Задачи, поставленные ХХУ1 съездом КПСС, требуют от черной металлургии обеспечения народного хозяйства страны металлом в таком количестве, какое в настоящее время не производит ни одна отдельно взятая страна в мире /I/. Однако в ряде металлургических районов страны в настоящее время сложился значительный дефицит в железорудном сырье, вызвавший необходимость вовлечения в производство труднообогатимых руд с повышенным содержанием вредных примесей. В связи с этим одной из первоочередных задач, требующих скорейшего решения, является разработка технологии эффек-. тивной подготовки к плавке бурожелезняковых руд, запасы которых составляют десятки миллиардов тонн /2/. Характерной особенностью бурых железняков является сравнительно не высокое содержание железа (32−34%) и их трудная обогатимость, обусловленная тем, что рудные и нерудные минералы по физическим свойствам мало различаются между собой. Это предопределяет низкую эффективность. их разделения при использовании традиционных методов обогащения. Другой отличительной характеристикой бурожелезняковых руд, является их сложный вещественный состав и наличие примесей (р, Cr, As, А12о3, v205), как правило затрудняющих металлургический передел.
Одним из наиболее крупных месторождений бурых железняков является Лисаковское, руды которого могут явиться надежной сырьевой базой для развития черной металлургии Казахстана, Урала и Востока страны. Освоение месторождения осуществляется по гравитационно-магнитной и обжиг-магнитной технологии, обогащения. Гус-тоолитовые руды с содержанием железа более 41% (при среднем со-.
Т — держании железа по месторождению 34,9%) перерабатываются по гравитационно-магнитной технологии обогащения, которая позволяет получать концентраты с содержанием железа около 49%9 Однако запасы этих руд ограничены и в дальнейшем ожидается снижение содержания железа в концентрате до 44% /3/. Наличие на месторождении руд (65−70% от разведенных запасов), неудовлетворительно обогащающих по гравитационно-магнитной схеме, явилось основанием для строительства на Лисаковском ГОКе опытно-промышленной установки обжиг-магнитного обогащения с печыо CBC-I, эксплуатация которой подтвердила возможность получения концентрата глубокого обогащения с содержанием железа 61,0−63,0% и кремниевым модулем Si0a/Ala03= 0,85−1,05 из любых разновидностей руд /4/,.
Как показала кратковременная практика работы агломерационных машин Карагандинского металлургического комбината, увеличение доли обжиг-магнитного концентрата в шихте оказывает очень неблагоприятное влияние на ход и результаты процесса спекания. Исследования, проведенные в ХМИ АН Каз. ССР и в Уралмеханобре указывают на существенное ухудшение процесса смешивания И оком-кования, уменьшение вертикальной скорости спекания и снижение качественных характеристик агломератов из смеси двух типов ли-саковских концентратов. В соответствий с геологическими условиями месторождения количество производимого обжиг-магнитного концентрата будет ежегодно увеличиваться. Все это в еще большей степени ухудшит условия агломерации на КарМК. Учитывая высокую проектную мощность Лисаковского ГОКа, строительство новых печей СВС-2,0, а также в будущем возможность использования других месторождений бурожелезнаковых руд Казахстана, перерабатываемых по обжиг-магнитной схеме следует считать, что совершенствование технологии спекания различных типов концентратов из бурых железняков преобретает особую важность и актуальность.
•з.
Целью настоящего исследования явилась разработка рациональной технологии агломерации обжиг-магнитного и гравитационно «магнитного концентратов Лисаковского ГОКа, обеспечивающей высокую производительность агломерационных машин и получение агломерата хорошего качества.
Основными задачами диссертационной работы являются:
1. Выявление причин низкой удельной производительности и неудовлетворительного качества агломератов при спекании смесей двух типов лисаковских концентратов;
2. В условиях существующего производства определение оптимальных параметров процесса спекания при непрерывно возрастающей доле в шихте обжиг-магнитного концентрата;
3. Совершенствование действующей и разработка новой технологии спекания смесей гравитационно-магнитного и обжиг-магнитного концентратов на основе углубленного изучения физико-химических и тешюфизических характеристик материалов, а также исследования ' газодинамики процесса спекания.
Для оптимизации процесса агломерации был использован метод математического планирования с получением уравнения обобщенной функции желательности которая и Услужила 1фитерием для выбора оптимальных технологических параметров* При изучении газодинамических характеристик отдельных зон, образующиеся при агломерации, была разработана методика, исключающая «.ошибки при совместной обработке градиента давления с изменением температуры слоя во времени. Применение хромомагнезитовой прослойки позволило оценить газодинамику слоя исключив при этом влияние зоны формирования агломерата. Для определения температурных характеристик плавления разработана новая методика и создана высокотемпературная термографическая установка.
В первой главе диссертации рассмотрены и обобщены результаты научно-исследовательских работ по спеканию различных типов лисаковских концентратов в лабораторных и промышленных условиях. Отмечен технологический характер выполненных исследований, отсутствие в них объяснения неудовлетворительных показателей процесса агломерации и низкого качества агломерата. На основании проведенного анализа обоснованы цели и задачи защищаемой работы, а также намечены пути по их реализации.
Вторая глава посвящена исследованию в лабораторных условиях процесса спекания смеси гравитационно-магнитного и обжиг-магнитного концентратов с использованием метода многофакторного планирования эксперимента* Проанализированы практически все возможные пути интенсификации процесса агломераций с постоянно увеличивающейся в шихте долей обжиг-магнитного концентрата. С использованием обобщенной функции желательности (по производительности и «холодной» прочности агломерата) выбраны оптимальные технологические условия спекания смесей концентратов с использованием результатов и рекомендаций модельных расчетов.
В третьей главе диссертационной работы подробно и всесторонне исследованы основные физико-химические свойства двух типов лисаковских концентратов. Впервые на основе экспериментального изучения температурных характеристик плавления чистых концентратов и шихт на их основе выполнен анализ влияния зоны плавления (в реальном процессе) на газодинамические параметры процесса спекания (производительность) и качество агломерата. Выведено уравнение для определения температур плавления железорудных материалов в зависимости от их химического состава. С использованием данного уравнения и диаграмм состояния сделаны выводы о возможном составе первичных агломерационных расплавов. Впервые оценены удельные газодинамические сопротивления отдельных зон спекаемого слоя из шихт на основе гравитационно-магнитного и обжиг-магнитного концентратов и их смесей. С использованием полученных данных о зонах лимитирующих процесс спекания предложены реальные пути для его интенсификации.
В четвертой главе работы приведены результаты исследований по совершенствованию процесса и разработке технологии спекания как лисаковских концентратов, так и их смесей. Подробно изучены различные варианты технологии с двухслойной укладкой шихты (с применением извести и без нее). Предложена новая эффективная технология спекания смесей гравитационно-магнитного и обжиг-магнитного концентратов.
В заключительной главе представлены данные проверки лабораторных исследований в промышленных условиях и результаты внедрения разработанных рекомендаций.
В работе были использованы методы исследования: аналитический, петрографический, химический, дифференциально-термогравиметрический и термический. Исследования проводили как в лабораторных так и в промышленных условиях. Математическая обработка полученных результатов проводилась с использованием электронно-вычислительных машин «Электроника ДЗ-28» и EC-I020.
Работа выполнена в соответствий с научно-техническим планом исследований Химико-металлургического института АН Каз. ССР по госбвджетной теме «Разработать технологию доменной плавки лисаковских низкомодульных концентратов на глиноземистых ишаках». Шифр теш О-АН-58, $ гос. регистрации 36 016 295, и по хоздоговорной теме с головным институтом по окуксованию железорудных материалов Уралмеханобр «Промышленное освоение технологии производства агломерата из смеси гравитационно-магнитного и обжигчмаг-нитного концентратов Лисаковского ГОКа, на аглофабрике JS 2 КарЖ». Основание для проведения работы — координационный план МЧМ СССР (головной институт Уралмеханобр), раздел 2.2−37−81- шифр по тематическому плану Уралмеханобр — 2.2 K-4I-8I-P.
Материалы диссертации доложены на научно-технической конференции молодых специалистов Карметкомбината в 1982;83−84 г. г., на П-ой региональной научно-технической конференции «Комплексное использование руд Лисаковского местороадения» г. Караганда, 1983 i. г., и на УП научно-технической конференции УПИ, Свердловск, 1984 г.
Работа выполнена в лаборатории рудно-термических процессов ХМИ АН Каз. ССР, кафедре «Металлургии чугуна» Уральского ордена Трудового Красного Знамени политехнического института им. С. М. Кирова, Карагандинском металлургическом комбинате, сотрудникам которой автор благодарен за внимание и помощь.
Автор очень признателен за постоянные консультации и практическую помощь при выполнении данной работы доценту кафедры «Металлургия чугуна» к.т.н. Каплуну Л. И. и заведующему сектором агломерации института Уралмеханобр к.т.н. Малыгину А.В.
IV СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.
Известно, что концентраты из бурожелезняковых руд, по своему вещественному составу существенно отличаются от концентратов из магнетитовых и гематитовых руд. Главными отличительными особенностями их являются высокая влажность (от 12 до 22−25%) и наличие значительных (до 13−15%) потерь при прокаливании (из-за гидратной влаги, карбонатов, органических веществ). Такой концентрат в процессе агломерации теряет до 35% своей первоначальной массы. Кроме того, за счет восстановления гематита до магнетита при агломерации дополнительно теряется еще около 1,5−2% первоначальной массы. Большая убыль массы концентратов при спекании обуславливает и малый выход годного агломерата из шихты (около 63%).
Одним из крупнейших месторождений бурожелезняковых фосфористых руд на Востоке страны является Лисаковское месторождение. Его балансовые запасы оцениваются в 1728,2 млн. т при среднем содержании железа 34,9% /5/. Принятая на Лисаковском ГОКе гравитационно-магнитная схема обогащения позволяет получать концентрат с содержанием- 49,00%t CaD — 0,56%, S±0q «8,46%, AI2O3 ~ 4,81%, Pg05 — 1,79% И п.п.п. — 13,03 В концентрате полностью сохраняется оолитовая структура руды — округлые зерна плотного строения о содержанием 90−95% фракции 0,2−1,0 мм /5-II/. Во влажном состоянии концентрат представляет собой рыхлую массу, в подсушенном состоянии легко уплотняется при механическом воздействии. Обладает высокой гигроскопичностью при повышенном содержании влаги. Эти особенности гравитационно-магнитного концентрата налагают отпечаток как на процесс его агломерации, так и на качество агломерата.
Исследованиями /12−20/ была показана принципиальная возможность получения агломерата из лисаковского гравитационно-магнитного концентрата (ЛГМК)'. В отличие от известных бурых железня ков комкуемость концентрата неудовлетворительна. Это объясняются как уже отмечалось ранее особенностями его гранулометрического состава и формой зерен, В связи с этим спекание шихты из лисаковского концентрата протекает медленнее, чем шихты, например, из керченского концентрата ^ наиболее близкого по химическому и минералогическому составу, но отличающегося более благоприятной по газопроницаемости гранулометрической структуры. Вертикальная скорость спекания шихт на основе ЛГМК составляла 14,8−16,3 мм/мин, а производительность установки 0,342−0,728 т/м^.ч.
Исследования Химико-металлургического института АН Каз. ССР /12/ показали, что подогрев шихты из лисаковского гравитационно-магнитного концентрата до 60° увеличивает вертикальную скорость спекания с 16,1−16,4 до 17,4−19,2 гад/мин и удельную производительность — на 27,9% (при содержании, возврата 25%), на 21% (при содержании возврата 35%) и на 18,7% (при содержании возврата 45%)* Повышение доли возврата с 25 до 35 и 45% увеличивает выход годного на 3,49 и 9,8% (абс.) соответственно и удельную производительность — на 4,0 и 13,6%. Повышение вакуума с 8 до 14,5 кПа незначительно увеличивает производительность: с 0,945 до 0,996 т/м^.ч, или с учетом увеличения доли возврата до 45% - с 0,83 до 0,84 т/м^.ч, что связано по мнению исследоf •.. —. вателей с увеличением усадки при спекании и повышением в связи с этим сопротивлением слоя.
Добавка атасуйской или соколовско-сарбайской аглоруд улучшает комкуемость и повышает показатели спекания лисаковского концентрата. При увеличении содержания аглоруды до 20−30% выход годного увеличивается с 60,97 до 71,85%, удельная производительность — с 0,64 до 0,859−0,892 т/м^.ч.
Значительное влияние на показатели процесса спекания оказывает степень офлюсования шихты /14/. Повышение основности (СдО/яО^.
— Ч * агломерата с 0,14 до 6,22 приводит к росту вертикальной скорости спекания с 13,53 до 34,2 мм/мин, и снижению выхода годного с 76,7 до 58,5% При этом однако с увеличением основности в интервале от 0,14 до 1,60 отмечено снижение производительности установки иухудшения прочности агломерата (по барабану Рубина) соответственно с 0,712 до 0,643 т/м^ч и с 20,8 до 25,2%• Дальнейшее повышение основности до 6,22 повышает производительность до 1,045 т/м^.ч и прочность до 16,3%. Восстаювимость агломерата определенная по методике ММК при увеличении основности с 0,14 до 2,7 возврата с 22,7% до 56,7% и затем снижается до 41,9%* Температура начала размягчения офлюсованных агломератов с ростом основности увеличивается с 1060 до 1100 °C, при этом расширяется также температурный интервал размягчения.
Исследованиями института «Механобр» (Ленинград) /15, 17, 18/ установлено, что замена в шихте известняка железофлюсом или добавка в нее смеси извести и возврата, совместно измельченных до 0,1 мм, значительно повышает прочность агломерата из лисаковских концентратов. При этом величина барабанной пробы составляет 2223% вместо 30−31 $прй обычной агломерации. Одновременно увеличивается производительность (~25%) и экономится твердое топливо (—12%). Рост производства достигается при подогреве шихты горячим возвратом (7−8%) или добавкой в шихту 3% извести (20* I.
25JQ.
Повышение основности с 0,8 до 1,25 сопровождается повышением производительности до 20 но прочность агломерата снижается с 25 до 30−31% по барабанной пробе1. Опыты по спеканию концентрата сухой сепарации в смеси с магнезиальным коршуновским кояцент-ратом показали, что при увеличении доли последнего с 10 до 40% повышается прочность агломерата (барабанная проба составляет 26−28%), но производительность агломерационной установки снижается на 19 Другой возможностью повышения производительности и качества агломерата является офлюсование шихты железофлю-сом. Замена сырого известняка железофшосом с основностью 6,0 и 7,2 при получении агломерата с основностью 1,35 позволила повысить производительность установки на 8,6% при разрежении под колосниковой решеткой 12 кПа и 9,0% при разрежении 14,5 кПа. Исследованиями /19−22/ установлены оптимальные содержания влаги, топлива и возврата в шихте, составившие соответственно 8,0−8,5%- 7,0−7,5% и 20−25%, При этом достигнута удельная производительность аглоустановки 0,9−1,0 т/м^.ч. Отметим, что баланс возврата при спекании шихты из ЛГМК близок к 100% при содержании топлива в ней 3,0−4,0 и 6,5−7,5%. Однако при низком расходе топлива процесс спекания протекает неустойчиво с резкими колебаниями по выходу возврата, с получением низкой производительности и механической прочности агломерата.
Введение
JIIMK в шихту из крупносернистых руд ухудшает показатели процесса спекания. При увеличении доли концентрата в рудной смеси до 40−60% снижается качество агломерата, а до 70% - производительность аглоустановки. С целью интенсивности процесса спекания ЖЖ были применены горячий возврат, а известь. Подогрев шихты до 30 °C увеличивал удельную производительность на 12−18 Наибольший эффект дает введение извести в шихту. При содержании извести 4−8% прирост производительности аглоустановки достигает 20−40%,.
Пуск в эксплуатацию и нарашивание мощностей Лисаковского ГОКа вызвал необходимость решения задачи окускования гравитационно-магнитного концентрата и на действующей аглофабрике № I КарЖ. Практическому решению этой задачи способствовала работа /23/. При разработке технологии спекания шихт (смесей), содержащих гравитационно-магнитный концентрат основное внимание было уделено изучению причин, вызывающих ухудшение условий спекания* Результаты работы /23, 24/ показали, что введение ЛГМК в шихту в количестве до 70% увеличивает ее оптимальную влажность, приводит к росту расхода твердого топлива на спекание и снижению• удельной производительности пропорционально количеству концентрата. Подогрев шихты до 60−80 °С позволяет повысить производительность установки на 15−60% в зависимости от содержания концентрата и извести в шихте. Использование в качестве интенсифи-каторов процесса горячего возврата и извести снижает скорость охладцения опека.
Введение
в шихту извести и концентрата ССГОКа при использовании ЛГМК в количестве 30% улучшает комкуемость шихты — содержание фракции 0−1 мм в шихте снижается почти в два раза. Наличие сегрегации шихты при загрузке на агломашину приводит к уменьшению неравномерности химического состава агломерата по высоте слоя. Хотя содержание железа от верхних горизонтов слоя к нижним увеличивается, а основность агломерата снижается, введение ЛГМК вследствие слабой сегрегации его снижает указанную неравномерно отьV.
Содержание мелочи в готовом агломерате с увеличением расхода в шихту ЛГМК увеличилась с 13,8 до 17,5 Однако плотное строение агломерата, достаточное количество шлаковой связки цементирующей рудные минералы, позволяет получать агломераты из шихт, содержащих до 30% ЛГМК, характеризующиеся сравнительно высокой механической прочностью как в холодном состоянии (показатели X и Xj по ГОСТ 15 137–69 составили соответственно 65,4 и 4,5%), так и в процессе восстановительно-тепловой обработки (индекс прочности превышает 50%9 индекс истираемости менее 70%).
В 1969 г. на аглофабрике Камыш-Бурунского комбината было переработано 20 тыс. т гравитационно-магнитного концентрата /25, 26/. Шихта имела следующий состав: 60,10% концентрата, 11,15% известняка, 22,00% возврата, 6,75% топлива (смеси коксовой мелочи и антрацитового штаба в соотношении 1:1). Температура и влажность шихты составляли соответственно 56 °C и 9%, высота спекаемого слоя 220 мм при разрежении под колосниковой решеткой 10 кПа* Удельная производительность агломерационных машин составила 1,05 т/м^"ч. Агломерат при содержании Ге0= 17,9% и основности 1,02 имел барабанный показатель по Рубину 31,1%, при этом содержание мелочи 0−5 мм составило 20,9% /26/".
Промышленными испытаниями на аглофабрике № I КарМК /23, 24/ подтверждена эффективность подогрева шихты и введения извести для интенсификации процесса спекания. При предварительном введении извести в количестве 20 кг/т агломерата в штабель рудной смеси производительность агломашин повысилась на 6,5%. При повышении температуры шихты до 65 °C удельная производительность агломашин возросла на 9,1 Снижение показателей процесса спекания, зафиксированных в промышленных условиях, вызвало необходимость проведения исследований по совершенствованию процесса спекания ЛГМК в смеси с другими железорудными материалами /2730/, Введение в аглошихту измельченного гравитационно-магнитного концентрата в количестве, не превышающем 50% от железорудной части, увеличивает производительность аглоустановки на 7,5−9,0%,.
Исследованы способы улучшения окомкования шихты за счет добавки в нее связующих. Добавка в шихту портландцемента в количестве до 4,0% от веса железорудной части при одновременном выводе эквивалентного количества известняка повышает производительность на 17−20%. Окомкование шихты с увлажнением ее 2,5 $-ным раствором клея КМЦ снижает содержание классов 0−1 и 0−3 мм со-, ответственно в 1,5 и 2,5 раза.
Институтом1 «Уралмеханобр» 'разработаны способы интенсификации процесса окомкования лисаковских концентратов /3/. Изучение смачиваемости, электрокинетических свойств и интегральной прочности сцепления минеральных частиц и их взаимосвязи дало возможность объяснить воздействие различных факторов.
С пуском в 1975;1976' г. г. аглофабрики № 2, производящей фосфористый агломерат из лисаковского гравитационно-магнитного концентрата, и переводом аглофабрики Л" I на выпуск малофосфористого агломерата, Карагандинский меткомбинат практически приступил к реализации П варианта3^ подготовки к доменной плавке железосодержащего сырья /32−34/.
В период освоения мощностей аглофабрики № 2 выявились некоторые недоработки проектных решений /35/, в ряде случаев, неучи.
35 Металлургическая переработка фосфористого железорудного материала (концентрат, агломерат, чугун). тывающих специфику свойств концентрата ЛГОКаэто недостаточная пропускная способность трактов транспортировки рудного сырья, недостаточная цроизводительность агрегатов подготовки топлива и флюсов, несовершенство схемы подготовки и утилизации пшамов, низкая эффективность работы узлов грохочения продуктов спекания и ДР.
В работах /36, 37/ изучены и оценены основные технологические операций аглофабрики J? 2, как следует из ее выводов достижение проектной удельной производительности агломашин (1,14 т/м^*ч) станет возможным лишь при использовании в шихте предусмотренной проектом извести в количестве 60,7 кг/т агломерата. Механическая прочность агломерата оценена по ГОСТ 15 137–69 показателями X = 64−65%9 Xj «3,5−4,5%, содержание мелочи (0−5 мм) в агломерате в доменном цехе — 26*28%. Ввиду отсутствия проектного' йнтен-сификатора (извести) на аглофабрике Га 2 внедрена принципиально новая технология спекания концентрата ЛГОКа при двухслойной укладке шихты /38/, позволившая увеличить производительность агломашин без ухудшения качества агломерата. Известны различные варианты технологии агломерации при двухслойной укладке шихты /3947/. Технология спекания шихты в двух наложенных один на другой слоях заложена и в проектной технологической схеме аглофабрики № 2: шихта на агломашины должна укладываться двумя слоями, отличающимся один от другого содержанием топлива (в верхнем слое 4,4%9 в нижнем 3,0%)т Проектный вариант технологии не учитывает специфику агломерируемого материала. В процессе подготовки к спеканию (при смешивании и комковании) лисаковский концентрат преобретает рыхлую структуру из непрочных агрегатов, разрушающихся на колосниковой решетке агломашины под воздействем разрежения и сил статического давления верхней части слоя на нижнюю, в результате чего образуется плотный слой с повышенным гидравлическим сопротивлением, Такое поведение концентрата при спекании определяется его особенностями.
Б соответствии с этой технологией по слоям шихты разделяют железорудные компоненты различной крупности: некомкуемый концентрат ЛОГКа вводят в верхний слой, аглоруды и возврат — нижний. Топливо и флюсы вводят в оба слоя, однако флюсы могут быть сосредоточены и в одном из слоев. Разделение шихты по крупности на два слоя благоприятно отражается на ходе процесса спекания вследствии снижения гидравлического сопротивления общего слоя. Это подтверждает увеличение порозности слоя рудной смеси и скорости фильтрации воздуха при переходе с однослойной укладки на двухслойную.
Результаты исследований (табл.1.1) свидетельствуют о преиму. ществах новой технологии спекания по сравнению с обычной. В вариантах 1−3 (однослойная укладка шихты) удельная производительность равна 0,93−0,95 т/м^*ч, а в вариантах 4−9 (двухслойная укладка шихты) она повышается до 1,10−1,29 т /м^ч. Прочность агломерата в вариантах обычной и опытной технологии при равной основности по высоте слоя практически одинакова. Перевод флюсов в нижний слой способствует резкому повышению прочности агломерата.
Вышеизложенные результаты исследований были использованы не только при корректировке удельной производительности агломашин аглофабрики № 2, но и при освоении ее технологического процесса.
Авторы /48/ рассмотрели широкий круг вопросов по совершенствованию технологии производства агломерата на аглофабрике $ 2. Проведены лабораторные исследования по изысканию дешевого заменителя дефицитной коксовой мелочи. Установлено, что при замене до.
Таблица I.I.
Результаты исследований процесса спекания при однослойной и двухслойной укладках шихты I I.
Показатели Варианты технологии спекания.
Однослойная 1 ] ! Двухслойная Г ~ ' ', г.
I) 2 3 4 5 6 7 8 9 10.
Соотношение в шихте:
ЛГМК: Атасуйс. руда: руда ССГОКа 100:0:0 90:10:0 75:12,5:12,5 100:0:0 90:10:0 90:10:0 90:10:0 75:12,5:12,5 75:12,5:12,5.
Содержание топлива в шихте, %: общие 7,0 6,5 5,5 7,0 7,4 7,2 6,5 6−5 6−5 в верхнем — - - 8,0 9,0 9,0 7,9 8,0 9,0 слое в нижнем — - - 3,0 5,0 4,2 4,8 3,5 4,5 слое I го 0.
1 •.
Продолжение табл. I.I.
I 2 3 4 5 6 7 8 9 10.
Основность агломерата (СаО/ s±o2): общая 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 верхнего слоя — — — 1,2 0,02 1,2 0,02 1,2 0,02 нижнего слоя — — — 1,3 4,5 4,5 4,4 1,2 4,4.
Высота слоя, мм: общая 300 300 280 310 320, 320 330 280 280 верхнего слоя — — — 240 210 200 205 190 155 нижнего слоя — — — 70 ПО 120 125 90 125.
Удельная произ- 0,95 0,94 0,93 1,10 1,23 1,16 1,29 1,13 1,24 водительность,.
Прочность агломерата по ГОСТ.
15 137−77, %:
X 57,0 58,2 56,0 57,3 6,50 57,5 64,5 ~ 56,5 64,3.
6,8 6,5 5,1 ' 7,0 8,2 6,9 7,5 4,5 6,7.
40% коксика кузнецким тощим углем и двухслойной укладке шихты из гравитационно-магнитного концентрата ЛГОКа ухудшение основных показателей процесса спекания не наблюдается. При использовании свыше 40% угля в общей нагрузке топлива снижается прочность агломерата и устойчивость показателей процесса спекания. Наименее прочной частью опека, полученного по технологии двухслойного спекания шихты с использованием тощего угля, является верхняя — из Л1Ж. Дополнительное увеличение содержания смеси топлив в верхнем слое не дает заметного улучшения качества агломерата. С возрастанием доли вводимого в шихту тощего угля взамен коксика в слое наблюдается расширение зоны высоких температур. В связи с этим при обосновании предельного содержания угля в смеси топлив необходимо учитывать возможное ухудшение условий охлаждения агломерата на агломашинах.
Проведены промышленные испытания различных вариантов производства разноосновного агломерата при использовании технологии двухслойного спекания шихты с разделением компонентов различной крупности по слоям. Установлено, что по мере перевода флюсов из верхнего слоя в нижний прочность агломерата возрастает, а содержание в нем мелочи 0−5 мм снижается без уменьшения производительности агломашин, однако при этом ухудшается степень обессеривания агломерата, усвоение извести в нижнем слое и повышается колеблемость химического состава агломерата. Оптимальным вариантом технологии производства разноосновного агломерата является спекание шихты с основностью верхнего слоя 0,4, ниянего- 2,3 при наличии постели на агломашинах. При однослойном спеканий шихты в слое высотой 300 мм и двухслойном спекании указанной разноосновной шихты в слое 340 мм удельные расходы топлива практически не изменяются, а удельная производительность агломашин в последнем случае возросла на 17,2%, Исследованиями установлено, что использование данной технологии целесообразно лишь после внедрения системы автоматического регулирования весокого соотношения слоев шихты на агломашинах и снижения крупности флюсов. Минералогическими исследованиями показано, что одной из причин разрушения как одноосновного, так и разноосновных агломератов является концентрация напряжений в местах тонких стенок пор, в участках неусвоенных компонентов шихты и на границах контакта участков с различной микроструктурой. Одноосновной агломерат имеет наибольшее количество гематита, шлаковая масса его является оливиновой, что в сочетании с многофазностью структуры при наличии сравнительно большого количества включений неусвоенных компонентов шихты определяет низкую прочность этого агломерата, в сравнении с разноосновными. Агломерат с основностью 0,4/2,3 в верхнем слое имеет наибольшее количество магнетита и однокальциевого феррита, наименьшее — стекла и неусвоенной извести. Нижний слой отличается невысоким содержанием гематита и повышенным количеством двухкальциевого силиката, не подверженному полиморфному превращению, вследствие кристалло-химической и термической стабилизации.
В лабораторных условиях произведена качестванная оценка влияния извести и известковой пыли на показатели процесса спекания. Как установлено исследованиями, известь с содержанием 67,5% СаОакт при расходах в шихту до 60 кг/т агломерата оказывает значительное интенсифицирующее воздействие на процесс спекания как при однослойной, так и при двухслойной укладках шихты. Влияние же известковой пыли, 29,6% СаО акт., отмечается лишь при расходах 3040 кг/т агломерата. Промышленные испытания показали, что удельная производительность агломашин при спекании шихты с использованием известковой пыли по проектной технологии в количестве 50−55 кг/т агломерата возрастает с 0,839 до 0,882 т/м^ч, т. е. всего на 5,1%* Для увеличения эффекта от применения извести в шихте необходимо повысить в последней содержание СаО акт до 80−85% /48/. Увеличение содержания железа в концентрате сопровождается тонким измельчением исходной руды для более полного раскрытия рудных зерен. Поэтому крупность концентрата при увеличении содержания в нем железа снижается. В связи с этим развитие агломерационного производства в последние годы характеризуется непрерывным увеличением доли тонкоизмельченных концентратов в железорудной части агломерационной шихты. Многочисленные исследования и опыт работы агломерационных фабрик свидетельствуют о снижении удельной производительности аглоустановок при повышении доли тонкоизмельченных концентратов в шихте. Это объясняется главным образом, ухудшением газопроницаемости спекаемого слоя, что приводит к снижению вертикальной скорости процесса спекания. Как было отмечено ранее развитие Лисаковского ГОКа связано с увеличением производства обжиг-магнитного концентрата. Поэтому в разные годы были проведены исследования по спеканию этого концентрата.
Лабораторные исследования по агломерации лисаковских обжиг-магнитных концентратов (ЛОЖ) на заводе «Сибэлектросталь» /49/ показали, что концентрат крупностью 3−0 мм спекаетсяудовлетворительно (0,61 т /А), концентрат же глубокого обогащения крупностью 0,3−0 мм — плохо, 'даже при введении в шихту большого количества возврата (1:1). Скорость спекания получается низкой (10^-12 мм/мин) и производительность аглоустановки — неудовлетврительной (0,1−0,2 т/м^ч).
Опыты:/50/ показали, что для окускования тонкоизмельченных ЛОМК, агломерация как способ окускования может быть применена лишь при условии введения в шихту разрыхляющих добавок и использованием интенсифицирующих агломерационный процесс мероприятий (введении в шихту извести, пушонки и др.).
Химико-металлургическим институтом АН Каз. ССР проводятся исследования процесса окускования лисаковских обжиг-магнитных концентратов методом агломерации /51/. Спеканию подвергался концентрат крупностью 0,1−0,02 мм, следующего химического состава: еобщ — 61,5 РеО — 24,4%, Si02 — 4,39 AlgO* &bdquo-" А10 СаО — 0,56 Р — 0,57% и S — 0,02 В обычных условиях процесс агломераций такого концентрата идет неудовлетворительно. Низкая газопроницаемость шихты не позволяла получать преемлемых показателей спекания, при этом, качество агломерата было также неудовлетворительным. Интенсификация процесса такого концентрата может быть осуществлена путем введения в шихту небольших количеств (до 20 кг/т агломерата) извести, пушонки, улучшающей условия комкуемости шихты при ее смешиваний. Известь пушонка способствует существенному возрастанию производительности аглоустановки (от 0,241 до 0,721 т/м^.ч), однако, введение ее в шихту не получило широкого распространения, вследствие отсутствия надежной технологии этого способа и значительного ухудшения условий труда на аглофабрике /50/.
Предприятием ." Укрчерметруда" совместно с химико-металлургическим институтом АН Каз. ССР исследовалась возможность получения из обжиг-магнитного концентрата лисаковских руд офлюсованного агломерата (табл. 1.2). Агломерат с основностью 0,8 при соч «». , держании 8,5% топлива в шихте была смесь обычного и доломитизированного известняка (1:1,5) — в шихту 2-го варианта добавляли ч .• '.
6% смеси измельченной лисаковской руды с известью (1:1). Опыты показали, что при 2-м варианте повышается вертикальная скорость спекания, вследствие чего удельная производительность возрастает с 0,6 до 0,9 т/м^"ч или на 37% при одновременном улучшении качества агломерата.
Специфика обжиг-магнитного обогащения вызывает необходимость тонкого помола руды до крупности — 0,074 мм. Агломерация концентратов такой крупности затрудняется из-за резкого снижения газопроницаемости спекаемого слоя и падения в связи с этим производительности машины.
Таблица 1.2.
Химический состав агломератов из ЛОМК.
Вариант i Те ГеО Si02 А1203 t СаО МдО 1Ь0 1 СаО Si02.
Агломерат из. ЛОМК 1-й вариант 56,26 40,4 18,0 5,14 6,12 6,79 2,29 2,08 0,81.
Агломерат из ЛОМК 2-й вариант 55,31 59,0 18,0 5,64 «» 6,05 7,57 1,91 2,04 0,81.
В работах /51−56/ в целях поиска путей интенсификации процесса спекания ЛОМК исследовали влияние разряжения под колосниковой ¦ решеткой, предварительной грануляции шихты перед загрузкой и ее подогрева до 60 °C. Повышение вакуума с 8,00 до 14,00 кПа при спекашш шихты без специальной предварительной подготовки позволило повысить удельную производительность всего лишь на 0,135 т/м^"ч (с 0,456 до 0,591 т/м^"ч). В результате подогрева шихты удельная производительность аглоустановки возросла до I т/м^.ч, т. е. увеличилась на 100%, В целях улучшения газопроницаемости, шихта была подвергнута предварительной грануляции до крупности 3−8 мм. Показатели спекания подогретой до 60 °C и гранулированной шихты еще более возросли. По сравнению с обычной подготовленной шихтой 4 скорость спекания повысилась почти в два раза, выход годного агломерата возрос на 25%, а удельная производительность аглоустановки — в 2,3 раза.
Повышение вакуума, при спекании гранулированной и подогретой шихты, способствует повышению показателей спекания. При вакууме 14,0 кПа удельная производительность аглоустановки возросла до 1,44 т/м^.ч. Агломерат, полученный в этих условиях характеризуется вполне удовлетворительными металлургическими свойствами.
В работе /56/ приведены результаты лабораторных и промышленных исследований спекания лисаковского. обжиг-магнитного кояцент- •:. рата. Спекания проводились в аглочаше по методике КарМК. JI0MK содержал Те — 62,04%, ситовый состав характеризовался содержанием класса менее 0,1.мм — 96,1%• В качестве флюса использовалась смесь известняка с доломитом, применяемая на аглопроизводстве. Для интенсификации процесса применялись известковая пыль (Ca0Q (j ~ -67,47%t CaOg^ - 35,84%) и известь измельченная до крупности 0−3 мм (Са0общ — 83,1 Са0акт — 66,73%) в количестве 40 кг/т агломерата.
Установлено, что при спекании обжиг-магнитного концентрата без интенсификаторов удельная производительность аглоустановки не превышает 0,47 т/м^*ч. Применение в качестве интенсификатора известковой пыли позволяет увеличить производительность в 2 раза, а высоту слоя с 170 до 200−230 мм. Ввод в шихту 40 кг/т агломерата извести повышает производительность установки до 1,15 т/м^.ч. Содержание возврата для всех случаев находится на уровне 30−35%¦, а влажность шихты составляет 7,5−8,5%. Расход коксовой мелочи на спекание равен 5,5-^6,5%т.
Для уточнения полученных данных были проведены кратковременные промышленные спекания на агломашине JS 7 с площадью спекания 312 м^ аглофабрики JS 2 КарЖ. Спеканию подвергался ЛОЖ, подале- • шанный на складе с Л1Ж. и имел: Ге — 57,16%, ГеО — 20,73%, Р — 0,64% и кремниевый модуль 1,45. В качестве интенсификатора процесса спекания была применена известковая пыль в количестве 50−55 кг/т агломерата. В процессе проведения промышленных спеканий были получены следующие средние показатели: г* сухая шихта содержала ЛОЖ — 58,5%, комбинированный флюс -2,0%, известковой пыли — 3,8%, доломита — 5,0%, коксика «6,4%, возврата — 24,3%, содержание влаги в шихте — 8,0%9 высота слоя шихты — 250 ш;
— скорость спекания 13−14 мм/мин;
— удельная производительность — 0,72 т/м^*ч;
— агломерат имел — - 50,77%, СаО — 15,25%, MgO ~ 2,04%, Р — 0,57%, S±02/Al2°i — I"8- Ca0/Si02 — 1Д8, мелочи -0−5 мм на аглофабрике 7,1%, показатели прочности по ГОСТ 15 137–77 X — 61,0% И Xj — 5,2%.
Кратковременные промышленные спекания ЛОЖ показали ' низкую удельную производительность при удовлетворительном качестве агломерата.
В настоящее время на ЛГОКе производите обжиг-магнитный концентрат на действующей печи и с пуском в строй печей СВС-2 производительностью 2 млн. т в год доля этого концентрата в шихте аглофабрики № 2 увеличится до 30%*.
На лабораторной установке Карметкомбината совместно с институтами Уралмеханобр и ХМИ АН Каз. ССР были проведены исследования по агломерации смеси лисаковского гравитационно-магнитного sg '.
ЛГМК) и обжиг-магнитного концентратов /57−58 /. ЛОЖ на 90−95% был представлен классом менее 0,074 мм. Высокоразвитая удельная поверхность концентрата определяет его повышенную влагоемкость, в результате чего оптимальная влажность шихты с ростом доли ЛОЖ от 0 до 100% увеличивается с 6,5 $ до 8,5 а оптимальное содержание возврата в шихте повышается с 23 до 30%. По мере увеличения доли ЛОМК комкуемость шихты улучшается. Эквивалентный диаметр гранул возрастает с 2,2 до 5,0 мм, но тем не менее, замена ЛГМК на ЛОМК и увеличение его доли в шихте приводит к снижению вертикальной скорости спекания и производительности установки с 0,84 до 0,46 т/м^*ч. Установлено, что удельная производительность установки без применения интенсификаторов снижается на 0,4*0,5% на каждый процент увеличения ЛОЖ в железорудной части шихты. Оптимальное содержание топлива в шихте снижается на 10−15% (отн.). Ввод в шихту извести в количестве 40 кг/т агломерата позволяет в значительной степени снизить отрицательное влияние. ЛОЖ на производительность установки." Удельная. производительность повышается в 2,5 раза и составляет 1,15 т/м^.ч. Оптимальная высота слоя и содержание возврата в шихте при этом составляют соответственно 260 мм и 30−35%.
Все выше рассмотренные работы преимущественно носят технологический характер. Они ограничиваются определением каких-либо оптимальных технологических параметров процесса спекания и удовлетворительных показателей прочности агломератов из различных типов лисаковских концентратов. Выяснения и исследования причин обуславливающих столь низкие показатели, в работах не приведено. Эти недостатки в исследованиях особенно ярко проявляются при спекании смесей ЛГЖ и ЛОЖ, где совершенно не учитывается существенное отличие концентратов по физико-химическим и минералогическим свойствам /57, 58/. Например, в работах /57, 58/ указано, что рост содержания ЛОЖ улучшает комкуемость шихты, но это не приводит к увеличению вертикальной скорости спекания, а даже наоборот снижает ее. В чем причина отмеченного явления авторы даже не пытаются разобраться. Чтобы ответить на все возникающие при переработке лисаковских концентратов и их смесей вопросы необходимы специальные углубленные исследования по изучению газопроницаемости отдельных зон образующихся в процессе агломерации по высоте слоя.
Из выше приведенных работ видно, что при спекании различных типов концентратов оптимальные расходы топлива разные. По этому вопрос изучения влияния разновидностей концентратов на тепловой режим процесса требует всестороннего исследования теплофизических свойств этих материалов (температуры и температурные интервалы плавления).
Знание этих свойств позволяет регулировать количеством расплава и качеством агломератов.
Наличие расплава и температура его появления оказывает существенное влияние на процесс спекания через газодинамику, а в конечном итоге и на механизм формирования агломерата. Поэтому анализ механизма формирования агломерационной структуры с целью дальнейшего совершенствования технологии получения агломерата невозможен без изучения температуры и температурных интервалов фазовых переходов, происходящих в процессе нагрева материалов, так как от характера их протекания в значительной степени будет зависеть качество готовой продукции и производительность агломерационных машин.
Изучению этого вопроса напримере магнетитовых руд посвящен ряд работ)/60−65/^ Наибольший интерес представляют исследования, выполненные С. Г. Братчиковым и И.П.ХудорожковыМ- /61, 62/,(которые установили, что температура плавления образцов из железорудных материалов существенно зависит от их исходной окисленности. Температура плавления зависит также и от концентраций углерода в шихте. По сравнению с шихтой без углерода, добавка его в количестве 5,8% (по весу) снижает TsvinejpaTypy. плавления образца из окиси железа на 200°, а неофлюсованного манетитового концентрата на 220 °C, При этом, содержание в охлажденных после расплавления магнетитовых образцах с увеличением исходной концентрации углерода с 1,6% до 2,5- 4, 15 и 5,8 соответственно возрастало с 19,7- до 23,9, 28,5 и 38,8%,.
Подобные результаты получены и авторами работы /66/. Они установили уменьшение температуры начала размягчения шихты на основе концентрата КГОКа на 30° при повышении концентрации коксика в ней с 2,0 до 3,0%.
Наличие связи мевду процессом окисленности железорудных материалов и температурой плавления железистого расплава отмечено в работе Н. С. Климовой /59/. Температура каплеобразования качканарс-кой шихты снизилась с 1550 °C до 1420 °C при замене окислительной атмосферы опыта на восстановительную. По данным В. Ф. Куценко /65, 66/ полученным по аналогичной методике, агломерат КМА. не плавится. на воздухе до температуры 1550^-1660 °С, а в восстановительной атмосфере плавится уже при 1400 °C.
Необходимо отметить, что рассмотренный выше экспериментальный материал лишь косвенным образом отражает связь, возникающую между развитием окислительно-восстановительных процессов окислов железа и процессом плавления в начальный и конечный периоды. Кроме того, используемые всеми авторами методики исследований, основанные на применений визуальных методов контроля /60/ или метода «опускающегося плунжера» /65/ не отличались особой чувствительностью и точностью.
Большинство специалистов считают /64−75/, что получение качественного агломерата невозможно без развития жидкофазного спекания, когда большая часть железорудных материалов (от 50−100%) проходит через стадию расплавления. Имеются данные, которые удовлетворительно подтверждает прямую зависимость между конечными характеристиками агломерата (прочность по ГОСТ 15 137–77-X и Xj) количеством х и физико-химическим свойствам расплава /60, 61, 67−72, 75, 77−81/, Безусловно, что для анализа механизма формирования агломерационных структур, управления их качеством необходимо знание температур и температурных интервалов плавления шихтовых материалов, а также количества расплава /65, 66, 72/, Из вышеуказанного следует:
1, Анализ литературных данных показывает что были проведены ряд исследований по агломерации ЛГМК и технология производства агломерата из чего в промышленных условиях полностью освоена, но до-сих пор не установлены причины неудовлетворительной характеристики показателей процесса спекания,.
2. С очень низкой вертикальной скоростью спекания и удельной производительностью обладает процесс агломерации обжиг-магнитного концентрата. Без каких-либо интенсифицирующих добавок невозможно получить удовлетворительные показатели процесса.
3. При спеканий двух лисаковских концентратов показатель процесса еще ухудшится, неизвестно в каком тепловом режиме проходит спекание шихт из этих концентратов,.
4. Не изучены газодинамические характеристики при спекании лисаковских концентратов и их смеси,.
В связи с изложенным, в работе намечалось решить следующие вопросы:
1. Выбрать оптимальные параметры процесса спекания лисаковских концентратов и их смесей в условиях постоянно возрастающего содержания ЛОЖ в шихте;
2. Выяснить причины неудовлетворительных показателей процесса спекания путем исследования физико-химических свойств концентратов и шихт, газодинамики процесса спекания с выявлением зон, лимитирующих процесс, особенностей поведения концентратов и шихт в высокотемпературной зоне формирования агломерата;
3. На основании выполненных исследовании разработать и внедрить мероприятия, направленные на совершенствование технологии спекания и улучшения качества агломерата из смесей ЛЕЖ и ЛОЖ.
5.7. Выводы.
1. На аглофабрике JS 2 Карметкомбината в период с 6 по 20 сентября 1983 г. проведены промышленные испытания по агломерации смеси гравитациощю-магнитного и обжиг-магнитного концентратов ЛГОКа. Получена опытная партия агломерата объемом 127 000 т из шихт, содержащих 34,4- 49,0 и 46,6% ЛОМК.
2.
Введение
тонкоизмельченного ЛОЖ в агломерационную шихту привело к снижению газопроницаемости спекаемого слоя и качественным структурно-механическим изменениям шихты.
Шихта, содержащая 30% ЛОЖ, не комкуется, а увеличение его.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
Изучены закономерности плавления многокомпонентных систем, характерных для шихт и агломератов из лисаковских концентратов* Установлено, что шихты из смеси ЛГМК и ЛОМК при определенном их соотношении (25−50% ЛОЖ) плавятся при более низких температу-pax, чем шихты из чистых концентратов. Температурные характеристики плавления сказывают решающее влияние на свойства агломерата. Из шихты имеющей пониженную температуру начала и конца плавления, получен агломерат с такими же температурами плавления фазовых переходов. С помощью полученных регресионных уравнений молено расчитать заранее влияние отдельных компонентов на температуру плавления и подобрать шихту благоприятную с точки зрения формирования агломерата.
Исследованием газодинамических характеристик отдельных зон образующихся при агломерации ЛГЖ и ЛОЖ, установлено, что при спекании ЛОЖ в основной период спекания газопроницаемость лимитируется зоной сушки и интенсивного нагрева. Основной интенсифицирующий фактор — повышение термостойкости гранул. При спекании смесей ЛМК и ЛОЖ (ярко выраженным) максимальным удельным сопротивлением в течение всего основного периода обладает зона переувлажнения. Главным фактором интенсификации спекания смесей ЛГМК и ЛОЖ является увеличение прочности сырых гранул или разделение концентратов с отдельным окомкованием и укладкой шихты в два слоя. Разработана новая технология двухслойного спекания ЛГЖ и ЛОЖ с раздельной загрузкой шихты по слоям.
Лабораторными исследованиями установлена эффективность технологии спекания двухслойной шихты на базе лисаковских гравитационно-магнитного и обжиг-магнитного концентратов в целях одновременного повышения производительности и качества агломерата, экономии топлива наиболее перспективным является спекание двухслойной шихты, содержащей в верхнем слое ЛОМК, крупнозернистые железосодержащие материалы, в нижнем — ЛГМК, при организации постели на агломашинах. По этому варианту технологии создается широкая возможность более эффективного использования известив качестве интенсификаторов и производства разноосновного агломерата по слоям".
Предложено новое техническое решение спекания разноосновного агломерата. Учитывая температурные характеристики плавления концентратов в низкоосновной и высокоосновной шихтах добились значительного повышения температуры начала и сужения интервала размягчения'.
На Карагандинском металлургическом комбинате внедрена в промышленность технология спекания шихты, содержащей до 10% ЛОЖ в железорудной части, что дала экономический эффект 174 тыс. рублей в год.
Выполненные исследования позволяют рекомендовать для промышленного внедрения технологию агломерации при содержании обжиг-магнитного концентрата в железорудной части шихты до 30%* Расход извести при этом должен составлять не менее 30 к2"/т агломерата.
Увеличение расхода ЛОЖ выше 30% усложняет работу технологического оборудования агломерационного производства, приводит к существенным потерям удельной производительности машин даже с применением извести.
В этом случае, без снижения удельной производительности агломашин, агломерат содержит пониженное количество мелочи фракции.
0−5 мм, имеет высокую механическую прочность и содержание железа в агломерате возрастает на 2,0%" 9 При спекании шихты с содержанием ЛОЖ 30−40% существенно изменятся температурные характер ристики плавления. По этому цри дальнейших исследованиях обратить особое внимание на изучение теплового режима процесса с целью снижения расхода топлива и получения агломерата с пониженным содержанием закиси железа.
