Способ подготовки сырья к доменной плавке

 

СПОСОБ ПОДГОТОВКИ СЫРЬЯ К ДОМЕННОЙ ПЛАВКЕ, включающий металлизацию тонкоизмельченного концентрата газом-восстановителем во взвешенном слое,ввод известьсодержащего материала и угля и последующее брикетирование смеси, о т л и чающийся тем, что, с целью сокращения расхода кокса и повышения производительности доменной печи за счет использования насадки из брикетов сырья,.известьсодер жащий материал пред рительно подогревают до 750-950° и вводят во взвешенный слой в количестве, обеспечивакядем отношение окиси-кальция к кремнезему в брикетах 1,8-2,0, а перед брикетированием в смесь вводят предварительно нагретый до § 200-250°С уголь.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(58 С 22 В 1 24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3440382/22-02 (22), 18. 05. 82 (46) 15. 12. 84. Бюл. 9 46 (72) Л.П. Брусов, И. И. Громов, Л.A.Ïåòðîâ и С.Л.Ярошевский (71) Институт металлургии. им.А.A.Байкова и донецкий научно-исследовательский институт черной металлургии (53) 669.1:622.788(088.8) (56) 1.Куликов Л.П. Подготовка сырых материалов к доменной плавке.

Донецк, Донбасс, 1974, с.6-8, с.41-60.

2. Патент Англии Р 1114456, кл. С 22 В 1/24, 1968. (54)(57) СПОСОБ ПОДГОТОВКИ СЫРЬЯ

К ДОМЕННОЙ ПЛАВКЕ, включающий

„„SU„„1129255 А металлизацию тонкоизмельченного концентрата газом-восстановителем во взвешенном слое, ввод и з вестьсодержащего материала и угля и последующее брикетирование смеси, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью сокращений расхода кокса и повышения производительности доменной печи за счет использования насадки . из брикетов сырья,.известьсодержащий материал предцррительно подогревают до 750-950 и вводят во взвешенный слой в количестве, обеспечивающем отношение окиси-кальция к кремнезему в брикетах 1,8-2,0, а перед брикетированием в смесь вводят предварительно нагретый до I

200-2500С уголь.

11292

50

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при подготовке металлургического сырья для доменных и ферросплавных печей.

Известны различные способы получения из железорудного концентрата окускованного сырья для доменных и других металлургических печей: агломерация, окомкование и брикетирование. Качественно подготовленное этими способами сырье имеет высокую начальную прочность (ныше 200 кг-окатыш), содержит окись кальция в количестве, достаточном для полного флюсонания кремнезема пустой породы, а s некоторых видах этого сырья до- !5 полнительно содержится металлическое железо и углерод 1) °

Основным недостатком подготов— ленного известными способами сырья для доменных печей-окатышей, агло- 20 мерата и брикетов — является наличие н нем ингредиентов (окислов железа, силикатон и т.п.), которые при наг. реве до сравнительно невысокой температуры (300-900 С) в восстановительной атмосфере шахты доменной печи изменяют свой объем, растрескиваются и, образовывают жидкие Фазы с участием легкоплавких окислов железа и марганца. Снижение механической прочности, разбухание, и разрушение сырья в доменных печах приводит к ухудшению основных технико-зкономических показателей плавки — производительности печей и удельного расхода кокса.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ подготовки сырья к доменной плавке, включающий металлиэацию тонкоиэмель" 40 ченного концентрата но взвешенном слое гаэом — ностанонителем, ввод известь содержащего материала и угля и последующее брикетирование смеси (21.

Однако прочнбсть и размеры этих брикетов сохраня .тся в восстанови«. тельной атмосфере доменной печи только до 900-1000 С, что не позноляет использовать их в доменных печах в качестве проплавляемой насадки, выполняющей газодинамические функции кокса, так как уже в нижних частях шахты и распаре они сами расплавляются и стекают в виде чугуна и шлака в горн печи, препятствуя проходу газа в шахту.

Массовое производство металлизованных брикетов по известному способу ограничено валедствие налипания частиц металлического железа на стенках агрегатов металлизации и брикетирования. Развитие процесса налипания определяется температурными условиями, а температура процессов металлизации и брикетиро- 65

2 вания регулируется в известном способе только изменеиием расхода и температуры газа-восстановителя.

Целью изобретения является сокращение расхода кокса и увеличение производительности доменной печи .за счет использования насадки иэ брикетон сырья.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу подготонки сырья к доменной плавке, включающему металлизацию тонкоизмельченного концентрата газом-восстановителем но взвешенном слое, ввод изнестьсодержащего материала и угля и последующее брикетирование смеси, изнестьсодержащий материал предварительно подогревают до

750-950 С и вводят но взвешенный слой в количестве, обеспечивающем отношение окиси кальция к кремнезему н брикетах 1,8-2,0, а перед брикетированием в смесь вводят предварительно нагретый до 200-250 С уголь.

По мере совершенствования технологии доменного производства (повышение нагрева дутья, применение топливных добавок в дутье и металлизация шихты) снижается потребность н коксе как теплоносителе, так и восстановителе, а растет роль кокса как насадки, по которой стекают н горн жидкие продукты плавки и фильтруется горновой газ. Замена

)кокса (хотя бы частичная) проплавляющей насадкой из железорудных материалов снижает расход кокса и одновременно повышает производительность доменных печей. Основными требованиями к такой насадке являются: высокая начальная прочность, сохранение в условиях доменной печи этой прочности и формы вплоть до расплавления при 1200-1300О, однородность размеров и структуры.

Наиболее полно этим требованиям могут удовлетворять металлизованные брикеты, изготовленные предлагаемым способом.

Получение высокой начальной проч ности (более 200 кг/брикет) и однородной структуры в этих брикетах достигается вследствие образования высокоактивных к свариванию между собой металлизованных частиц и сохранения этой активности до брикетирования. Такие активные частицы образуются при металлизации тонкоизмельченных концентратов во взвешенном слое при 750-950 С. При температуре восстановления выше 950 С наблюдается образование неактивных карбидов железа, а.при меньшей

750 С значительно замедляются процессы восстановления железа, конверсии

СО, и Н О и удаления летучих из угля.

Поддержание указанных температур во взвешенном слое, а также добавки угля и извести но взнешенный слой

1129255 гарантируют устранение налипания частиц металлизованного концентрата. на стенках реакторов и брикетного пресса, полное удаление летучих из угля, участие углерода угля в конверсии СО2 и Н<О, металлизацию . 5 концентрата выше 503, при которой возможна высокая начальная прочность брикетов при сравнительно небольших усилиях обжатия (400600 кг/см ) 10

Наиболее совершенно (беэ изменения условий восстановления) укаэанные температуры регулируются предвари.тельным подогревом концентрата, угля и извести, причем в зоне металлиза- 15 ции температура регулируется нагревом концентрата и извести до 750950 С, так как частицы этих материалов не спекаются при таких температурах. Нагревом угля s диапазоне -@

200- 250 С обеспечивают регулирование оптимальной температуры смеси перед брикетированием,. удаление ос новной массы летучих.

Начальная прочность брикетов выше

200 кг/брикет является необходимым, но недостаточным условием для получения металлургического сырья, выполняющего в доменной печи функции проплавляемой насадки. Для придания метализованным брикетам этих качеств согласно предлагаемому способу их получения вводят во взвешенный слой известь н уголь в количества, обеспечивающем отношение содержаний в брикетах окиси кальция к кремнезему"

1,8-2,0.

Количество и способ ввода извести определяются условиями образования в доменной печи при нагреве брикетов от 800 С до 1200. С Ы -двухкальцие- 40 вого силиката (2СаО Si0 ) иэ кремнезема пустой породы концентрата, извести, золы, угля и окиси кальция извести в результате твердофаэной реакции. 45

Образующийся в доменной печи в брикетах Ы - двухкальциевый силикат является структурной составляющей, обеспечивающей созда ние в брикетах арочной решетки-каркаса, который в момент расплавления каркаса иэ металлизованных частиц при 9501150 С сохраняет форму брикетов.

Ы„-2СаО. 810 - устройств во всем диапазоне температур нагрева брикетов в печах от момента его 55 образования (760-830 С) до их расплавления (1300-1450 С) .

Предлагаемый способ, согласно которому в брикетах первоначальный прочный каркас из сваренных между 60 собой металлических частиц замеI щают каркасом из d -2СаО . S iO>, образующегося непосредственно в металлических печах в результате твердофаэных реакций .при нагреве в ин- g5 тервале температур 800-1200 С, позволяет сохранить прочность брикетов до прихода их в горн и расплавления в нем под воздействием шлака, образующегося от расплавления. других желеэорудных материалов, кокса, флюса и т.п.

Образование в брикетах в доменной печи прочной решетки-каркаса — из двухкальциевого силиката возможно благодаря совершенному перемешиванию тонкоиэмельченных (90В класса 0-0,074 мм) извести, угля и концентрата Ьо взвешенном слое и последующему горячему брикетированию, что обеспечивает тесный контакт между CAO,m S10z в порах первоначальной металлической решетки. Исследования показали, что частички металлического железа при брикетировании выдавливаются иэ пустой породы до сваривания между собой, а пустая порода и известь заполняют поры этой решетки. Только горячее брикетирование тщательно перемешанных тонкоизмельченных частиц концентрата, металлизованного не ниже, чем на 50Ъ, извести и угля, может обеспечить условия для образования прочной решетки на 2СаО S10 в доменной печи по твердофаэной реакции между СаО и SiO в брикетах.

На чертеже предс авлена принципиальная схема устройства получения сырь я.

Способ осуществляется следующим образом.

Желеэоруцный концентрат 1 товарного производства горно-обогатительНых комбинатов крупностью 0-0,074 мМ предварительно сушат и нагреваюТ ро 115 С продуктами полного сжигания газа 2, отработанного в агрегате металлизации 3, затем дополнительно нагревают до 1000,С продуктами 4 неполного сжигания (cL 0,7) отработанного газа в технологическом кислороде 5. Этими же продуктами сжигания горячий железорудный концентрат транспортируют и вводят в агрегат металлизации 3, где его ме.раллизуют во взвешенном слое горячйм (500-800 C) газом-восстановителем, продуктами конверсии СО и

Н20 и .летучими угля. Во взвешенный слой подают известь 6, нагретую до 900 С за два приема: вначале продуктами 7 и 8 полного сжигания газа, а затем - неполного (Ы -0,8) и уголь 9, нагретый и высушенный эа один прием продуктами неполного сжигания отработанного газа (- 0,65) до 650 C.

Смесь металлиэованного на 80% концентрата, дегаэированного угля и извести при 650 С направляют в брикет-пресс 10 на брикетирование, а готовые брикеты - на охлаждение до

1129255 С„Н„,+ nH20= nCO + (0,5m+n) Н>, СО2 + Н «СО + Н20.

Смесь концентрата, извести и дегазированного угля при 450 C поступает в брикетный пресс. Снижение

5 температуры смеси с 650 C до 450 C объясняется внешними потерями тепла при ее транспортировке.

Рорячие брикеты охлаждают до

120 С смесью перегретого пара и холодного отработанного газа, затем направляют либо на склад, либо в доменный цех. Брикеты состава, %:

Ре„5щ 63,2; Ре„„е1 50,6; FeO 16,2;

Са0 16,1; Si02 8,9; С 7,0; $ 0,113загружают в доменную печь. При наг-реве брикетов в доменной печи до

950-1100 С в них интенсивно проходят процессы довосстановления FeO и науглероживание железа за счет углерода брикетов. Затем науглероженное металлическое железо нач:.— нает плавиться и вытекать из брикетов, в которых к моменту нагрева их до температуры плавления науглероженного железа (1130-1200 C) образуется прочная решетка из двухкальциевого силиката, в которую входит вся основная пустая порода (СаО, SiO2, М О, АР2 05) брикетов. Брикеты, сохраняя форму и прочность вплоть

30 до прихода в горн (1300-1400 С), служат проплавляемой насадкой в нижней части шахты, в распаре и в заплечиках. В горне двухкальциевый силикат размывается кремнеземом зо35 лы кокса, агломерата, оксидами мар.ганца и щелочами и переходит в конечный доменный шлак. Проплавка этих брикетов в доменной печи в количестве 600 кг/т чугуна совмест40 но с агломератом, офлюсованным до отношения СаО: 02 = 0,9 — 1,0, при вдувании в горн пылеугольного топлива в количестве 250 кг/т чугуна позволит сократить расход кокса на

45 340 кг/т чугуна, исключить применение в доменной печи природного газа (135 м /т.чугуна) и кислорода (140 м 5/т чугуна) . Освободившееся количество природного газа и кисло50 рода достаточно для получения требуемого количества металлизованных брикетов. Производительность доменной печи повышается в 2,6 раза: 20 C ; ретого пара и холодного отработанного газа, затем на склад доменных печей.

Отработанный газ ll иэ. агрегата металлиэации после тонкой очистки и компримирования распределяют по горелкам полного и неполного сжигания и на конверсию. Продукты полного сжигания очищают в устройстве для очистки газа 12 и сбрасывают в дымовую трубу 13.

Пример 1. Железорудный концентрат Криворожского СевРОКа (содержание железа общего 65,2, кремнезема 8,54, оксида кальция 0,50%) с влажностью 8% в количестве (по сухой массе) 967, 5 кг/т брикетов и крупностью 0-0,074 мм, предварительно сушат и нагревают до 115 С продуктами полного сжигания газа, отработанного в агрегате металлизации, затем сухой концентрат дополнительно нагревают до 1000 C продуктами неполного сжигания (c(-0,7) отработанного газа в горелке с использованием гехнологического кислорода. Этими же продуктами сжигания горячий концентрат транспортируется с расходной концентрацией 25 кг концентрата на 1 кг газа в агрегат металлизации, где его металлиэируют на 80Ъ во взвешенном слое нагретым до 700 С газом-восстановителем, продуктами конверсии СО2 и H O и летучими угля. Но взвешеннйй слой подается известь состава,Ъ i СаО 85,0;$10 . 2,0; М О 3,0 и СО2 8„0 — в количестве 190 кг на 1 сухого концентрата крупностью 0-0,074 мм, Известь нагрета .до 750 С за два приема: в начале нагрева при обжиге известняка продуктами полного сжи- . гания отработанного газа, а затем неполного (с 0,7), Известь вносится во взвешенный слой газом тепло-. носителем, которым она нагревалась на втором этапе.

Смесь металлизованного концентрата с известью подают в третью ступень металлиэации, где происходит охлаждение этой смеси до 650 С углем, предварительно высушенным и подогретым до 250ОС. Подогрев угля осуществляют отработанным газом в сушилке. Уголь имеет следующий состав, Ъ: С 84,85; H 3,42„.

Fe < 1,11 Si02 3,16; СаО 0,17 °

Количество угля 91 кг на 1 кг сухого концентрата, крупность 0-0,2мм.

Уголь, нагретый в третьей ступени реактора металлизации до 650 С, де- ® гаэируется с выделением летучих, которые принимают участие в восста- . новлении концентрата, а также в конверсии СО и Н О по реакциям:

C Í + nC0 = 2пСО + 0,5mH2, 6

Р1 31СФ. V 2,50 271,3 6,32

= 2,62, 1/ 2,46 246,4 И,52

1 Г1 где P и P, - удельная производительность доменной печи до и после применения предлагаемого сырья, т/максут;

Э1 и 3 — интенсивность плавки по .„ фурменному газу.м /мин/м полезного объема печи;

1129255

Составитель В.Чижикова

Редактор Л.Веселовская Техред С. Мигунова Корректор М.Максимишинец

Заказ 9308/21 Тираж 602 Подписное.ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП !Патент, r.Óæãîðîä, ул..Проектная, 4 с и с — расход углерода кокса, ф сжигаемого перед фурман, кг/т чугуна;

Ч и м — выход фурменного газа, з ,м /кг С .

Кроме того, дополнительный эффект может быть получен в результате увеличения расхода угля, вдуваемого через фурмы в горн, до 250 кг.

При работе доменной печи в обычных шихтовых условиях с расходом ® кокса 470-520 кг/т чугуна наибольший расход угля составляет 60-85 кг/т чугуна. При таком расходе угля экономия кокса может быть получена не более 60-90 кг/т чугуна. 15

Пример 2. Концентрат обжигмагнитного обогащения лисаковской руды (содержание железа общего 57,4, кремнезема 7,44, оксида кальция-0,8Ъ) в количестве 879 кг/т н крупностью 2р

0-0,074 мм.сушат и нагревают по технической схеме, принятой в примере 1.

Металлизацию концентрата проводят до 503 в устройствах, аналогичных описанным в примере 1.

Во взвешенный слой подают обоженную известь указанного выше состава, нагретую до 950 С, в количестве

160 кг/т брикетов. Благодаря. меньшей склонности к слипанию у концентратов лисаковской руды, чем у крнворожских, средняя температура во взвешенном слое достигает 950 С. Такая температура металлизации обеспечивает разложение гидратов H сложных железосодержащих соединений с А120, S10 и СаО.

Для охлаждения и науглерожйвания смеси вносится уголь в количестве

113 кг/т брикетов, подогретый до

200 С. Уголь Бачатского месторождения (Кузбасс) имеет следующий состав, %1 эола А=9. Сера Sобщ -0.4.влага Ир- 11.,0 °

Смесь металлиэованного концентрата, извести и угля,дегазированного йри температуре 6504С, подают иа брикетирование, затем на охлаждение.

Состав брикетов, Ъс Ге, щ 52,2;

Ремет 26юlt FeO 33у5ю М О .lфlе СаО )6,0; Ы Оз6, l; SiO> 8,0;

С 8,0; Р 0,8s S 0,04.

Этк брикеты пригодны для выплавки фосфористого чугуна. Дополнительный эффект от подготовки руд Лисаковского месторождения предлагаемым способом, также как и в примере 1, обеспечивается благодаря повышеним производительности доменной печи при применении брикетов, полученных .предлагаемым способом, на 80% и снижению расхода кокса на 170 кг/т чугуна.

Применение изобретения позволяет повысить производительность доменных печей до 3 т/мзсуу, снизить расход кокса до 100 кг/т чугуна при расходе металлиэованных брикетов

600 кг/т чугуна, снизить стоимость подготовки сырья и капитальных вложений, заменить кокс и природный газ недефицитиыми газовыми углями.