Шихта для производства окатышей из титаномагнетитовых концентратов

Изобретение относится к подготовке сырья к доменному переделу, в частности к производству окатышей из титаномагнетитовых концентратов. Шихта для производства окатышей включает титаномагнетитовый концентрат, связующее, флюс и упрочняющую добавку. В качестве упрочняющей добавки шихта содержит оксид марганца (MnO) в количестве, обеспечивающем его отношение к количеству окиси кальция в шихте 0,05-0,3, при поддержании основности в пределах 0,1-1,5. Изобретение способствует повышению прочности связки окатышей при восстановлении, снижая тем самым степень их разупрочнения и разрушения. 1 табл.

 

Изобретение относится к подготовке сырья к доменному переделу, в частности к производству окатышей из титаномагнетитовых концентратов.

Известно, что при доменной плавке титаномагнетитов (окатышей и агломерата) в шихту добавляют оксиды марганца. Это решает одну из важных проблем: титанистые шлаки получаются более текучими, что облегчает их выпуск. Большая текучесть шлака обусловлена тем, что наличие ионов марганца стабилизирует валентность ионов титана, равную четырем, и тормозит их восстановление до трехвалентного состояния с образованием вязких шлаков.

Известна шихта для производства окатышей из титаномагнетитовых концентратов, содержащая связующие и флюсущие добавки в количествах, обеспечивающих содержание оксидов кальция, кремния, магния и титана в готовых окатышах, удовлетворяющих следующему соотношению CaO/SiO₂=(1,2-1,3)-(0,20-0,25)(MgO+TiO₂-1), где (1,2-1,3) - значение отношения CaO/SiO₂ при содержании MgO+TiO₂=1 мас.% (пат.RU 2114922 С1, опубл. 1998.07.10), что позволяет получить прочные окатыши, обжигаемые в интервале температур 1150-1375°С.

Наиболее близким техническим решением является шихта для производства окатышей из титаномагнетитовых концентратов, в которой упрочнение окатышей при восстановительно-тепловой обработке достигается за счет ввода упрочняющей добавки - кремнисто-баритовой руды, обеспечивающей соотношение оксидов TiO₂:CaO:BaO:SiO₂ в пределах 1:(1,97-2,10):(0,02-0,6):1,20-1,80) авт.св. 1339151 А1, опубл. 23.09.1987. Способ предусматривает также регулирование температуры обжига окатышей в зависимости от содержания упрочняющей добавки.

Указанные выше технические решения не затрагивают проблем комплексной переработки титаномагнетитовых руд, связанных с рядом трудностей, состоящих как в получении качественного железорудного сырья, так и его последующей доменной переработке.

Технической задачей, на которую направлено предлагаемое изобретение, является получение качественного сырья для доменной переработки и повышение технико-экономических показателей доменной печи.

Поставленная задача решается тем, что шихта для производства окатышей включает титаномагнетитовый концентрат, связующее, флюс и упрочняющую добавку, отличается тем, что в качестве упрочняющей добавки она содержит оксид марганца (МпО) в количестве, обеспечивающем его отношение к количеству окиси кальция в шихте 0,05-0,3 при поддержании основности в пределах 0,1÷4,5.

Как уже указывалось выше известно, что для повышения качества и, особенно, металлургических свойств окатышей обычно используют флюсующие добавки. Однако опыт постановки и решения подобных задач на ряде российских и зарубежных предприятий показывает, что важнейшим фактором, определяющим качество железорудного сырья, является его структура. Одним из путей ее совершенствования является выбор оптимальной основности окатышей. Для окатышей из титаномагнетитовых концентратов такой подход не всегда применим, поскольку ионы титана приводят к ослаблению ферритных и силикатных связок в процессе восстановления. В результате прочность при восстановлении таких окатышей оказывается ниже требуемых значений. Поэтому офлюсование окатышей из титаномагнетитовых концентратов приводит к снижению их металлургических свойств и, соответственно, технико-экономических показателей работы доменных печей, Так, например, при переработке титаномагнетитов в условиях Нижнетагильского металлургического комбината используют неофлюсованные окатыши и агломерат высокой основности (CaO/SiO₂)≈2,2. Это приводит к нарушению шлакообразования и снижению стойкости гарнисажа. С целью стабилизации процессов формирования первичного шлака и устойчивости гарнисажа при форсированной работе доменных печей возникает необходимость использовать офлюсованные окатыши, однако, по вышеприведенным причинам, эта задача остается нерешенной.

Известно, что восстановительный процесс в окислах железа сопровождается значительными ассиметричными деформациями кристаллов особенно на стадии «гематит - магнетит». Это приводит к трещинообразованию, разупрочнению и разрушению рудных фаз и значительной потере прочности всего окатыша. Сохранить его целостность возможно лишь путем прочной связки, которая является каркасом окатыша, цементирует разные частицы и препятствует его разрушению при восстановлении в верхних горизонтах доменной печи. Поэтому одним из способов решения этой задачи является модифицирование структуры окатыша путем введения добавок, стабилизирующих связку окатыша, обеспечивающих повышение ее прочности при восстановлении.

На основании физико-химического анализа свойств системы Fe₂O₃-SiO₂-СаО выявлено, что добавки ионов Mn могут приводить к снижению температуры плавления этой системы в ходе восстановительного процесса посредством увеличения прочности связки. Таким образом, добавки оксида марганца (MnO) должны способствовать повышению прочности связки окатышей при восстановлении, снижая тем самым степень разупрочнения и разрушения последних.

Исходя из этой концепции была проведена серия лабораторных и полупромышленных испытаний. Их результаты приводятся ниже.

Результаты лабораторных и опытно-промышленных исследований.

Шихту готовили из смеси титаномагнетитового концентрата, связующего, известняка и добавки, содержащей MnO. Состав шихт для исследования варьировался по отношениям MnO/СаО (от 0,01 до 0,5) и по основности CaO/SiO₂ (от 0,1 до 1,5). Всего было подготовлено 50 опытных шихт, из которых на лабораторном окомкователе производились окатыши. Последние загружались в пробники, устанавливались на слой окатышей промышленной обжиговой машины и подвергались термообработке по заданному режиму, который во всех опытах оставался неизменным. После термообработки окатыши извлекались из пробников и подвергались испытаниям прочности на сжатие (Р). Во всех 50-ти пробах не удалось выявить различия Р, превышающего погрешность определения. Далее на установке НПВП ТОРЭКС определяли металлургические свойства окатышей - прочность при частичном (30%) восстановлении и восстановимость. Одна серия опытов проводилась при температуре восстановления 600°С, другая - при 900°С. По причине качественного соответствия результатов, полученных по двум сериям, приводятся только результаты серии 1 (таблица). Анализ данных, приведенных в таблице, позволяет определить оптимальный интервал отношений содержания оксидов марганца и кальция: от 0,05 до 0,30. При этом оптимальный интервал основности составляет 0,1-1,5.

Таблица. Результаты испытаний прочности при восстановлении (Р, кг/окат) и восстановимости (В, 103·с-1)
	МпО/СаО
0,01	0,02	0,05	0,10	0,15	0,20	0,25	0,30	0,40	0,50
0,1	Р	65	71	84	98	115	122	92	86	80	74
В	1,1	1,1	1,1	1,1	1,0	1,0	1,0	0,9	0,9	1,0
0,4	Р	55	63	87	ПО	112	118	104	98	80	72
В	1,0	1,1	1,1	1,0	1,1	0,9	0,9	1,0	1,0	0,9
0,7	Р	62	65	90	115	116	120	115	110	86	70
В	1,2	1,2	1,1	1,1	1,2	1,2	1,3	1,3	1,3	1,3
1,0	Р	50	55	81	106	108	108	103	98	69	50
В	1,4	1,3	1,4	1,5	1,4	1,3	1,4	1,5	1,3	1,3
1,2	Р	45	50	74	91	89	88	86	80	48	42
В	1,5	1,4	1,4	1,5	1,6	1,6	1,5	1,4	1,5	1,5
1,5	Р	40	40	45	49	52	53	50	39	35	35
В	1,5	1,5	1,4	1,6	1,6	1,6	1,5	1,4	1,6	1,6

Шихта для производства окатышей, включающая титаномагнетитовый концентрат, связующее, флюс и упрочняющую добавку, отличающаяся тем, что в качестве упрочняющей добавки она содержит оксид марганца (MnO) в количестве, обеспечивающем его отношение к количеству окиси кальция в шихте 0,05-0,3, при поддержании основности в пределах 0,1-1,5.