способ производства агломерата

Формула изобретения

1. Способ производства агломерата, проплавляемого в доменной печи в смеси с окатышами на шлаках заданного состава, из шихты, содержащей в рудной части железорудные концентраты, состоящие из оксидов железа и пустой породы, а также флюс, топливо и железо-флюссодержащие отходы металлургического производства, отличающийся тем, что в качестве упомянутых отходов используют шлаково-скраповую смесь, полученную из предварительно смешиваемых конвертерного шлака и сталеплавильного скрапа, при этом соотношение конвертерного шлака и сталеплавильного скрапа в смеси устанавливают равным 60:40%, 50:50% и 40:60% соответственно при основности агломерата и доле концентрата с магнезиальной пустой породой в смеси с концентратом с кремнеземистой пустой породой в интервалах 1,25-1,40 ед. и 30-35%, 1,41-1,65 ед. и 36-45%, 1,66-1,80 ед. и 46-50%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что шлаково-скраповую смесь используют в количестве 30-70 кг/т агломерата со снижением расхода агломерационного топлива в эквиваленте 0,04-0,05% содержания углерода в шихте на каждые 10 кг/т агломерата увеличения доли шлаково-скраповой смеси в ней.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области черной металлургии и направлено на получение агломерата заданных свойств, в том числе при проплавке его в доменной печи совместно с окатышами.

Известен способ производства агломерата с применением в шихте конвертерного шлака (Н.Д.Прядко, В.И.Чикуров, Н.П.Запорожец и др. // Агломерация шихты с применением отвального конвертерного шлака. - Бюл. ЦНИИИ и ТСИ ЧМ, 1984, №21, с.29-31). В способе рассматривается только снижение содержания мелочи в исходном агломерате и на этом основании прогнозируется экономия кокса в доменной плавке. Этого может не произойти, если ухудшатся свойства железорудной части доменной шихты при восстановительно-тепловой обработке.

Наиболее близким к заявляемому является способ, в котором в аглошихту вводят сталеплавильный шлак, а его расход устанавливают в зависимости от основности и температуры спекания агломерата (С.В.Смирнов, В.А.Куксенко, Н.В.Игнатов и др. Способ агломерации. Авт. свид. СССР №1488334, С22В 1/24. Опубл. 23.06.89. Бюл. №23).

В данном способе также не рассматривается поведение железорудных материалов в доменной печи, а оценивается только изменение прочности агломерата и экономия флюса. Недостатком способа является то, что агломерат рассматривается как самостоятельное сырье для выплавки чугуна, в то время как спек основностью выше определенного предела не может быть проплавлен на "самоплавких" шлаках без использования его в смеси с менее офлюсованными железорудными материалами, например окатышами. Способ не является универсальным с точки зрения использования аглошихт отличного от него состава. В частности, в нем рассматривается использование отдельно конвертерного или мартеновского шлака, в то время как их целесообразно использовать совместно. Кроме того, не рассматривается вопрос использования шлаков в зависимости от состава железорудной части шихты.

В аглодоменном производстве управляющим фактором стабилизации хода доменной плавки является выбор состава аглошихты и производным от нее качеством агломерата, поскольку аглофабрики входят в состав комбинатов с полным металлургическим циклом, а окатыши производятся на автономных фабриках окомкования, имеющих нескольких потребителей, и поэтому химический состав и свойства продукта являются неизменными. Управление составом аглошихты и свойствами агломерата важно и с точки зрения возможных изменений условий поставки окатышей и их доли в смеси с агломератом в доменной шихте.

На металлургическом комбинате, имеющем в своем составе сталеплавильный передел, образуются конвертерные и мартеновские шлаки либо последние, в значительном количестве накопленные в отвалах. Эти продукты являются ценным вторичным сырьем для агломерационного производства, поскольку содержат флюсующие компоненты, железо и марганец.

Конвертерный шлак после дробления и сортировки используется непосредственно в доменной печи (фракция крупнее 10 мм) и в аглошихте (фракция 0-10 мм). Кроме того, смесь сталеплавильных шлаков после дробления и магнитной сепарации используется в виде сталеплавильного скрапа с повышенным содержанием железа, в том числе металлического, также в доменной и агломерационной шихте. Использование конвертерного шлака (КШ) и сталеплавильного скрапа (СС) в аглошихте в сочетании с ее железорудными составляющими различного состава представляют собой важный фактор управления металлургическими свойствами агломерата - исходными и высокотемпературными. Это является инструментом получения прочного агломерата и достижения стабилизации свойств смеси агломерата и окатышей при восстановительно-тепловой обработке независимо от соотношения окускованных материалов в доменной шихте.

Техническим результатом использования изобретения является стабилизация высокотемпературных свойств смеси агломерата и окатышей, что позволяет снизить резерв тепла в горне доменной печи и сэкономить кокс, а также предшествующая этому экономия твердого топлива на стадии производства агломерата и повышение прочности последнего.

Предлагаемый способ производства агломерата, проплавляемого в доменной печи в смеси с окатышами на шлаках заданного состава, из шихты, содержащей в рудной части железорудные концентраты, состоящие из оксидов железа и пустой породы, а также флюс, топливо и железо-флюссодержащие отходы металлургического производства, отличается от известного способа тем, что в качестве упомянутых отходов используют шлаково-скраповую смесь, полученную из предварительно смешиваемых конвертерного шлака и сталеплавильного скрапа, при этом соотношение конвертерного шлака и сталеплавильного скрапа в смеси устанавливают равным 60:40%, 50:50% и 40:60% соответственно при основности агломерата и доле концентрата с магнезиальной пустой породой в смеси с концентратом с кремнеземистой пустой породой в интервалах 1,25 -1,40 ед. и 30-35%, 1,41-1,65 ед. и 36-45%, 1,66-1,80 ед. и 46-50%. При этом шлаково-скраповую смесь используют в количестве 30-70 кг/т агломерата со снижением расхода агломерационного топлива в эквиваленте 0,04-0,05% содержания углерода в шихте на каждые 10 кг/т агломерата увеличения доли шлаково-скраповой смеси в ней.

В обоснование параметров способа положены эксперименты по получению агломерата в лабораторных спеканиях, оценке прочностных свойств спека и высокотемпературных свойств смеси полученного агломерата и окатышей промышленного производства, проплавляющихся в доменной плавке.

Как один из отличительных признаков способа решен вопрос о технологии ввода КШ и СС в аглошихту. Спекания проведены при расходе КШ и СС в сумме 50 кг/т агломерата основности 1,55 ед. и доле ковдорского концентрата с магнезиальной пустой породой в железорудной части аглошихты 41%.

При вводе в шихту в процессе ее смешивания и окомкования КШ и СС раздельно показатель прочности агломерата по стандарту ИСО 3271 (выход фракции + 6.3 мм) составил 72,8%, а при вводе их в смеси - 75,0%, что объясняется снижением многофазности минералогического состава спека при тесном физическом контакте разнородных составляющих шихты и подтверждает необходимость предварительного смешивания КШ и СС.

При определении параметров достижения положительного эффекта в предлагаемом способе использовали типичные шихтовые материалы для агломерации, а также окатыши постоянного состава. Состав компонентов аглошихты, представляющих ее рудно-шлаковую часть, и окатышей приведен в табл.1.

Таблица 1.
Состав компонентов аглошихты
Материал	Содержание, %
	Fe общ	SiO 2	MgO	CaO	Fe мет	MnO
Концентрат-1 (К-1)	64,30	0,72	5,68	0,40	-	0,57
Концентрат-2 (К-2)	65,65	7,52	0,54	0,54	-	0,16
Конвертерный шлак (КШ)	20,6	10,9	11,04	36,11	-	2,40
Мартеновский скрап (СС)	40,02	12,10	5,50	28,49	17,50	1,80
Окатыши	63,50	4,90	0,35	3,65	-	0,09

Составом аглошихты обеспечивали получение агломерата в пределах основности по CaO/SiO ₂ 1,25-1,80 ед. при различном содержании в рудной части аглошихты концентратов с магнезиальной (концентрат - 1) и кислой (концентрат - 2) пустой породой.

Частично офлюсование шихты производили шлаково-скраповой смесью, доофлюсование до заданной основности производили рядовым известняком. Расход коксовой мелочи на спекание был постоянным - 56,0 кг/т агломерата (3,10% углерода в шихте).

Основанием для выбора параметров способа являются как направленная организация процессов минералообразования при спекании агломерата, отражающихся на его прочности, так и технологические аспекты, связанные с возможными перешихтовками при относительно высокочастотных колебаниях соотношения агломерат:окатыши в доменной шихте, но необходимостью сохранения стабильными положения нижней границы зоны "когезии" в печи и процессов первичного шлакообразования.

В качестве управляющего фактора в данном способе принято воздействие на свойства агломерата посредством изменения состава аглошихты регулированием одного из ее компонентов, а именно шлаково-скраповой смеси.

Минералогия агломерата и, естественно, его свойства, изменяется по мере изменения его химического состава и, прежде всего, основности и содержания магнезии. Агломерат основностью 1,25-1,40 ед. в основном состоит из магнетита и связки из оливинов, при основности 1,41-1,65 ед. в связке проявляется многофазность и подверженные полиморфному превращению силикаты, при основности выше 1,65 ед. агломерат приобретает связку с участием ферритов кальция. При спекании агломерата с повышенной основностью и содержанием магнезии необходимо дополнительное тепло на разложение известняка и образование расплава из относительно тугоплавких компонентов. Организация процесса получения прочного агломерата важна с точки зрения проплавки спека в смеси с окатышами при увеличении доли последних в доменной шихте.

По мере увеличения доли окатышей в шихте поддержание постоянного шлакового режима требует увеличения основности агломерата и содержания в нем магнезии за счет ввода в аглошихту концентрата с магнезиальной пустой породой.

Определяющим фактором применения предлагаемого способа является сочетание высокотемпературных свойств агломерата и окатышей, которые при изменении расхода последних и соответствующей необходимости изменения состава агломерата не должны вызывать дестабилизацию в ходе проплавки их смеси.

Выбор оптимальных параметров способа производства агломерата базируется как на показаниях исходной прочности агломерата, так и на высокотемпературных свойствах смеси агломерата и окатышей, предварительно восстановленных по стандарту ИСО 7992 и проплавленых на коксовой насадке при последующем нагреве до 1600°С, что моделирует их поведение в доменной печи и иллюстрируется данными таблицы 2.

Таблица 2
Свойства смеси агломерата и окатышей
1	Серия опытов	I			II			III
2	NN опытов	1	2	3	4	5	6	7	8	9
3	Интервал основности агломерата, ед.	1,25-1,40			1,41-1,65			1,66-1,80
4	Интервал содержания К-1 в смеси с К-2 в аглошихте, %	30-35			36-45			46-50
5	Соотношение КШ и МС в шлаково-скраповой смеси, %:%	60:40	50:50	40:60	60:40	50:50	40:60	60:40	50:50	40:60
6	Интервал изменения прочности агломерата по стандарту ИСО 3271, %	73,4-76,8	73,0-76,1	73,0-75,8	73,2-75,9	74,0-76,2	73,2-74,9	72,4-74,5	73,0-76,0	74,0-76,9
7	Соотношение агломерата и окатышей в смеси, %	75:25			65:35			55:45
8	Интервал изменения температуры начала фильтрации расплава через коксовую насадку, °С	1360-1365	1345-1375	1345-1365	1350-1370	1360-1365	1340-1370	1345-1370	1345-1360	1360-1365
9	Интервал изменения массы первичного шлака, %	15,2-16,2	16,1-16,7	16,1-17,0	15,2-16,5	15,2-16,1	15,5-16,5	16,2-16,5	15,8-16,5	15,1-16,0
10	Интервал изменения содержания FeO в первичном шлаке, %	19,0-19,4	20,3-20,4	21,0-21,6	18,9-19,5	19,1-19,5	20,1-20,4	20,4-21,0	19,3-20,5	19,0-19,4

Из полученных результатов следует, что при реализации параметров способа достигается высокая прочность агломерата, а при проплавке его совместно с окатышами при изменении их доли в смеси - стабильное положение нижней границы зоны когезии в печи (температура начала фильтрации расплава), более низкая "агрессивность" расплава по отношению к огнеупорной футеровке и снижение степени прямого восстановления FeO из первично образованного шлака (опыты 1.5 и 9).

Дополнительно исследованы прочностные свойства агломерата из аглошихты заданного состава и соотношения в ней компонентов, представленных смесью КШ и СС. Результаты спеканий при оптимальном расходе углерода в шихту представлены табл.3.

Таблица 3
Результаты спекания при изменении расхода углерода на аглопроцесс для шихт различного состава
№№	Показатели	Прочность агломерата по ИСО 3271, %
1	Соотношение КШ и СС в шлаково-скраповой смеси, %:%	60:40			40:60
2	Расход шлаково-скраповой смеси, кг/т агломерата	30	50	70	30	50	70
3	Расход углерода на спекание, % в шихте	3,20	3,12	3,02	3,18	3,10	3,00
4	Содержание FeO в спеке, %	12,4	12,5	12,4	13,0	13,0	12,9
5	Показатель прочности агломерата по стандарту ИСО 3271,%	74,9	75,7	75,7	76,0	76,4	76,4

Из полученных результатов следует, что оптимальный расход углерода в шихту при увеличении содержания шлаково-скраповой смеси в шихте снижается на каждые 10 кг/т агломерата ее ввода на:

(3,20-3,12):2=0,04%; (3,12-3,02):2=0,05%;

(3,18-3,10):2=0,04%; (3,10-3,00):2=0,05%.

Изменение расхода шлаково-скраповой смеси и повышение содержания железа металлического в ней за счет увеличения доли СС позволило повысить прочность агломерата. Это не связано с влиянием на высокотемпературные свойства смеси агломерата и окатышей, отражаемых физико-химическими процессами при их проплавке, но является важным фактором в улучшении газодинамики доменного процесса. Снижение расхода углерода в шихту не сказалось на уменьшении содержания закиси железа в агломерате, поскольку рост доли СС в шлаково-скраповой составляющей позволил использовать свойства скрапа как источника тепла за счет окисления металлического железа.

Повышение содержания марганца в доменной шихте за счет ввода шлаково-скраповой смеси в агломерат также улучшило показатели доменной плавки за счет улучшения вязкостных характеристик конечного шлака.

В промышленных условиях при выплавке чугуна на шлаках заданного состава (основность 1,03-1,06 ед., содержание MgO - 10,9%-11,2%) при изменении соотношения агломерат:окатыши с 75:25 до 65:35 оперативное изменение соотношения КШ:СС в шлаково-скраповой смеси в аглошихте с 60%:40% до 50%:50% позволило снизить расход кокса на 1,5 кг на тонну чугуна и уменьшить расход коксика на спекание на 1,2 кг на тонну агломерата.