 30 3 10 2 4,4 2 45 30 15 7 3 - 3,4 3 50 40 10 - - - 3,0

В роли пыли металлургического производства выступала колошниковая пыль, топливом по пп. 1, 2 был кокс, а по п. 3 уголь, флюсующей добавкой по пп. 1, 3 был доломит и известняк, а по пп. 2, 4 известняк.

Таблица 2

№ п/п Суммарное содержание углерода в шихте, % скорость спекания шихты, мм/мин Температура зажигания шихты, °С Разрежение при спекании шихты, мм.рт.ст 1 0,5 12 1010 515 2 1,3 13 1040 588 3 2,7 15 1000 605 4 4,0 16 1160 640 5 5,0 18 1200 683

Таблица 3

№ п/п Fe FeO MgO SiO₂ CaO Al₂O₃ (CaO + MgO) / (SiО₂ + Al₂O₃) MgO/CaO основность CaO/SiO₂ 1 37,27 10,5 6,40 5,5 27,00 0,44 5,62 0,24 4,9 2 45,7 8,20 6,16 6,56 25,56 1,76 3,81 0,24 3,9 3 47,69 6,23 4,56 6,99 23,92 2,28 3,07 0,19 3,4

Как видно из таблиц, заявленный способ получения высокоосновного агломерата с заявленным составом шихты, позволяет создать указанный высокоосновный агломерат с контролируемым параметром основности из шихты с высоким содержанием отходов металлургического производства. Более того, в результате исследований установлено увеличение выхода годного агломерата по сравнению с аналогом на 8,6%.

Заявленный агломерат может применяться в доменном производстве, а кроме того, высокоосновной агломерат в отличие от обычного может использоваться в сталеплавильном процессе, например, в конвертерном, в качестве шлакообразующего материала и интенсификатора процесса шлакообразования в сталеплавильном агрегате.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве высокоосновного агломерата производства с использованием вторичных ресурсов. Высокоосновный агломерат получают из шихты, содержащей шлаковую смесь, железорудную добавку или окалину, флюс, топливо, возврат и пыль металлургического производства. Способ включает дозирование, смешивание и спекание компонентов. При этом соотношение компонентов в шихте следующее, мас.%: шлаковая смесь – 35-50; железорудная добавка или окалина – 20-40; возврат – 10-30; пыль металлургического производства – не более 7; флюс – не более 12; топливо – не более 2,5. В высокоосновном агломерате, полученном указанным способом, соотношение оксидов железа, магния, кремния, кальция, алюминия следующее, мас.%: Fe_общ - 37,5-51,0; FeO - 6,0-10,5; MgO - 3,7-6,4; Al₂O₃ до 3,0. При этом соотношение (CaO + MgO) / (SiО₂ +Al₂O₃) выполнено более 2,5, но менее 6,1, при соотношении MgO/CaO, находящимся в диапазоне от 0,13 до 0,29. Причем получаемый агломерат имеет основность CaO/SiO₂, находящуюся в диапазоне 3,0-5,0 ед. Обеспечивается повышение количества утилизируемого шлака при выходе большего количества годного агломерата заданного состава. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Способ получения высокоосновного агломерата из шихты, содержащей шлаковую смесь, железорудную добавку или окалину, флюс, топливо и возврат, включающий дозирование, смешивание и спекание компонентов, отличающийся тем, что шихта дополнительно содержит пыль металлургического производства, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

шлаковая смесь – 35-50

железорудная добавка или окалина – 20-40

возврат – 10-30

пыль металлургического производства – не более 7

флюс – не более 12

топливо – не более 2,5.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что суммарное содержание углерода в шихте составляет 0,5-5%.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве флюса используют известняк и/или доломит.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что применяют шлаковую смесь, представляющую собой смесь сталеплавильного шлака со скрапом.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что спекание шихты осуществляют со скоростью 12-18 мм/мин.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что зажигание шихты осуществляют при температуре 1000-1200°С.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что спекание шихты осуществляют при разрежении 500-700 мм. рт.ст.

8. Высокоосновный агломерат, полученный способом по п. 1, при этом в агломерате соотношение оксидов железа, магния, кремния, кальция, алюминия следующее, мас.%:

Fe_общ - 37,5-51,0

FeO - 6,0-10,5

MgO - 3,7-6,4

Al₂O₃ до 3,0,

при этом соотношение (CaO + MgO) / (SiО₂ +Al₂O₃) выполнено более 2,5, но менее 6,1,

при соотношении MgO/CaO, находящимся в диапазоне от 0,13 до 0,29,

причем получаемый агломерат имеет основность CaO/SiO₂, находящуюся в диапазоне 3,0-5,0 ед.

9. Высокоосновный агломерат по п. 8, отличающийся тем, что содержит MnO до 3,0%.

10. Высокоосновный агломерат по п. 8 или 9, отличающийся тем, что содержит TiO₂ до 4,0%.

11. Высокоосновный агломерат по одному из пп. 8-10, отличающийся тем, что содержит Na₂O+K₂O до 3,0%.

12. Высокоосновный агломерат по одному из пп. 8-11, отличающийся тем, что содержит ZnO до 2,0%.