Способ производства агломерата

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве железорудного агломерата для доменного передела. Способ включает загрузку на агломашину слоя шихты, состоящей из железорудных материалов, флюсов, добавок, возврата и твердого топлива, зажигание, спекание, охлаждение и механическую обработку спека с дроблением и грохочением. При этом задают в пределах 10-20 мм и контролируют среднюю эквивалентную по поверхности крупность f_сэ производимого агломерата. Контролируют соотношение выхода надрешетного и подрешетного продуктов его при грохочении. Регулируют среднюю крупность производимого агломерата путем изменения соотношения выхода надрешетного и подрешетного продуктов в зависимости от заданной средней эквивалентной по поверхности крупности f_сэ и поддерживают отношение выхода надрешетного к выходу подрешетного продуктов агломерата на уровне 0,5-0,9. При изменении заданной средней эквивалентной по поверхности крупности агломерата f_сэ на 1 мм в указанных пределах соотношение выхода надрешетного и подрешетного продуктов агломерата изменяют обратно пропорционально на 0,04. Изобретение направлено на получение агломерата с оптимальной величиной средней крупности и высокими физическими свойствами, наиболее полно удовлетворяющего требованиям доменного производства по крупности. 1 табл.

 

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при производстве железорудного агломерата для доменного передела.

Известен способ производства агломерата, включающий загрузку на агломашину слоя шихты, зажигание, спекание, охлаждение, повторный нагрев агломерата до 1100-1150°C и механическую обработку спека, обеспечивающий пределы по крупности используемого агломерата в интервале 5-40 мм (Е.Ф.Вегман, Б.Н Жеребин, А.Н.Похвиснев, Ю.С.Юсфин и др. Производство чугуна. - М.: ИКЦ "Академкнига", 2004, стр.182-183).

Недостатком известного способа является исключение возможности контроля получения агломерата с заданной средней крупностью, что не соответствует требованиям доменного производства.

Известен способ производства агломерата, включающий дробление и грохочение (В.И.Коротич. Основы теории и технологии подготовки сырья к доменной плавке. - М.: "Металлургия", 1978, с.189).

Недостатком известного способа также является исключение возможности получения агломерата с заданной средней крупностью, что не соответствует требованиям доменного производства.

Известен способ производства агломерата, включающий загрузку на агломашину слоя шихты, состоящего из железорудного материала, флюса и топлива, зажигание, спекание, охлаждение и сортировку спека, контроль отношения массовых долей общего железа и монооксида железа (Fe_общ/FeO) в готовом агломерате, корректировку этого отношения путем изменения расхода топлива в зависимости от высоты спекаемого слоя и дополнительную корректировку Fe_общ/FeO в агломерате с учетом изменения основности (патент РФ №2069234, кл. С22В 1/16, опубл. 20.11.1996 г.).

Недостатком известного способа является использование управляющих воздействий на агломерационный процесс без учета влияния средней крупности производимого агломерата на ход доменного процесса.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является способ производства агломерата, включающий загрузку на агломашину слоя шихты, состоящей из железорудных материалов, флюсов, добавок, возврата и твердого топлива, зажигание, спекание, охлаждение и механическую обработку опека, задание базового значения FeO_Б, коррекцию базового значения FeO_Б по фактическим показателям работы агломашины в зависимости от высоты слоя и основности до рационального содержания FeO в готовом агломерате (патент РФ №2246545, кл. С22В 1/20, опубл. 20.02.2005 г.).

Недостатком известного способа также является исключение возможности получения агломерата с заданной средней крупностью, что не соответствует требованиям доменного производства.

Технический результат использования изобретения заключается в получении агломерата с оптимальной величиной средней крупности, обладающего высокими физическими свойствами, наиболее полно удовлетворяющего требованиям доменного производства, увеличение производительности доменной печи, снижение удельного расхода кокса на выплавку чугуна, уменьшение выноса железа с пылью из доменной печи.

Технический результат достигается тем, что в способе, включающем загрузку на агломашину слоя шихты, состоящей из железорудных материалов, флюсов, добавок, возврата и твердого топлива, зажигание, спекание, охлаждение и механическую обработку спека с дроблением и грохочением, дополнительно задают и контролируют среднюю эквивалентную по поверхности крупность f_сэ производимого агломерата, контролируют соотношение выхода надрешетного и подрешетного продуктов его при грохочении, регулируют среднюю крупность f_сэ производимого агломерата путем изменения соотношения выхода надрешетного и подрешетного продуктов в зависимости от заданной средней крупности f_сэ и поддерживают отношение выхода надрешетного к выходу подрешетного продуктов агломерата на уровне 0,5-0,9, а при изменении заданной средней крупности агломерата f_сэ на 1 мм соотношение выхода надрешетного и подрешетного продуктов агломерата изменяют обратно пропорционально на 0,04, причем величину f_сэ устанавливают в пределах 10-20 мм.

При использовании агломерата в доменных печах существует такая его средняя крупность, при которой создаются одновременно благоприятные условия для газодинамики печи, хода восстановления и теплообмена. Для ускоренного нагрева и восстановления до центра кусков агломерата целесообразно уменьшение крупности, а для обеспечения процесса большим количеством газа-восстановителя и газа-теплоносителя в противоточном режиме движения материалов и газов целесообразно увеличение крупности. Поэтому имеется оптимальная средняя крупность агломерата, которую можно задавать, руководствуясь работой доменных печей.

Поскольку существующая технология агломерации не позволяет производить агломерат с абсолютно одинаковыми размерами, существует допустимый интервал крупности.

Таким образом, при производстве агломерата целесообразно обеспечивать заданные величины средней крупности.

Существует оптимальная величина средней эквивалентной по поверхности крупности агломерата f_сэ, которую определяют по зависимости f_сэ=(a ₁+a ₂+а ₃+…+a _n)/(a ₁/f₁+a ₂/f₂+а ₃/f₃+…+a _n/f_n),

где a ₁, a ₂, а ₃, …, a _n - содержание классов в различных пределах крупности агломерата, %;

f₁, f₂, f₃, …, f_n - среднеарифметическая крупность соответствующих классов агломерата, мм.

Агломерат с эквивалентной крупностью имеет поверхность, равную поверхности всей совокупности кусков агломерата по гранулометрическому составу.

Существование оптимальной крупности определяется влиянием ее на газопроницаемость шихты в доменной печи, характеризуемой потерями напора газа, с одной стороны, и влиянием на процессы нагрева и восстановления, с другой стороны.

Зависимость потерь напора газа (h) от крупности агломерата (f_сэ) имеет вид

h=K_г/f_сэ ^1,1÷1,8,

где К - коэффициент, учитывающий влияние других факторов на газопроницаемость.

Тогда зависимость скорости восстановления (W_в) от крупности характеризуется выражением

W_в=К_г·f_сэ ^1,05÷1,35.

Из рассмотрения этого выражения видно, что в условиях, когда процесс лимитируется газопроницаемостью слоя агломерата, происходит рост скорости восстановления с увеличением крупности. Процесс лимитируется газопроницаемостью тогда, когда агломерат является излишне мелким.

Зависимость скорости восстановления от крупности агломерата в условиях, когда газопроницаемость слоя высокая и не ограничивает процесс восстановления, по экспериментальным данным имеет вид

W_в=К_в/f_сэ ^0,2÷0,5.

Видно, что в этих условиях увеличение крупности агломерата замедляет восстановление.

Таким образом, совместное действие крупности агломерата по вышеупомянутым зависимостям приводит к существованию такой ее величины, которая наиболее полно соответствует требованиям доменной плавки. Ее целесообразно задавать и обеспечивать достижение при производстве агломерата.

Нижний предел задаваемой средней крупности агломерата f_сэ, равный 10 мм, согласно вышеупомянутой зависимости определяется увеличением выноса железа из доменной печи с пылью, ухудшением результатов плавки по удельному расходу кокса и производительности в связи со снижением газопроницаемости шихты, приводящей к ее подвисаниям и канальному движению газового потока при средней крупности менее этой величины.

Производимый агломерат со средней эквивалентной по поверхности крупностью менее 10 мм имеет повышенное содержание мелочи и пониженные прочностные свойства. Он дополнительно разрушается при перегрузках, связанных с доставкой в колошниковое пространство печи. Это снижает газопроницаемость шихты, что приводит к ее подвисаниям и канальному движению газового потока. Прорывы газов увлекают в пыль шихту, содержащую железо, в результате чего растет вынос пыли и соответственно вынос железа с ней. Дополнительно при рабочем режиме движения газов на колошнике в пыль поступают тонкие фракции, образующиеся в процессе перегрузок. Ухудшение использования химической и тепловой энергии газов вследствие их движения в направлении расположения кусков кокса вместо движения в направлении агломерата ведет к снижению производительности доменной печи и повышению удельного расхода кокса. По полученным данным (таблица) увеличение средней эквивалентной по поверхности крупности от 9,5 мм (по прототипу) до 10 мм (заявляемый способ) привело к уменьшению выноса железа на 3,5 кг/т чугуна, росту производительности на 5,2% и сокращению удельного расхода кокса на 3,0 кг/т чугуна.

Верхний предел задаваемой крупности агломерата f_сэ, равный 20 мм, согласно вышеупомянутой зависимости определяется увеличением удельного расхода кокса и снижением производительности доменной печи, обусловленным высокой недовосстановленностью железорудных материалов к зоне плавления и шлакообразования. Смещение процесса восстановления в зону когезии (размягчения материалов) сопровождается снижением его скорости в связи с затруднением доступа восстановителей к поверхности восстанавливаемых оксидов.

Производимый агломерат со средней эквивалентной по поверхности крупностью более 20 мм оказывает повышенное диффузионное сопротивление движению газа-восстановителя внутри кусков. В связи с наличием класса менее 20 мм он имеет повышенное содержание класса более 20 мм, что тормозит процесс восстановления и смещает его в область высоких температур и к низу печи. Агломерат поступает в зону формирования первичных шлаков с повышенным содержанием FeO. Восстановление Fe из FeO при этом ведет к ухудшению газодинамических условий в нижней части печи, что затрудняет доступ восстановителей к поверхности восстанавливаемых оксидов. Ухудшение газодинамики происходит под действием следующих факторов:

- выделение СО по реакции FeO+С=Fe+СО ведет к вспениванию шлака;

- выделение Fe по этой реакции с температурой плавления 1539°С делает шлак гетерогенным, так как температура плавления высокозакисных первичных шлаков составляет 1100-1200°С;

- уменьшение концентрации FeO в результате расходования этого оксида на восстановление увеличивает температуру плавления шлака;

- расходование углерода кокса уменьшает долю газопроницаемой части шихты в зоне когезии.

По полученным данным (таблица) уменьшение средней эквивалентной по поверхности крупности от 21 мм (превышение над заявляемым способом) до 20 мм (заявляемый способ) привело к росту производительности на 1,6% и сокращению удельного расхода кокса на 8,5 кг/т чугуна.

Таким образом, согласно изобретению среднюю крупность агломерата f_сэ устанавливают в пределах 10-20 мм. В этих пределах средняя крупность агломерата f_сэ может варьировать в зависимости от других параметров доменной плавки. Поэтому задают конкретную величину f_сэ по результатам работы доменной печи при различной крупности. В условиях, когда нарушения в работе доменной печи связаны с ростом верхнего перепада давления газов, то есть со снижением газопроницаемости шихты в верхней части, приводящей к ее подвисаниям и канальному движению газового потока, среднюю крупность f_сэ, определяемую согласно вышеупомянутой зависимости, увеличивают. В условиях, когда нарушения в работе доменной печи связаны с ростом нижнего перепада давления газов, то есть когда необходимо увеличить восстановленность железорудных материалов к зоне плавления и шлакообразования, среднюю крупность f_сэ, определяемую согласно вышеупомянутой зависимости, уменьшают.

Для обеспечения заданной по условиям хода доменной печи средней крупности агломерата контролируют ее величину, а также соотношение выхода надрешетного и подрешетного продуктов его при грохочении. Для контроля средней крупности определяют гранулометрический состав, а по результатам вычисляют f_сэ, используя вышеупомянутую зависимость. Для контроля выхода надрешетного и подрешетного продуктов проводят взвешивание их. По результатам взвешивания агломерата вычисляют отношение выхода надрешетного продукта к выходу подрешетного продукта.

Регулирование средней крупности производимого агломерата осуществляют путем изменения соотношения выхода надрешетного и подрешетного продуктов в зависимости от заданной средней крупности. Изменение этого соотношения обеспечивают любым известным способом: дробление с использованием зубчатой или щековой дробилки, дополнительное грохочение после проведения первичного грохочения при сходе с агломашины путем изменения размера и формы отверстий (щелей) просеивающей поверхности грохота, режима вибрации грохота, углового положения грохота и др.

При увеличении заданной средней крупности агломерата отношение выхода надрешетного продукта к выходу подрешетного продукта уменьшают. Тогда из произведенного агломерата в большем количестве выделяют мелкую часть, являющуюся подрешетным продуктом. Оставшаяся часть, являющаяся надрешетным продуктом, имеет, соответственно, более высокую величину средней крупности f_сэ. При уменьшении заданной средней крупности агломерата отношение выхода надрешетного и подрешетного продуктов агломерата увеличивают. Тогда из произведенного агломерата в меньшем количестве выделяют подрешетный продукт. Оставшаяся часть в виде надрешетного продукта имеет, соответственно, более высокую величину средней крупности f_сэ. Его отправляют для использования в доменной плавке.

Отношение выхода надрешетного к выходу подрешетного продуктов агломерата поддерживают на уровне 0,5-0,9, а при изменении заданной средней крупности агломерата f_сэ на 1 мм в интервале 10-20 мм это отношение изменяют обратно пропорционально на 0,04.

В интервале отношения выхода надрешетного к выходу подрешетного продуктов 0,5-0,9 удается удерживать заданную величину средней крупности агломерата. При величине этого отношения менее 0,5 очень высокой становится доля возврата в агломерационной шихте, представленного подрешетным продуктом. Избыток возврата ведет к получению агломерата с низкой прочностью и с недостаточной крупностью, вследствие чего не удается реализовать заявляемый способ производства агломерата, имеющего заданную среднюю крупность.

Проведение грохочения с отношением выхода надрешетного к выходу подрешетного продуктов, превышающим величину 0,9, означает, что в агломерационную шихту поступает очень мало возврата. Недостаток возврата ухудшает газопроницаемость агломерационной шихты, уменьшает количество жидкой фазы для упрочнения агломерата, вследствие чего также не удается реализовать заявляемый способ производства агломерата, имеющего заданную среднюю крупность.

Установлена опытным путем эмпирическая обратно пропорциональная зависимость между изменениями соотношений выхода надрешетного и подрешетного продуктов агломерата и средней крупностью агломерата f_сэ, снижение вышеупомянутого соотношения на 0,04 соответствовало увеличение средней крупности агломерата f_сэ на 1 мм и, наоборот, увеличение вышеупомянутого соотношения на 0,04 соответствовало уменьшение средней крупности агломерата f_сэ на 1 мм.

В таблице приведены данные по производительности доменной печи полезным объемом 1370 м³, удельный расход кокса и потери железа с пылью в зависимости от средней эквивалентной по поверхности крупности f_сэ использованного агломерата (f_сэ равно 9,5 мм - по прототипу, f_сэ равно 10-20 мм - по заявляемому изобретению, f_сэ равно 8-9 мм - ниже заявляемых изобретением, f_сэ равно 21-22 мм - выше заявляемых изобретением).

Примеры конкретного выполнения способа

Пример 1. В лаборатории ГОУ ВПО "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова" провели лабораторные исследования влияния крупности агломерата и расхода восстановителя на скорость восстановления в интервале температур, соответствующих тем, которые имеются в доменной печи. Газодинамические условия, оцениваемые по степени уравновешивания материалов подъемной силой газового потока, были подобны современным в доменной печи. По полученным результатам рассчитали ход восстановления по высоте доменной печи применительно к ОАО "ММК" с использованием закономерностей теплообмена Б.И.Китаева. Таким путем определили влияние крупности агломерата в интервале 8-22 мм на производительность доменной печи полезным объемом 1370 м³, и удельный расход кокса, и вынос железа с пылью. Полученные результаты представлены в таблице. Из ее рассмотрения видно, что переход от режима прототипа к заявляемому способу обеспечивает повышение производительности доменной печи, снижение удельного расхода кокса, уменьшение выноса железа с пылью.

Минимальный удельный расход кокса достигается при средней крупности агломерата 14 мм. Производительность печи при этом близка к максимальной величине. Дальнейшее повышение крупности до 20 мм дает небольшой прирост производства чугуна, но сопровождается повышением удельного расхода кокса. При увеличении крупности агломерата более 20 мм значительно сокращается производство чугуна и резко возрастает удельный расход кокса.

Пример 2. В период освоения узла грохочения и стабилизации агломерата на аглофабрике №3 ОАО "ММК" изменяли крупность производимого агломерата изменением размера отверстий (щелей) просеивающей поверхности грохота в пределах от 5 до 10 мм. Увеличение его в этих пределах приводило к уменьшению отношения выхода надрешетного продукта к выходу подрешетного продукта с 0,9 до 0,5. Снижению этого отношения на 0,04 ед. соответствовало увеличение средней крупности агломерата f_сэ на 1 мм.

Таким образом, использование изобретения позволяет решить техническую задачу изобретения - получить агломерат с оптимальной величиной средней крупности и высокими физическими свойствами, наиболее полно удовлетворяющий требованиям доменного производства, обеспечить возможность поддержания высокой и стабильной газопроницаемости столба шихты в доменной печи и за счет этого увеличить производительность доменной печи, снизить удельный расход кокса на выплавку чугуна, уменьшить вынос железа с пылью из доменной печи

Средняя эквивалентная по поверхности крупность fсэ производимого агломерата, мм	Производительность, т/сутки	Удельный расход кокса, кг/т чугуна	Вынос железа с пылью, кг/т чугуна
8	3201	465,7	36,1
9	3252	461,6	24,9
9,5 (по	3297	458,5	21,7
прототипу)
10(по	3470	455,5	18,2
заявляемому
способу)
12(-"-)	3644	438,3	10,4
14(-"-)	3818	422,2	5,5
16(-"-)	3826	422,4	2,5
18(-"-)	3835	422,6	1,7
20(-"-)	3836	423,0	1,1
21	3774	431,5	1,0
22	3632	454,6	0,9

Способ производства агломерата, включающий загрузку на агломашину слоя шихты, состоящей из железорудных материалов, флюсов, добавок, возврата и твердого топлива, зажигание, спекание, охлаждение и механическую обработку опека с дроблением и грохочением, отличающийся тем, что задают в пределах 10-20 мм и контролируют среднюю эквивалентную по поверхности крупность f_сэ производимого агломерата, контролируют соотношение выхода надрешетного и подрешетного продуктов его при грохочении, регулируют среднюю крупность производимого агломерата путем изменения соотношения выхода надрешетного и подрешетного продуктов в зависимости от заданной средней эквивалентной по поверхности крупности f_сэ и поддерживают отношение выхода надрешетного к выходу подрешетного продуктов агломерата на уровне 0,5-0,9, а при изменении заданной средней эквивалентной по поверхности крупности агломерата f_сэ на 1 мм в указанных пределах соотношение выхода надрешетного и подрешетного продуктов агломерата изменяют обратно пропорционально на 0,04.