Способ спекания агломерационной шихты

 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к агломерационному производству, и может быть использовано в системе автоматического управления агломерационным процессом. Способ включает составление шихты из магнетитовых тонкозернистых концентратов с высоким содержанием Fe≥63%, окисленных руд, железосодержащих отходов в виде колошниковой пыли, агломерационного, конвертерного и доменного шламов, окалины, сырых флюсов в виде известняка и доломита, обожженной извести, твердого топлива в виде коксика и/или углей разных марок, возврата, ее смешение, окомкование и загрузку на агломашину одним или двумя слоями с различным соотношением по массе и разным содержанием в каждом из них углерода топлива, последующее зажигание, спекание и механическую обработку спека. Определяют гранулометрический состав окомкованной шихты и содержание сырых флюсов в шихте, а содержание топлива в общей шихте задают исходя из установленного для него соотношения. Изобретение позволяет увеличить удельную производительность агломашины, прочность агломерата и уменьшить удельный расход топлива и металлошихты благодаря оптимизации и стабилизации теплового режима спекания шихты. 3 табл.

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к агломерационному производству, и может быть использовано в системе автоматического управления агломерационным процессом.

Наиболее близким по технической сущности является способ расчета удельного расхода топлива, изложенный в Методических указаниях по определению нормативов расхода топлива при производстве железорудного агломерата ("Методические указания по определению нормативов расхода топлива в производстве железорудного агломерата...". Отраслевой стандарт. РД 14-25-230-88. - М.: МЧМ СССР, 1988). Согласно указанной методике удельный расход топлива ("норматив") определяется по формуле

где b_н - нормативный удельный расход топлива, кг/т агломерата; b_эксп - расход твердого топлива, определенный экспериментально на аглочаше, кг/т агломерата; b_i - экономия (перерасход) твердого топлива при изменении i-й составляющей шихты или i-го технологического параметра, кг/т агломерата.

Недостатки этого способа заключаются в следующем.

1. Способ позволяет определять удельный расход топлива в виде отклонения от базового значения и не позволяет определить абсолютное значение этой величины.

2. Определение базового значения удельного расхода топлива на аглочаше содержит определенную погрешность, обусловливаемую недостаточно отработанными критериями подобия лабораторных спеканий со спеканиями на агломашине.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении удельной производительности агломашины, прочности агломерата и в снижении удельного расхода топлива и металлошихты благодаря оптимизации и стабилизации теплового режима спекания шихты.

Указанный технический эффект достигают тем, что способ спекания включает составление шихты из магнетитовых тонкозернистых концентратов с высоким содержанием Fe≥63%, окисленных руд, железосодержащих отходов в виде колошниковой пыли, доменного и конвертерного шламов, окалины, сырых флюсов в виде известняка, доломитизированного известняка и доломита, обожженной извести, твердого топлива в виде коксика и/или разных марок углей, возврата, ее смешение, окомкование и загрузку на агломашину одним или двумя слоями с различным соотношением шихты по массе и разным содержанием в каждом из них углерода топлива, последующее зажигание, спекание и механическую обработку спека путем дробления, грохочения и охлаждения.

Содержание топлива в шихте задают исходя из соотношения

где С_т - содержание углерода топлива в шихте, представляющее собой суммарное количество углерода, вносимое в шихту топливом в виде коксика и/или разных марок углей, а также с Fe-содержащими отходами в виде колошниковой пыли и шламов (агломерационного, доменного и конвертерного производств), мас.%:

М_фл - содержание сырых флюсов в шихте, мас.%;

FeO - содержание FeO в агломерате, мас.%;

d_экв - средний диаметр гранул окомкованной шихты, рассчитанный как среднегармоническая величина по результатам ситового анализа:

где P - масса пробы окомкованной шихты, кг; р_i, р_i+1, ..., р_i+n - масса шихты классов i, i+1, ..., i+n, кг; d_i, d_i+1, ..., d_i+n - средние диаметры гранул классов соответственно i, i+1, ..., i+n, мм; n - количество классов (n≥5);

0,0321 - коэффициент, мм^-1;

15,837 - коэффициент, %;

0,144, 0,147 - коэффициенты (безразмерные);

k - эмпирический коэффициент, равный (0,5-2,0)%.

При двухслойной загрузке шихты содержание топлива в шихте каждого слоя рассчитывают по формулам:

где (С_т)^в, (С_т)^н - содержание углерода топлива в шихте соответственно верхнего слоя и в шихте нижнего слоя, мас.%; ρ - коэффициент, отражающий количество шихты, загруженное в верхний слой, выраженный в долях по отношению всей шихты, безразмерный; z - коэффициент (безразмерный), отражающий средневзвешенное соотношение углерода топлива, распределенное по слоям шихты, рассчитываемый по формуле:

где 1,9 - коэффициент, безразмерный;

β - коэффициент, равный 0,15-0,35, безразмерный.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Агломерационную шихту составляют из тонкозернистых магнетитовых концентратов с содержанием Fe≥63%, окисленных руд, железосодержащих отходов в виде колошниковой пыли, агломерационного, доменного и конвертерного шламов, окалины, сырых флюсов в виде известняка, доломитизированного известняка и доломита, обожженной извести, твердого топлива в виде коксика и/или разных марок углей и возврата.

Составленную шихту смешивают, увлажняют и окомковывают при заданных параметрах по влажности шихты, скорости вращения барабанного окомкователя и шихтовой нагрузки. Окомкованную шихту загружают на агломашину ленточного типа одним или двумя слоями при различном массовом соотношении шихты и разном содержании топлива в шихте каждого слоя. Спекание шихты осуществляют путем просасывания воздуха через слой шихты за счет создания разрежения под колосниками спекательных тележек. Спеченную шихту-спек подвергают дроблению и грохочению. Агломерат (надрешетный продукт +5 мм) охлаждают и направляют в доменный цех.

Ситовый анализ окомкованной шихты осуществляют периодически при изменении, например, состава шихты. Рассев производят на ситах с модулем шкалы 1,44-2: минимальный размер выделяемого класса < (0,74-0,44) мм, количество классов n≥5. Средний диаметр гранул окомкованной шихты - d_экв рассчитывают как среднегармоническую величину по формуле (3).

В табл.1 приводятся 3 примера результатов ситового анализа окомкованной шихты и рассчитанные значения d_экв (аглофабрика ОАО "НЛМК", барабанный окомкователь 3,2×12,5 м).

Пример расчета требуемого содержания углерода топлива в шихте.

Исходные (заданные) условия: М_фл=8,00%; FeO=10,00%; k=0,75%. Подставив в соотношение (2) соответствующие значения, получим:

Опыт №1:

С_т=0,144·10,00+0,0321(10,00+15,837)2,53+0,147·8,00-0,75=3,96%.

Опыт №2:

С_т=0,144·10,00+0,0321(10,00+15,837)3,08+0,147·8,00-0,75=4,43%.

Опыт №3:

C_т=0,144·10,00+0,0321(10,00+15,837)3,50+0,147·8,00-0,75=4,77%.

При загрузке шихты двумя слоями дополнительно определяют требуемое содержание углерода топлива в шихте каждого слоя.

Пример расчета содержания углерода топлива в шихте по слоям загрузки на агломашину

Исходные (заданные) условия: содержание углерода топлива в общей шихте С_т=3,96% (опыт №1); доля шихты верхнего слоя составляет ρ=0,45; β=0,20.

z=1,9 ρ+β=1,9·0,45+0,20=1,055.

Проверка общего количества углерода в шихте:

С_т=0,45·4,52+0,55·3,505=2,034+1,927=3,962=3,96%,

где 0,45 и 0,55 - доля шихты, загружаемой на агломашину верхним слоем и нижним слоем, соответственно; 2,034 и 1,925 - средневзвешенное количество углерода топлива, содержащееся в шихте соответственно верхнего слоя и нижнего, %. Коэффициент z отражает отношение этих величин

z=2,034/1,927=1,055.

По данным технического анализа используемого топлива рассчитывают расход топлива на спекание шихты (Т=100 С_т/С^d, где Т - содержание топлива, например коксика, в шихте, %; ^d - содержание углерода в сухом состоянии топлива, % ). Величина С_т представляет суммарное количество углерода в шихте независимо от вида источника поступления, например, углерод коксика и/или разных марок углей, а также углерод, поступивший в шихту с Fe-содержащими отходами в виде колошниковой пыли, доменного и других шламов.

Содержание сырых флюсов в шихте задают исходя из условия получения агломерата требуемой основности, определяемой по отношению CaO/SiO₂, (СаО+MgO)/SiO₂ при заданном содержании MgO с учетом расхода извести. Содержание FeO в агломерате задают техническими условиями на производство агломерата из шихты данного состава: при производстве офлюсованного агломерата из тонкозернистых магнетитовых концентратов FeO=9,00-15,00%.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков предлагаемого способа с признаками известных технических решений, на основании чего делается вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Ниже приводится пример осуществления изобретения, не исключающий другие варианты в пределах формулы изобретения.

Пример. Рудная часть шихты состоит из следующих компонентов, мас.%:

Концентраты:

лебединский 22,3

стойленский 36,5

губкинский 21,7

руда стойленская 11,4

железосодержащие отходы

агломерационный шлам 4,3 8

колошниковая пыль 1,20

доменный шлам 1,78

окалина 0,74

итого 100,0

Химический состав рудной смеси, мас.%:

В качестве сырых флюсов используют смесь из студеновского известняка и данковского доломитизированного известняка в соотношении соответственно 2:1. Топливом служит коксик: С^d - 80,00%; V^d - 1,50%; S^d_i - 0,50%; А^d - 18,00%.

Расход сырых флюсов задают исходя из условия получения агломерата заданной основности: CaO/SiO₂=1,15 и заданного содержания MgO=1,60%.

Составленную шихту смешивают, увлажняют и окомковывают при заданных параметрах по влажности шихты, скорости вращения барабанного окомкователя и шихтовой нагрузки. Путем ситового анализа определяют гранулометрический состав окомкованной шихты, по результатам которого рассчитывают средний диаметр гранул окомкованной шихты - d_экв.

Окомкованную шихту загружают на агломашину одним или двумя слоями при различном массовом соотношении шихты и разном содержании топлива в шихте каждого слоя. Спекание шихты осуществляют на агломашине ленточного типа путем просасывания воздуха через слой шихты за счет создания разрежения под колосниками спекательных тележек. Спеченную шихту-спек подвергают дроблению и грохочению. Агломерат (надрешетный продукт +5 мм) охлаждают и направляют в доменный цех.

Содержание топлива в шихте задают исходя из соотношения:

С_т=0,144FeO+0,0321(FeO+15,837)d_экв + 0,147 М_фл - k, %,

где С_т - содержание углерода топлива в шихте, представляющее собой суммарное количество углерода, вносимое в шихту топливом в виде коксика и/или разных марок углей, а также углерод, который содержится в Fe-содержащих отходах (в колошниковой пыли, в агломерационном и доменном шламах), мас.%; М_фл - содержание сырых флюсов в шихте, мас.%; FeO - содержание FeO в агломерате, мас.%; 0,0321 - коэффициент, мм^-1; 15,837 - коэффициент, %; 0,144, 0,147 - коэффициенты (безразмерные); k - эмпирический коэффициент, равный (0,5-2,0) %; d_экв - средний диаметр гранул окомкованной шихты, рассчитанный как среднегармоническая величина по результатам ситового анализа, мм.

Формула для расчета d_экв имеет следующий вид:

где Р - масса пробы окомкованной шихты, кг; p_i, p_i+1, ..., р_i+n - масса шихты классов i, i+1, ..., i+n, кг; d_i, d_i+1, ..., d_i+n - средние диаметры гранул классов соответственно i, i+1, ..., i+n, мм; n - количество классов (n≥5).

Пример иллюстрирует два способа загрузки шихты на агломашину: однослойную и двухслойную.

При двухслойной загрузке шихты содержание углерода топлива в шихте каждого слоя рассчитывают по формулам:

где (С_т)^в, (С_т)^н - содержание углерода топлива в шихте соответственно верхнего слоя и в шихте нижнего слоя, мас.%; ρ - коэффициент, отражающий количество шихты, загруженное в верхний слой, выраженный в долях по отношению всей шихты, безразмерный; z - коэффициент (безразмерный), отражающий средневзвешенное соотношение топлива, распределенное по слоям шихты, рассчитываемый по формуле

z=1,9·ρ+β,

где 1,9 - коэффициент, безразмерный; β - коэффициент, равный 0,15-0,35, безразмерный.

В табл.2 приведены примеры осуществления заявляемого способа при однослойной загрузке шихты на агломашину, в табл.3 - при двухслойной.

В примерах №1 и №5 (табл.2) содержание углерода топлива в шихте не удовлетворяет требованию оптимального теплового режима спекания шихты с заданными параметрами по крупности (d_экв=3 мм), количеству сырых флюсов в шихте (М_фл=8,5%) и содержанию FeO в агломерате. В примере №1 С_т превышает регламентируемое способом количество углерода топлива в шихте: С_т>(4,68-3,18)%; в примере №5, наоборот, С_т<(4,68-3,18)%. В первом случае содержание углерода топлива определяли при значении коэффициента k<0,50, во втором - при k>2,00. Вследствие того, что содержание углерода топлива в шихте не соответствует оптимальным значениям, регламентируемым заявляемым способом, технико-экономические показатели процесса спекания в этих примерах уступают по всем сравниваемым параметрам - по удельной производительности, удельному расходу топлива, по прочности и стабильности теплового режима спекания - с примерами технологий №2, 3 и 4.

Так же, как в табл.2, в табл.3 примеры №1 и №5 иллюстрируют варианты технологий спекания шихты, когда содержание углерода топлива в шихте верхнего слоя - (С_т)^в и в шихте нижнего слоя - (С_т)^н не соответствуют оптимальным величинам: в примере №1 коэффициент β<(0,15-0,35), в примере №5 - β>(0,15-0,35). Вследствие этого в этих примерах технико-экономические показатели (удельная производительность, удельный расход топлива и прочность агломерата) уступают значениям этих показателей в примерах технологий №2, 3 и 4. Причиной этому является стабилизация и оптимизация теплового режима спекания за счет рационального распределения углерода топлива по слоям шихты. На более высокий уровень стабилизации теплового режима спекания в примерах №2, 3 и 4 указывают значения среднеквадратичных отклонений по содержанию FeO: 0,891% и 1,155%, 1,136% в примерах №1, 5, соответственно.

Формула изобретения

Способ спекания агломерационной шихты, включающий составление шихты из магнетитовых тонкозернистых концентратов с высоким содержанием Fe≥63%, окисленных руд, железосодержащих отходов в виде колошниковой пыли, агломерационного, доменного и конвертерного шламов, окалины, сырых флюсов в виде известняка, доломитизированного известняка и доломита, обожженной извести, твердого топлива в виде коксика и/или разных марок углей, возврата, ее смешение, окомкование и загрузку на агломашину одним или двумя слоями с различным соотношением шихты по массе и разным содержанием в каждом из них углерода топлива, последующее зажигание, спекание и механическую обработку спека путем дробления, охлаждения и грохочения, отличающийся тем, что определяют гранулометрический состав окомкованной шихты, содержание сырых флюсов в шихте, а содержание топлива в шихте задают, исходя из соотношения:

С_т=0,144 FeO+0,0321(FeO+15,837)d_экв.+0,147 М_фл.-k,%,

где С_т - содержание углерода топлива в шихте, представляющее собой суммарное количество углерода, вносимое в шихту топливом в виде коксика и/или разных марок углей, а также с Fe-содержащими отходами в виде колошниковой пыли и шламов агломерационного, доменного и конвертерного производств, мас.%;

М_фл. - содержание сырых флюсов в шихте, мас.%;

FeO - содержание FeO в агломерате, мас.%;

d_экв. - средний диаметр гранул окомкованной шихты, рассчитанный как среднегармоническая величина по результатам ситового анализа: количество классов n≥5, модуль шкалы рассева 1,44-2, мм;

0,0321 - коэффициент, мм^-1;

15,837 - коэффициент, %;

0,144, 0,147 - коэффициенты безразмерные;

k - эмпирический коэффициент, равный 0,5-2,0,%,

а содержание углерода топлива в шихте каждого слоя рассчитывают по формулам:

где (С_т)^в, (Ст)^н - содержание углерода топлива в шихте соответственно верхнего слоя и в шихте нижнего слоя, мас.%;

ρ - коэффициент, отражающий количество шихты, загруженное в верхний слой, выраженный в долях по отношению всей шихты, безразмерный;

z - коэффициент безразмерный, отражающий средневзвешенное соотношение углерода топлива, распределенное по слоям шихты, рассчитываемый по формуле

z=1,9·ρ+β,

где 1,9 - коэффициент, безразмерный;

β - эмпирический коэффициент, равный 0,15-0,35, безразмерный.