Способ спекания офлюсованных шихт

 

Изобретение касается подготовки железорудного сырья в черной металлургии , а именно окускования металлургического сырья методом агломерации. Цель изобретения - повьппение качества агломерата верхней части спека. При зажигании офлюсованной шихты температура в зоне нагрева равна 1100-1250 С и для температуры в зоне вьщержки 1310-1330 С устанавливают суммарную продолжительность зон нагрева и выдержки , равную времени формирования фронта спекания при соотношении времени пребывания материала в этих зонах 1:(1,4-2,0), а при уменьшении температуры в зоне выдержки на каждьш градус суммарную продолжительность зон нагрева и выдержки увеличивают на 0,2-0,3 с. Температуру в ;зоне охлаждения и коэффициент расхода кислорода, подаваемого на сжигание топлива в этой зоне, поддерживают 800-1100°С и 1,0-1,1 соответственно . Время пребывания материала в этой зоне равно 1,08-1,1 времени суммарной продолжительности пребывания материала в зонах нагрева и выдержки. Скорость фильтрации теплоносителя в зоне охлаждения поддерживают 0,3- 0,5 м/с, а при ее увеличении на каждые О,1 м/с время пребывания в зоне уменьшают на 4-6 с. 4 табл. S (Л to со 4; 00 сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU,, 1294850 А 1 (SO 4 С 22 В 1/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3849614/22-02 (22) 31.01.85 (46) 07.03.87. Бюл, № 9 (71) Днепропетровский металлургический институт им.Л.И.Брежнева (72) С.В.Смирнов, Н.В.Игнатов, В.К.Перфильев, Е.А.Смирнова, . А.П.Чеботарев и Ю.А.Алябьев (53) 669.1.622.785(088.8) (56) Рязанцев А.П. и Антошечкин И,П.

Нагрев агломерационной шихты, M.:

Металлургия, 1969, с. 168.

Авторское свидетельство СССР

¹ 546657, кл. С 22 -В 1/ 10, 1974. тура в зоне нагрева равна 1100-1250 С и для температуры в зоне вьдержки о

1310-1330 С устанавливают суммарную продолжительность зон нагрева и выдержки, равную времени формирования фронта спекания при соотношении времени пребывания материала в этих зонах 1:(1,4-2,0), а при уменьшении температуры в зоне выдержки на каждый градус суммарную продолжительность зон нагрева и выдержки увеличивают на 0,2-0,3 с. Температуру в зоне охлаждения и коэффициент расхода кислорода, подаваемого на сжигание топлива в этой зоне, поддерживают 800-1100 С и 1,0-1,1 соответственно. Время пребывания материала в этой зоне равно 1,08-1,1 времени суммарной продолжительности пребывания материала в зонах нагрева и вьдержки.

Скорость фильтрации теплоносителя в зоне охлаждения поддерживают 0,30,5 м/с, а при ее увеличении на каж дые О, 1 м/с время пребывания в зоне уменьшают на 4-6 с. 4 табл. (54) СПОСОБ СПЕКАНИЯ ОФЛЮСОВАННЫХ

ШИХТ (57) Изобретение касается подготовки железорудного сырья в черной металлургии, а именно окускования металлургического сырья методом агломерации.

Цель изобретения — повышение качества

Г агломерата верхней части спека. При зажигании офлюсованной шихты темпераОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1 129485

Изобретение относится к подготовке железорудного сырья в черной металлургии, а именно к окускованию металлургического сырья методом агло мерации. 5

Цель изобретения — повышение качества агломерата верхней части спека.

Повышение температуры теплоноси- tp теля в зоне нагрева до 1100-1250 С при содержании кислорода в нем 4-187 позволяет сократиты продолжительность нагрева слоя за счет рационального сочетания внешнего и внутреннего 15 источников тепла и этим создать благоприятные условия как для образования зародьппей жидкой фазы в спекаемом слое, так и для их роста. Нижняя граница интервала температур в зоне на- 20 грева соответствует температуре начала плавления офлюсованных шихт, Снижение температуры ниже указанного предела приводит к образованию расплава только в объемах, прилегающих к горя- 25 щим частицам твердого топлива шихты, к снижению количества зародьппей жидкой фазы и вялому развитию процесса их роста. Увеличение температуры теплоносителя в зоне нагрева шихты выше 30

1250 С сопровождается падением концентрации кислорода в нем до нижнего предела указанного интервала, приводит к снижению скорости нагрева шихты и образованию зародьппей жидкой фазы в ней в результате торможения процесса горения частиц тведого топлива и снижения массового притока теплоносителя.

Определяющей процесс спекания в 40 начальном периоде агломерации является продолжительность пребывания материала в зонах нагрева и выдержки, т.е. продолжительность формирования фронта спекания. По экспериментальным 45 данным она составляет 50-60 с и должна корректироваться опытным путем в конкретных шихтовых условиях. Для обеспечения максимальной скорости образования фронта реакции, протекаю-50 щей в зоне выдержки, продолжительнос ь пребывания материала здесь долж на быть равна 30-35 с, что составляет

0,58-0,60 суммарной продолжительности пребывания материала в зонах нагрева и выдержки, т.е. отношение времени пребывания материала в зоне нагрева к таковому в зоне выдержки должно быть 1:(1,45-1,55).

В табл. 1 приведено влияние режима внешней тепловой обработки в зонах нагрева и выдержки на качество агломерата.

Как показали экспериментальные данные (табл. 1) прн суммарной продолжительности пребывания. спекаемого слоя в зонах нагрева и выдержки менее 50 с жидкофаэное спекание в агло" мерируемом слое получает ограниченное развитие, что сопровождается получением спека низкой прочности. Увеличение суммарной продолжительности нагрева и выдержки сверх 60 с приводит к возникновению явления локального перегрева, сопровождающегося развитием процесса самопроизвольного разрушения и понижением качества агломерата. Поддержание средних значений длительности выдержки и соответствия изменений температуры выдержки суммарной продолжительности внешней тепловой обработки в зонах нагрева и выдержки обеспечивает высокое качество агломерата. Например, температуре 1325 С и продолжительности 50 с соответствует максимальное значение прочности агломерата на удар (69,17).

Если увеличение суммарной продолжительности нагрева и выдержки при уменьшении температуры в зоне выдержки на 1 С составляет более 0,3 с, наблюдается явление самопроизвольного разрушения спека в связи с локальным перегревом слоя, если менее

0,2 с — качество агломерата понижается в связи с недостаточным развитием жидкофазного спекания в результате снижения интенсивности теплообмена.

Согласно данным табл. 1 при уменьшении температуры в зоне выдержки до о

1275 С снижение от среднего значения (1320 С) составляет 45 С, среднее значение увеличения продолжительности равно 0,25 с, следовательно суммарная продолжительность пребывания ма— териала в зонах нагрева и выдержки должна составить 66,25 с. На пересечении строки 1275 С и столбца 70 с табл. 1 находим значение прочности агломерата на удар, которое свиде тельствует о довольно хорошем качестве агломерата„ Прочерки в табл. 1 соответствуют соотношениям температуры и продолжительности, при которых наблюдается самопроизвольное разрушение спека.

129ч 850

В табл. 2 приведены показатели прочности агломератов, полученных для различных значений указанных соотношений при выбранной средней величине суммарной продолжительности пребывания материала в зонах нагрева и выдержки, равной 55 с.

Скачкообразное понижение температуры теплоносителя и коэффициента расхода кислорода, подаваемого на сжигание газообразного топлива и определяющего содержание кислорода в теп.— лоносителе, при переходе материала из зоны выдержки в зону охлаждения вызвано, с одной стороны, необходимостью достижения максимальна возможной продолжительности пребывания материалов в зоне высоких температур, а с другой — необходимостью исключения локального перегрева опекаемой шихты, вызывающего формирование саморазрушающихся объемов спека.

Нижний предел указанного интервала температур теплоносителя (800 С) в зоне охлаждения выоран, исходя из необходимости сохранения спеченным материалом пластичных свойсТв, т.е. обеспечения воэможности релаксации термических напряжении первого рода, 30 возникающих при скачкообразном изменении температур спека. При понижении температуры ниже указанного предела наблюдается переход материала в хрупкое состояние, образование тре- 35 щин в результате действия термического удара. При увеличении температуры выше 1100 С и слабоокислительном потенциале теплоносителя в агламерируемом слое наблюдается черезмерное раэ- 40 витие восстановления оксидов железа и, как следствие, образование большого количества расплава, снижающего пористость и восстановимость агломерата. 45

Сжигание газообразного топлива после скачкообразного понижения коэффициента расхода кислорода до 1,0-1,1 вызвано необхоцимостью предотвращения горения топлива шихты в зоне охлажде- Я ния, вызывающего локальный перегрев и потерю прочности материалом спека.

В укаэанном интервале коэффициентов расхода кислорода, содержание его в теплоносителе составляет 0-2,1Х, что позволяет предотвратить горение топлива шихты. При коэффициенте расхода кислорода менее i 0 теплоноситель обладает восстановительным потенциалом, в с.-(ае черезмерно развиваются процессы васгтановления и образования в этой связи жидкой фазы, приводящие к понижению качества агломерата. Кроке того, наблюдается недожиг топлива и повышение концентрации

СО в атходяшем газе. При коэффициенте расхода кислорода более 1,1 (например, 1,2-1,3) содержание кислорода в тепланасителе увеличивается до ч,0-5,5Х, создаются благоприятные условия для сгорания топлива в слое, предварительно нагретом в предыдущих зонах и, несмотря на пониженную до

800-1100 С температуру теплоносителя, происходит локальный перегрев спекаемого материала, наблюдается самопроиз. вольное разрушение спека и снижение качества агломерата.

Продолжительность пребывания спекаемого материала в зоне охлаждения, равная 1,08-1,1 суммарной продолжительности пребывания материала в зонах нагрева и выдержки (55-65 с), вызвана необходимостью создания условий для перемещения тепловой волны вглубь слоя, формирования тем самым в начальном периоде агломерации спека высотой 60-80 мм, достаточной для обеспечения несбхадимаго уровня регенерации тепла H основном периоде спекания, испальзсвания твердого топлива в качестве как восстановителя, так и источника тепла и развития спекания в основном периоде агломерации из восстановленного материала, Уменьшение продолжительности пребывания агломерируемага слоя в зоне охлаждения да значений, меньших 55 с, приводит к интенсивному окислению железа низших оксидов да гематита, сгоранию нагретого топлива шихты с подьемом температуры ца 1400-1450 С вокруг частиц топлива к локальному перегреву нижележащих слоев спеченного материала и снижению качества большей массы агломерата.

Увеличение продолжительности внешней тепловой обработки слоя в укаэанном режиме сверх 65 с приводит к растягиванию высокотемпературной зоны из-за опережающего движения фронта теплопередачи и снижению производительности агломашины.

Продолжительность пребывания агломерируемого слоя в зоне охлаждения, как показали экспериментальные данные. связана со скоростью фильтрации теп5 129 лоносителя, определяющей интенсивность теплообменных и физико-химических процессов в спекаемом слое, и ока эывают влияние на качество агломерата (табл. 3).

Уменьшение продолжительности пребывания спекаемой шихты в зоне охлаждения менее чем на 4 с при увеличении скорости фильтрации на 0,1 м/с приводит к снижению качества агломерата в связи с чреэм рным развитием восстановительных процессов и растягиванием высокотемпературной зоны в результате разбаланса скоростей горения и теплопередачи, а уменьшение более чем на 6 с приводит к снижению качества агломерата в связи с локальным перегревом спекаемого материала.

Так, при средних значениях прочих признаков н выдерживании указанных соотношений скорости фильтрации теплоносителя в зоне охлаждения и продолжительности пребывания материала здесь агломерат обладает довольно высокой прочностью на удар (табл. 3), Например, при пересечении соответствующей скорости фильтрации 0,5 м/с и продолжительности 55 или 60 с нарушение этого соответствия приводит к снижению прочности агломерата, Например при увеличении скорости фильтрации до 0,7 м/с рост от среднего значения 0,4 м/с составляет 0,3, при этом продолжительность должна умень шиться при среднем значении снижения

5 с на 15 с. т.е. до 45 с. Скорости фильтрации 0,7 м/с и продолжительности 45 с соответствует прочность на удаЬ 68.6Х.

В идентичных условиях на лабораторной агломерационной установке проводят серии экспериментов, в каждой из которых варьируют предлагаемые параметры в указанных пределах, а также выходят за них.

Сопоставительный анализ свойств агломерата, полученного в результате экспериментов, представлен в табл,4, Полученные данные показывают, что высокая прочность агломерата на ,удар в первой серии экспериментов

4850 6 достигается при срепних значениях параметров, а во второй и третьей сериях — экспериментально установленных соотношениях.

10

Таким образом, реализация предлагаемого способа спекания офлюсованных шихт в начальном периоде агломерации позволяет значительно повысить прочность агломерата на удар (фр.

+5 мм) и на истирание (фр. -5 мм).

Ф о р м у л а и э о б р е т е н и я

Способ спекания офлюсованных шихт, включающий сушку, нагрев, изменение по длине зажигания теплотворной способности сжигаемого над слоем газа и температуры теплоносителя, поддерживая ее в зоне выдержки в интервале

1250-1330 С, а концентрацию кислорода в продуктах сгорания в пределах

4-18Х отличающийся тем, что, с целью повышения качества агломерата верхней части спека, температуру теплоносителя в зоне нагрева поддерживают в пределах 1100- 1250 С, устанавливают суммарную продолжи— тельность 3QH нагрева и выдержки равной времени формирования фронта спекания при соотношении времени пребывания материала в этих зонах как

1:(1,4-2) для температуры в зоне выдержки 1310-1330 С, причем при уменьшении этой температуры на каждый градус суммарную продолжительность зон нагрева и выдержки увеличивают на 0,2-0,3 с, а температуру теплоносителя и коэффициент расхода кислорода, подаваемого на сжигание газообразного топлива в зоне охлаждения поддерживают в пределах 800- 1100 C и 1,0-1,1 соответственно, а время пребывания материала в этой зоне устанавливают равным 1,08-1,1 времени суммарной продолжительности пребывания материала в зонах нагрева и выдержки при скорости фильтрации теплоносителя 0,3-0,5 м/с, которую при увеличении скорости фильтрации на каждую 0,1 м/с уменьшают на 4-6 с.

1294850

Т а б л и и а 1

Суммарная продолжительность внешней тепловой обработки в зонах нагрева и выдержки, С (отношение продолжительностей нагрева в каждой из этих зон) 67,6/6,.0

68,0/4,7

68,2/4,9

1350

67,5/5,0, 66,8/5,5

69,1/4,3 68,8/4,7

1325

1 300.

68,7/4,8 68,2/4,3

67,9/5,0

67,7/6,3 68,5/4,7

66,0/6,2

1275

68,0/6,7 68,2/5,0

67,8/5,8 65,9/5,8

1250

64,7/6,7

65,8/5,9

1200

П р и м е ч а н и е. Числитель — прочность на удар; знаменатель — прочность на истирание.

Таблица 2

Отношение продолжительности нагрева и выдержки (доли)

1: 1, 40 1: 1, 45 1: 1 у 55

Показатели

1:1,50

1:1,60

Время нагрева, с 23,0

21,8

22,2 22,0

21,0

Время выдержки, с 32,0

33,2

34,0

33,0

32,8

Прочность на удар.Х 66,0

68,7

67,6

69,8

68,2

4,8

5,6

4,7

4,9

6,2

Температура теплоносителя в зоне выдержки, С на истирание, 7

50 (1: i 45) 60 70 80 90 (1:1,55) (1:1,60) (1:1,60) (1:1,60) 67,6/5,6

67,1/5,5

1294850

Таблица3 ачество: агломерата при продолжительности пребывания материала в зоне охлаждения, с

55 60

75

А

6,2

58 8 а

6,7

62 1

5,9

64 1

5,5

68 1

4,9

65 2 а

5,8

61 7 л.

5,6

68 6 х

4,3

63 1

6,2

67 9 а

4,6 бб 8

5 0

64 3

А6,0

61 8

6,1

0,7

64 4

5,8

68 8 ь

6,0

2..

68 5

4,7

67 5

А5,2 бб 6

5,6

0,5

62 4 2

6,0

59 8

5,5

65 2

5 8

68 6

4,9

68 2,2.

591

6? 2

4,7

0,3

П р и м е ч à H и е. Числитель — прочность на удар; знаменатель — прочность на истирание.

Т а б л н ц а 4

Серия эксперимента

Показатели

По извест- I ному способу

ТХТ IV V

Температура теплоносителя в зоне нагрева, С

700

Температура в зоне выдержки 1300

Суммарная продолжительность внешней тепловой обработки в зонах. нагрева и выдержки, с 85

60 80

50 90 30

Температура в зоне охлаждения, С

950 1100 800 1200 700

700

Коэффициент расхода кислорода, подаваемого на сжигание, газообразного топлива в зоне охлаждения

105101,11409

1 5

Продолжительность пребывания материала в зоне охлаждения, с 35

55 50 70

60 65

Скорость фильтрации тенлоносителя в зоне охлаждения, м/с

51 1

7,2

1175 1100 1250 900 1260

1310 1250 1330 1200 1350

1294850!

Продолжение табл.4

Показатели

Серия эксперимента! Tl ному способ

Скорость фильтрации теплоносителя в зоне охлаждения, м/с

0,4 0,3 0 5 0,6 0,7

68,7 67,5 68,9 66,1 62,1

65,3 прочность на истирание, фр. -0,5 мм,X.4,8 5,1 4,7 5,5 5,8

5,4

Составитель Л.Шашенков

Редактор Н.Егорова Техред Л.Олейник. Корректор Л.Патай

Заказ 564/28 Тираж 605 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Качество агломерата прочность на удар фр, +5 мм, 7.

По изв ес т0,4

1 I