Подготовка рудных материалов

CaO*2Fe₂0₃ (tплав= 1230 °С) и CaO*Fe₂0₃ (t_плав = 1216 °С), силикаты кальция CaO*Si0₂ (t_плав= 1540 °С) и 2Ca0*Si0₂ (t _плав= = 2130 °С), магнетит, стекло (силикатное железистое).

Офлюсованный  агломерат и его свойства. В настоящее время производят офлюсованный агломерат, т.е. в шихту агломерации вводят известняк, чтобы агломерат содержал СаО и его основность CaO/SiQ₂ составляла 1-1,4 и более. Это позволяет работать без загрузки известняка в доменную печь.

Агломерат разных заводов содержит, %: Feобщ 47—58; FeO 9-17; Мп 0,2-0,6; SiO_z 8-13; А1₂О_э 1,0-2,5; СаО 8-17; MgO 1-3; S 0,03-0,1.

Основные преимущества офлюсованного агломерата:

1. Исключение из доменной  плавки эндотермической реакции разложения карбонатов, т.е. СаС0₃ —> СаО + С0₂ - Q_l или MgC0₃ —> MgO + C0₂ - Q₂, требующих тепла, а следовательно, расхода кокса.

Этот процесс перенесен  на аглоленту, где расходуется менее  дефицитное и более дешевое топливо, чем кокс.

2. Улучшение восстановительной способности газов в самой доменной печи вследствие уменьшения разбавления их двуокисью углерода, получаемой от разложения карбонатов.
3. Улучшение восстановимости агломерата, так как известь вытесняет оксиды железа из трудновосстановимых силикатов железа.
4. Улучшение процесса шлакообразования, так как в офлюсованном агломерате оксиды плотно контактируют друг с другом.
5. Уменьшение числа материалов, загружаемых в доменную печь.

В конечном итоге, применение офлюсованного агломерата приводит к сокращению расхода кокса на 6—15 %. Нижний предел относится к богатой по железу шихте, а верхний — к бедной.

Качество агломерата оценивают рядом. параметров: он должен быть в кусках определенной крупности, должен иметь высокую прочность  в холодном и в горячем состоянии, высокую восстановимость, высокую температуру размягчаемости. Агломерат не должен содержать фракций < 5 мм, поскольку мелочь сильно снижает газопроницаемость шихты в доменной печи; крупность агломерата для малых и средних печей должна составлять 5—40, а для крупных и сверхмощных — 15-40 мм.

Высокая холодная и горячая прочность необходимы, чтобы агломерат не разрушался с образованием мелочи, препятствующей движению газов через слой шихты в печи. Под холодной прочностью подразумевают прочность, препятствующую разрушению агломерата при его транспортировке и загрузке в печь, под горячей — препятствующую разрушению под воздействием давления столба шихты в печи при высоких температурах. Холодную прочность агломерата определяют по выходу фракции крупностью более 5 мм после обработки 15 кг агломерата в барабане, вращающемся с частотой 25 мин^-1 в течение 8 мин; лучший показатель равен 70—80 %. Для получения стабильно высокой холодной прочности прежде всего важно соблюдение технологии подготовки шихты с поддержанием оптимального гранулометрического состава и ее высокой газопроницаемости, в том числе путем ее тщательного окомкования и добавки в шихту извести. Повышению холодной прочности способствуют: увеличение расхода топлива, но при этом снижается вертикальная скорость спекания и производительность ленты; введение в шихту доломитизиро-ванного известняка, вносящего MgO; повышение толщины спекаемого слоя; "калибровка" агломерата путем его обработки перед охлаждением во вращающихся барабанах или роторных дробилках; использование топлива без мелких фракций, т.е. крупностью 1-3 мм вместо 0-3 мм.

Холодная прочность  сильно снижается при очень быстром охлаждении и при наличии остатков шихты в агломерате. Для предотвращения резкого охлаждения горячий агломерат со спекательной ленты направляют в специальные охладители, где его охлаждают в течение 40-60 мин просасываемым вентиляторным воздухом. С тем, чтобы в агломерате после спекания не оставалось кусков шихты, она не должна содержать рудных частиц крупностью > 8 мм и известняка > 3 мм; необходимо также увеличивать расход топлива.

Особенность офлюсованного  агломерата: его прочность снижается  по мере роста основности от 0,5 до 1,3-1,4. Это связано с тем, что при  основности > 0,5 в структуре агломерата появляется двухкальциевый силикат 2СаО • Si0₂, который в процессе охлаждения при 675 °С претерпевает полиморфное превращение с увеличением объема на 10-11%, что вызывает большие внутренние напряжения в куске, ведущие к его разрушению. При увеличении основности > 1,5 прочность вновь возрастает вследствие появления вместо 2СаО • Si0₂ соединения ЗСаО • Si0₂, не подверженного полиморфным превращениям. Горячую прочность агломерата определяют во вращающемся барабане в атмосфере СО-СО_г при нагреве или по газопроницаемости сдавливаемого нагретого слоя агломерата. Влияние параметров процесса получения агломерата на его горячую прочность изучено пока недостаточно. Установлено, что повышенной горячей прочностью обладает агломерат, содержащий 7-10% FeO.

Восстановимость агломерата в первую очередь определяется величиной поверхности пор, доступных газу-восстановителю. В офлюсованном агломерате повышению вос-становимости способствует наличие в нем кальциевых оливинов и ферритов кальция. Максимальная восстановимость отмечается при основности агломерата 1,4-1,5. В современных условиях восстановимость агломерата не лимитирует хода доменной плавки.

 

Рис. 15. Схема  агломерационной машины

 

Температура начала размягчения  современных офлюсованных агломератов достаточно высока (1000—1150 °С), что позволяет в большей части объема печи иметь шихту в твердом виде, обеспечивая тем самым высокую газопроницаемость столба шихты.

Производство  агломерата ведут на агломерационных фабриках, в состав которых входят комплекс оборудования для подготовки шихты, ленточные (конвейерные) агломерационные машины и комплекс оборудования для дробления и охлаждения полученного агломерата и отсева его мелочи.

Агломерационная машина (рис. 15) имеет в качестве основного элемента замкнутую ленту (конвейер) из отдельных спекательных тележек-паллет 2, Тележка — это опирающаяся на четыре ролика колосниковая решетка с продольными бортами; тележки движутся по направляющим рельсам под воздействием пары приводных звездочек 1. На горизонтальном участке ленты тележки плотно примыкая друг к другу, образуют движущийся желоб с дном в виде колосниковой решетки

Под тележками  рабочей ветви ленты расположено 13—26 вакуум-камер 6, в которых с помощью эксгаустера 9 создают разрежение 10—13 кПа. Ширина ленты составляет 2—4 м, число тележек в ленте от 70 до 130, скорость ее движения 1,4—7 м/мин; площадь спекания действующих машин равна 50—312 м². Удельная производительность по площади спекания составляет 1,2—1,5 т/(м² • ч).

На движущуюся ленту  питателем 3 укладывают постель высотой   ~ 30 мм  из  возврата   агломерата  крупностью  10^25 мм; она предотвращает просыпание шихты через щели решетки и предохраняет решетку от перегрева. Затем питателем 4 загружают слой шихты высотой 250—350 мм. Далее шихта на движущейся ленте попадает под зажигательный горн 5, который нагревает поверхность шихты по всей ширине до 1200—1300 °С, в результате чего загорается топливо. При дальнейшем движении ленты за счет просасываемого эксгаустером 9 сверху воздуха слой горения кокса и спекания агломерата перемещается вниз, а продукты сгорания через вакуумные камеры 6 поступают в пылеуловитель 8 и далее выбрасываются в атмосферу через трубу 10.

Формирование агломерата заканчивается на горизонтальном участке движения ленты; этот момент легко определяют по резкому падению температуры отходящих газов, свидетельствующему об окончании горения кокса. Готовый агломерат при огибании лентой холостой звездочки 7 ссыпается вниз. Он попадает в валковую дробилку горячего дробления и затем на грохоты, где от дробленого продукта отсеивают горячий возврат. Далее агломерат поступает на охладитель (пластинчатый конвейер либо круглый вращающийся охладитель), где он в течение 40—60 мин охлаждается до 100 °С просасываемым воздухом. Затем агломерат направляется на грохоты холодного агломерата, где отделяется постель. После этого годный агломерат конвейером транспортируют в доменный цех, а мелочь — в бункер возврата. Этот возврат, также как и горячий, вновь направляются на агломерацию. Выход годного агломерата (фракции крупностью > 5 мм) из шихты не превышает 70-80 %.

Производство  окатышей. Расширение использования бедных руд и особенно стремление к более глубокому обогащению их привели к получению тонкоизмельченных железорудных концентратов (менее 0,07 мм), для которых появилась необходимость найти новые пути окускования. В связи с этим начал развиваться так называемый процесс окатывания или окомкования. Процесс был опробован в нашей стране более 30 лет тому назад. Однако первые промышленные установки были созданы в США лишь в 1945—1955 гг. Этот процесс приобретает особое значение, когда фабрику окускования концентратов приходится строить не на металлургическом заводе.

Объясняется это тем, что окатыши меньше разрушаются  при перевозке, чем агломерат, особенно офлюсованный.

Процесс производства окатышей состоит из двух стадий: а) получения сырых (мокрых) окатышей; б) упрочнения окатышей (подсушка при 300—600 и обжиг при 1200—1350 °С).

Схема производства окатышей на современной фабрике показана на рис. 16. Исходную шихту: возврат (некондиционные окатыши), концентрат и в случае производства офлюсованных окатышей известняк загружают в бункеры 7, откуда она при помощи дозаторов выдается на сборный транспортер 2 и поступает в смесительный барабан 3. После смешивания шихта поступает по другому транспортеру в окомкователь или так называемый гранулятор 5. Для лучшего окомкования и обеспечения необходимой прочности к шихте добавляют свящующее вещество, обычно бентонит (мелкодисперсная глина) в количестве 0,5—1,5 % и воду в количестве 8—10 %. В грануляторе при круговом движении шихта при помощи связующего вещества и воды постепенно превращается в гранулы — комки. При этом из гранулятора разгружаются только комки, достигшие определенного размера (шарики диаметром 10—20 мм). На рис. 17 показан тарельчатый гранулятор, являющийся одним из наиболее распространенных. Часто применяют также барабанный гранулятор, иногда конусный. Тарельчатые  грануляторы  выпускают  диаметром  5,5—7,0  м,  они обеспечивают производительность 125-150 т/ч. Оптимальных условий окатывания достигают подбором угла наклона тарели (40—60°) и частоты вращения (6—9 об/мин).

Сырые окатыши после  гра-нулятора 5 падают на обжиговую машину. Обычно применяют ленточную конвейерную машину, подобную агломерационной. Реже применяют для обжига окатышей другие агрегаты: шахтные печи, вращающиеся трубчатые печи, последовательно расположенные колосниковая решетка — вращающаяся трубчатая печь.

У конвейерных машин  ширина паллет составляет 3—4 м, рабочая  площадь спекания 100-500 м² и производительность их равна 2500—9000 т/сут. Верх ленты перекрыт камерами в соответствии с делением на зоны сушки, обжига и охлаждения. Зона обжига составляет около 50 % от общей площади машины. В зоне сушки окатыши подогревают до 250-400 °С газами, поступающими из зон обжига и охлаждения.

Циркуляция газов и удаление их в дымовую трубу осуществляются вентиляторами. В зонах обжига окатыши нагреваются до 1200—1350 °С продуктами горения газообразного или жидкого (мазута) топлива, просасываемыми через слой окатышей на колосниковой решетке машины. В зоне охлаждения окатыши охлаждаются принудительно подаваемым через колосниковую решетку воздухом. Охлажденные окатыши разгружаются на грохот. Фракцию > 5 мм отправляют для доменной плавки, а фракция 0—5 мм является возвратом. Время пребывания окатышей в зоне обжига    равно    7—12 мин.

Расход природного газа составляет 21—45 кг/т окатышей.

 

Рис. 17. Тарельчатый окомкователь: / —  конвейер  уборки окатышей;  2 — чаша;   3 —   конвейер   подачи   шихты; 4 — скребки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основная цель обжига окатышей сводится к упрочнению их до такой степени, чтобы они в дальнейшем выдерживали транспортировку, перегрузки и доменную плавку без значительных разрушений. При этом в отличие от агломерации нельзя доводить процесс до перехода значительной части шихты в жидкое состояние. Если не ограничить верхний предел температуры (1320—1350 °С), то произойдет оплавление окатышей и сваривание их в крупные глыбы. В то же время понижение температуры обжига ниже 1200—1250 °С приводит к понижению прочности окатышей.

Обычно окомковывают магнетитовые концентраты. Основными физико-химическими процессами при обжиге являются разложение известняка, окисление магнетита, химические взаимодействия с образованием легкоплавких фаз, упрочнение окатышей, удаление серы.

При обжиге офлюсованных окатышей идет разложение известняка СаСО_э с образованием СаО и поглощением тепла. Поскольку атмосфера в зоне обжига окислительная, при температурах 900-1000 °С идет окисление магнетита до гематита: 2Fe₃0₄ + 0,5О₂ = 3Fe₂0₃. Обычно в окатыше обнаруживается периферийная гематитовая зона и центральная зона с остатками магнетита. При температурах 1200—1350 °С появляется жидкая фаза из легкоплавких соединений, образующихся в результате химического взаимодействия составляющих шихты; в неофлюсованных окатышах это соединения из Si0₂ и Fe₂0₃, в офлюсованных — ферриты кальция СаО • Fe₂0₃ и 2СаО • Fe₂0₃.

Упрочнение окатышей (спекание частиц в прочную гранулу) происходит преимущественно путем твердофазного (без участия жидкой фазы) спекания и отчасти путем жидкофазного. Первое заключается в том, что в результате нагрева поверхность частиц размягчается и в местах контакта друг с другом они спекаются (свариваются). Твердофазное спекание начинается при 800—900 °С, спекаются как гематит, так и магнетит. Жидкофазное спекание начинается при температурах 1200—1350 °С, когда, как отмечалось, появляются участки жидкой фазы. Она смачивает твердые частицы и при затвердевании скрепляет их; при этом по сравнению с твердофазным спеканием повышается прочность окатышей, но несколько уменьшается их пористость. Оптимальное количество жидкой фазы составляет 12—20%.

При обжиге сульфиды шихты (FeS₂, FeS) окисляются, а образующийся газообразный оксид S0₂ уносится газами; степень удаления сульфидной серы из неофлюсованных окатышей составляет 95-99%. При добавке известняка в шихту степень десульфурации снижается, так как S0₂ связывается в соединение CaS0₄. Готовые неофлюсованные окатыши содержат < 0,003% S, офлюсованные 0,01-0,08 %S.