Агломерация с использованием усиливающего агента в агломерационной шихте
Изобретение относится к усовершенствованному способу агломерации минеральных руд, используемых в доменной печи. Осуществляют спекание слоя агломерационной шихты, составленного из мелких частиц, содержащих минерал руды и топливо, посредством зажигания смеси для получения пористых спеченных комков, их дробление до соответствующих размеров и охлаждение полученных после дробления частиц. В агломерационную шихту вводят водный раствор сульфата переходного металла или сульфата бария с концентрацией 5-35 частей на миллион в количестве 5-100 мл на тонну агломерационной шихты. Сульфат переходного металла выбирают из группы, состоящей из сульфата меди, сульфата марганца, сульфата железа. Изобретение позволит повысить скорость спекания. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Область техники
Изобретение относится к усовершенствованному способу агломерации минеральных руд, используемых в доменной печи. В частности, изобретение относится к обработке аглошихты водным сульфатом переходного металла для стимулирования спекания.
Уровень техники
Изобретение относится к способу агломерации серосодержащих соединений металлов и оксидов металлов. Оксиды металлов являются подходящим сырьем для доменной печи, в которой проходит восстановление оксидов металла и получение элементарного металла. В частности, изобретение относится к способу стимулирования спекания, согласно которому агломерационную шихту обрабатывают водным сульфатом переходного металла.
При агломерации имеющий небольшую толщину слой мелких частиц спекается за счет теплообмена и объединения частиц. Тепло выделяется при горении твердого топлива, введенного в слой агломерируемой содержащей железо минеральной мелочи. Горение инициируют сжиганием топлива на поверхности слоя, вследствие которого узкая высокотемпературная зона идет через слой за счет принудительной тяги, обычно создаваемой внизу слоя. В этой узкой зоне горения температура поверхности частиц достигает температуры плавления, и составляющие пустой породы образуют полужидкий шлак. Связывание происходит за счет сочетания плавки, роста зерен и разжижения шлака. Выделение летучих веществ из топлива и флюса обеспечивает пенистое состояние, и поступающий воздух резко охлаждает и отверждает область за перемещающейся вперед зоной плавки. Получаемая при этом продукция представляет собой ячеистую массу руды, связанную в шлаковой матрице.
В черной металлургии основным материалом для агломерации является смесь содержащей железо мелочи и твердого, в виде частиц, топлива. Содержащими железо составляющими в основном являются следующие: содержащая железо мелочь, повторно используемая мелочь агломерата и колошниковая пыль, но в числе этих составляющих могут также быть вторичная окалина, пыль из осадителя подовой печи, пыль из кислородно-конверторного производства и аналогичные содержащие железо материалы. Наиболее распространенным твердым топливом является коксовая мелочь, но можно использовать и другие углеродные материалы. Обычной практикой также стало включение известняковой мелочи в агломерационную шихту. Эту композицию из мелких материалов хорошо перемешивают и помещают на агломерационную ленту в виде имеющего небольшую толщину слоя, приблизительная толщина которого обычно составляет от 6 до 20 дюймов. Осуществляют зажигание в печи над слоем, при этом поверхность упомянутого слоя нагревается до 1269-1370°С, инициируется сгорание топлива и поверхностное сплавление мелких частиц. При прохождении воздуха через слой высокотемпературная зона сгорания и сплавления перемещается вниз через слой и создает связанную ячеистую структуру.
Во время этого процесса всасываемый воздух предварительно нагревается горячим агломератом, находящимся сверху зоны сгорания и сплавления, и значительная часть тепла, содержащаяся в продукции сгорания и в избыточном воздухе, передается в слой под зоной сплавления.
Особенности конструкции и компоновки агломерационного оборудования и схемы потоков материалов могут значительно отличаться друг от друга в разных производственных установках. Выбор оборудования, как правило, основывается исходя из нужной производительности, имеющегося пространства, капитальных затрат, рабочих материалов и применяемой технологии. Каждую производственную установку можно подразделить на три определенные рабочие стадии: 1) переработка сырья, 2) производство агломерата и 3) переработка продукции.
На стадии переработки сырья железную руду подвергают грохочению и обогащению, обычно на руднике, и рудное сырье размером менее 10 мм применяют для производства агломерата. На отдельную систему обработки сырья формируется определенный процентный состав материалов - колошниковой пыли, флюсов, коксовой мелочи, заводских отходов и пр. Добавки, включая коксовую мелочь, дробят до размеров менее 3-15 мм для подготовки агломерационной шихты и доставляют непосредственно в шихтовые бункеры. Из шихтовых бункеров нужные материалы подают с регулируемым и определенным расходом на общий сборный конвейер. Для обеспечения однородности используют наслаивание и смешивание сырья, чтобы получить определенный долевой состав материалов для агломерационного слоя. Влагу для соответствующего кондиционирования смеси добавляют во время смешивания и кондиционирования. Смешанное и микрогранулированное сырье подают на агломерационную ленту.
Само производство агломерата полностью происходит на агломерационной ленте. До подачи сырьевой смеси на агломашину укладывают колосниковый слой холодного агломерата промежуточного размера, обычно равного 15-40 мм, с обычной толщиной 25-50 мм. Это делается для снижения температурного воздействия на решетку, при более низких температурах срок службы решетки увеличивается. Этот слой также предназначен для уменьшения количества мелкого материала, проходящего через решетку. Сырьевую смесь подают непосредственно на колосниковый слой для создания слоя с обычной толщиной 300-500 мм. Сырье поджигают горелкой, работающей на жидком или газовом топливе, и процесс спекания начинается. Скорость агломашины (аглоленты) регулируют таким образом, чтобы высокотемпературная зона плавки доходила до колосникового слоя, когда материал достигает разгрузочного конца машины.
После поджигания эксгаустеры принудительно прогоняют воздух через агломерационный слой в воздушные камеры, расположенные под аглолентой, и затем в один или несколько коллекторов, по существу, тем самым обусловливая поджигание с помощью принудительного потока воздуха и плавку агломерационной шихты. Отчистку отходящих газов от пыли выполняют в циклонных сепараторах или в электрофильтрах.
Переработка продукции начинается при выходе с аглоленты, где пористые спеченные куски проходят через дробилку. Крупные спеки дробятся до размеров 200-300 мм, чтобы облегчить охлаждение. Получаемую после дробилки мелочь отсеивают на грохоте и повторно используют в аглошихте. Крупный размер направляют в охладитель для агломерата. Охладитель агломерата обычно представляет собой устройство, которое пропускает воздух через слой горячего агломерата. Охладитель предназначен для понижения температуры агломерата, чтобы затем его можно было обрабатывать без повреждения конвейерного оборудования. После охладителя агломерат проходит холодное грохочение, обычно с рассевом на три фракции. Наименьший размер, обычно менее 5 мм, повторно используется в качестве холодной возвратной мелочи. Промежуточный размер, обычно от 10 до 40 мм, либо повторно используется как колосниковый слой, либо направляется в бункер продукции в зависимости от потребности в материале колосникового слоя. Самый крупный размер направляется сразу в бункер для продукции.
Сущность изобретения
Авторы данного изобретения обнаружили, что введение такого сульфата переходного металла, как сульфат меди или сульфат марганца, в агломерационную шихту повышает скорость спекания. Сульфат переходного металла предпочтительно вводят в виде водного раствора в основную агломерационную шихту или в подготовленный исходный материал.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
Доменная печь является реактором, в котором создается противоток газа и твердого вещества и в котором материалы твердой шихты перемещаются вниз, а горячие восстанавливающие газы при этом идут вверх. Оптимальный контакт между твердым веществом и восстанавливающими газами обеспечивается при наличии газопроницаемой шихты, которая обеспечивает высокий расход газа с минимальным количеством канальных ходов газа. Это основной фактор для агломерации руды и флюса. Минеральную руду дробят, чтобы получить определенные размеры зерен. Рудную мелочь и концентраты (сверхмелкую руду), полученные при дроблении, агломерируют для использования в доменных печах. Химический состав шлака также регулируют, чтобы обеспечить свободно текущий слой шлака. Процесс агломерации мелочи и приготовления флюсов для получения самого оптимального химического состава шлака предусматривает спекание. Для спекания требуются размеры зерен более 2 мм. Из частиц менее 2 мм приготавливают окатыши.
С увеличением доли агломерата или окатышей, загружаемых в доменную печь, увеличивается производительность печи без изменения ее рабочего объема. Помимо этого, наличие однородной шихты улучшает стабильность, эксплуатационные показатели печи и уменьшает расход кокса.
Агломерационную шихту составляют из минеральной руды и заводских отходов, а также флюсов, например флюорита, доломита, коксовой мелочи и твердого топлива. Эту предварительную шихту готовят на этапах наслаивания и смешивания. Регулируемые количества воды добавляют в точном соотношении с другими компонентами, которые потом подвергают окомкованию в барабанном или дисковом грануляторе.
Авторы изобретения обнаружили, что введение водорастворимого или диспергируемого в воде сульфата переходного металла в воду, добавляемую в агломерационную шихту, может стимулировать спекание. Обнаружено, что водная обработка согласно настоящему изобретению ускоряет спекание. Водная обработка согласно изобретению предусматривает применение водорастворимого или диспергируемого в воде сульфата переходного металла или сульфата бария. Переходный металл предпочтительно выбирают из группы, состоящей из меди, марганца, железа, наиболее предпочтительной является медь. Водную обработку можно проводить для основной агломерационной смеси или для подготовленного агломерационного материала перед проведением спекания. При водной обработке предпочтительно используют раствор, содержащий от 5 до 35 частей на миллион сульфата переходного металла, который вводят в основную агломерационную шихту или в подготовленный исходный материал в количестве от 5 до 100 мл на одну тонну материала. Обнаружено, что введение водной обработки согласно настоящему изобретению значительно повышает производительность спекания и увеличивает выход продукции - агломерата.
Изобретение далее поясняется со ссылкой на конкретные примеры. Эти примеры являются только поясняющими и не предназначаются для ограничения объема настоящего изобретения, определяемого его формулой.
Примеры
Водную обработку раствором, содержащим 16-25 частей на миллион сульфата меди, провели для агломерационной шихты, перерабатываемой в агломашине промышленного типа. Рабочие параметры агломашины были следующими: высота слоя (включая подовый слой) 600 мм, подовый слой 40 мм с размером 15-25 мм, время зажигания 120 с, разрежение под колосником 1250 мм водяного столба. Количество применяемого для обработки вещества от 0 (контрольная) до 50 мл на тонну агломерационной шихты. Результаты опытов приведены в таблице. Производительность измеряется количеством получаемого агломерата (в тоннах) на один квадратный метр аглоленты в день. Данные таблицы показывают значительное увеличение производительности, когда при водной обработке использовали 20-50 мл на тонну раствора для обработки основной смеси, либо подготовленного исходного материала.
Время спекания (ВТР) в минутах измерялось по максимальной температуре в воздушной камере. Приводимые в таблице данные показывают, что это время значительно понизилось при добавлении раствора при водной обработке либо исходной шихты, либо подготовленного исходного материала.
| Производительность | Время спекания, мин | |||
| Обработочный материал (мл/т) | Основная шихта | Подготовл. исходный материал | Основная шихта | Подготовл. исходный материал |
| 0 | 36,8 | 36,8 | 25,5 | 25,5 |
| 20,8 | 41,7 | 40,8 | 24 | 22,75 |
| 31,2 | 44,3 | 43,8 | 22,5 | 22 |
| 41,6 | 40,1 | 40,7 | 23,75 | 23,5 |
| 52 | 37,25 | 38,2 | 25,5 | 24,6 |
Для сульфатов других переходных металлов в диапазоне концентрации сульфата переходного металла в водном растворе приблизительно 5-35 частей на миллион при обработке агломерационной шихты водным раствором в количестве приблизительно 5-100 мл на тонну агломерационной шихты также наблюдалось снижение времени спекания примерно на 1-5%.
Изобретение изложено на примере его определенных осуществлений, но для специалистов в данной области техники будут очевидными многие другие варианты и модификации настоящего изобретения. Прилагаемую формулу изобретения и данное изобретение следует рассматривать как включающие в себя все эти очевидные варианты и модификации в рамках идеи и объема настоящего изобретения.
1. Способ агломерации минеральной руды, включающий спекание слоя агломерационной шихты, составленного из мелких частиц, содержащих минерал руды и топливо, посредством зажигания смеси для получения пористых спеченных комков, их дробление до соответствующих размеров и охлаждение полученных после дробления частиц, отличающийся тем, что в агломерационную шихту вводят водный раствор сульфата переходного металла или сульфата бария с концентрацией приблизительно 5-35 частей на миллион в количестве приблизительно 5-100 мл на тонну агломерационной шихты.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сульфат переходного металла выбирают из группы, состоящей из сульфата меди, сульфата марганца, сульфата железа.
