Шихта для виготовлення котунів

Реферат: Шихта для виготовлення котунів розміром 10-20 мм містить концентрат залізної руди, залізну товарну руду, вапняк та бентоніт. Додатково містить 12-14 % вуглецю з дисперсністю частинок 0,08-1 мм, як шлакоутворюючу і в'яжучу добавку вапняне молоко в кількості 3,0-3,5 %, а також окремо додано вуглецеву засипку з вмістом торфу 2-3 %, якою заповнюється міжгранульний простір, і суміш концентрату і негашеного вапна у відношенні 1:1 для нанесення захисного шару на поверхню гранул. UA 90712 U (54) ШИХТА ДЛЯ ВИГОТОВЛЕННЯ КОТУНІВ UA 90712 U UA 90712 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області доменного виробництва чавуну, а зокрема, до підготовки шихтових матеріалів у вигляді котунів або агломерату для доменної плавки. Відомо, що до складу шихти для виготовлення котунів входить концентрат залізної руди, залізна руда, певна кількість вапняку (8-16 %) і бентонітова глина (0,6-1,5 %) як в'яжуча речовина (Чернега Д.Ф., Богушевський B.C., Готвянський Ю.Я. і др. Основи металургійного виробництва металів і сплавів. - К.: Вища шк., 2006. - 504 с; Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев A.M. Общая металлургия. - М.: Металлургия, 2002. - 768 с; Вегман Е.Ф. Краткий справочник доменщика. - М.: Металлургия, 1981. - 240 с). В наведених літературних джерелах відмічається необхідність згрудкування шихтового матеріалу у вигляді котунів або агломерату. Така компактна шихта характеризується достатньою міцністю, поруватістю, відновлюваністю, відповідною температурою розм'якшення та пониженим вмістом пустої породи. Однак, використання такої компактної шихти у вигляді котунів у доменній плавці супроводжується значною витратою коксу, в результаті їх низького ступеня металізації, що не дозволяє суттєво підвищити продуктивність плавильного агрегату. Крім того, застосування природного газу як джерела теплової енергії при випалюванні котунів та використання бентоніту, як в'яжучої добавки, значно здорожують виготовлення шихтових матеріалів. Відомі шихтові матеріали з яких створюються котуни з високим ступенем металізації (9095 %). Для виготовлення таких котунів застосовувався промисловий реактор Мідрекс і пілотна установка, яка моделювала технологічний режим реактора ХІЛ (Рыбкин B.C., Леонтьев Л.И., Леушин В.Н. и др. Разработка технологических схем металлизации качканарских окатышей // Сталь. - 2008. - № 7. - С. 16-19.). Такі шихти з використанням даного технологічного процесу забезпечують отримання котунів з достатньою міцністю, пористістю і ступенем металізації 90 % і більше, які можуть використовуватись для плавки в електропечах. Однак, компактна шихта виготовлена по даним технологіям є надто дорога і енергозатратна, економічно невигідна для доменного процесу. Крім того, технологія виготовлення котунів з даної шихти є надто громіздкою, оскільки є двостадійною і включає спочатку спікання котунів на випалювальних конвеєрних машинах, а потім їх металізацію на установці Мідрекс. Найбільш близьким аналогом до шихти, що пропонується для виготовлення котунів, є традиційна шихта, яка містить концентрат залізної руди, залізну товарну руду, вапняк та бентоніт (Першуков А.А., Соболев А.В. Справочник рабочего фабрики окомкования. Челябинск: Металлургия, 1988. - С. 36-49.). Однак, як відмічалось вище, компактна шихта у вигляді котунів після випалювання їх на конвеєрних машинах характеризується низьким ступенем металізації, значною витратою газоподібного палива та в'яжучої речовини - бентоніту. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити шихту для виготовлення котунів розміром 10-20 мм для отримання ступеня металізації 30-35 %, збереження міцності котунів і економії бентоніту за рахунок того, що вона додатково містить 12-14 % вуглецю з дисперсністю частинок 0,08-1 мм, а як шлакоутворюючу і в'яжучу добавку вапняне молоко в кількості 3,03,5 %. Причому для зменшення витрати природного газу в процесі спікання і зниження температури спалахування твердого палива до неї окремо додається вуглецева засипка з вмістом торфу 2-3 %, якою заповнюється міжгранульний простір, а для зменшення вторинного окиснення заліза, підвищення термостійкості котунів і запобігання сплавленню їх у шматки великого розміру до неї окремо додається суміш концентрату і негашеного вапна у відношенні 1:1 для нанесення захисного шару на поверхню гранул безпосередньо перед їх спіканням. Поставлена задача вирішується тим, що в шихті для виготовлення котунів розміром 10-20 мм, яка включає концентрат залізної руди, залізну товарну руду, вапняк та бентоніт, згідно з корисною моделлю, вона додатково містить 12-14 % вуглецю з дисперсністю частинок 0,08-1 мм, а як шлакоутворюючу і в'яжучу добавку вапняне молоко в кількості 3,0-3,5 %. Новим є також те, що для зменшення витрати природного газу в процесі спікання і зниження температури спалахування твердого палива до неї окремо додається вуглецева засипка з вмістом торфу 23 %, якою заповнюється міжгранульний простір, а для зменшення вторинного окиснення заліза, підвищення термостійкості котунів і запобігання сплавленню їх у шматки великого розміру до неї окремо додається суміш концентрату і негашеного вапна у відношенні 1:1 для нанесення захисного шару на поверхню сформованих гранул безпосередньо перед їх спіканням. Технічний результат досягається за рахунок створення відновлювальної атмосфери в процесі випалювання у сформованих із запропонованої шихти гранулах, при наявності в них 1214 % вуглецю (дисперсного твердого палива), що супроводжується збільшенням вмісту СО у газовій фазі, а також у зв'язку з уповільненням доступу кисню і зменшенням витоку рідкої фази з ядра гранул в процесі спікання котунів і, особливо, при їх охолодженні в результаті нанесення захисного шару із суміші концентрату і вапна на поверхню гранул товщиною 2,0-2,5 мм, що проявляється у збільшенні вмісту металевого заліза в готовому продукті і отриманні шихтового 1 UA 90712 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 матеріалу зі ступенем металізації 30-35 % з одночасним підвищенням термостійкості котунів і зменшенням їх сплавлення у монолітні шматки великого розміру. Крім того, за рахунок стабілізації капілярних сил зчеплення між окремими дисперсними частинками, що входять до складу котунів, при наявності в них як в'яжучої речовини вапняного молока в кількості 3,0-3,5 % при одночасному зменшенні у шихті вмісту бентоніту, вдається отримати шихтовий матеріал потрібної якості і зекономити дорогоцінний бентоніт, що проявляється у збереженні міцності спечених котунів, підвищенні виходу придатного у готову продукцію і зниженні її собівартості. Наявність вуглецевої засипки (5 % від маси котунів) з вмістом торфу 2-3 % сприяє зменшенню температури спалахування твердого палива, що призводить до інтенсифікації процесу спікання залізорудного матеріалу, зменшенню витрати природного газу і окиснення гранул в процесі їх нагрівання, що в подальшому безпосередньо відображається на ступені металізації котунів, як шихтового матеріалу для доменної плавки. У корисній моделі, що заявляється, розробка шихти для виготовлення котунів проводилась наступним чином. В першому варіанті досліджень до складу шихти, що використовувалась як об'єкт досліджень, входило 70 % концентрату, 12 % вапняку, а вміст залізної руди і вуглецю (дисперсного коксу, фракції 0.08-1 мм) змінювались в межах 2-12 % і 6-16 %, відповідно. До визначених сумішей сировинних матеріалів в якості в'яжучої речовини додавалось 0,5 % бентоніту і вапняне молоко, вміст якого змінювався в межах 1,0-3,8 %. Базуючись на тому, що котуни для доменного виробництва чавуну, як правило, не містять твердого палива, або містять його в кількості 1-2 %, тоді як для прямого відновлення заліза по технології ITmk-3 вміст твердого палива в котунах коливається в межах 20-30 %. Тому в складі шихти дослідної серії для виготовлення котунів вміст твердого дисперсного палива змінювався в межах 6-16 %. Після згрудкування суміші сировинних матеріалів на лабораторному грануляторі котуни розміром 10-20 мм підлягали випаленню у печі Таммана при температурі 1593-1598 K (13201325 °C) протягом 12-15 хвилин. Після короткої витримки у печі при зазначеній температурі їх охолоджували сумісно з піччю до 1173 K (900 °C), а потім видаляли з печі і охолоджували на повітрі. В базовому варіанті (найближчий аналог) до складу суміші, що використовувалась для виготовлення котунів, входило 77 % концентрату, 11 % залізної руди і 12 % вапняку, з добавкою до даної суміші 1,2 % бентоніту. Спечений продукт піддавали хімічному і рентгеноструктурному аналізам з метою визначення ступеня металізації котунів. Для визначення міцності шихтового матеріалу спечені котуни піддавали роздавлюванню на машині МР-0,5-1. Одночасно визначали вихід придатного в готову продукцію з урахуванням барабанної проби. В табл. 1 наведені результати щодо властивостей котунів, отриманих по двох варіантах, а саме: ступінь металізації спеченого продукту, міцність на стиснення випалених гранул, кількість сплавлених гранул і вихід придатного в готову продукцію. Аналізуючи дані табл. 1 можна констатувати наступне: а) у міру збільшення вмісту твердого палива у складі шихти ступінь металізації залізорудного мінералу поступово зростає, досягаючи максимального значення при вмісті твердого палива 16 % (33,5 %). Пояснюється це тим, що використання дисперсного твердого палива у складі котунів дозволяє отримати відновлювальну атмосферу в ядрі гранул замість інтенсивного окиснення їх у зоні нагрівання, як у котунів, отриманих із шихти-прототипу. Причому при збільшенні кількості твердого палива в ядрі гранул зростає вміст СО, як газувідновника, в газовій фазі, що супроводжується збільшенням вмісту заліза металевого у вигляді "глобальних частинок" всередині гранул і, як наслідок, підвищення ступеня металізації спеченого продукту. б) у міру збільшення вмісту твердопаливної насадки у складі шихти до 12 % добавкою вапняного молока вдається компенсувати втрату бентоніту і стабілізувати капілярні сили зчеплення між окремими частинками шихти, що проявляється у підвищенні міцності випалених котунів. Однак, при збільшенні вмісту твердого дисперсного палива всередині гранул до 16 % спостерігається поступове падіння міцності випалених котунів, незважаючи на збільшення добавки вапняного молока, як в'яжучої речовини, що призводить до зменшення виходу придатного у готову продукцію. Крім того, підвищення основності шихтового матеріалу і вмісту твердого палива супроводжується деяким зниженням вмісту заліза загального у складі котунів і при наявності у шихті твердого палива, як джерела теплової енергії, збільшенням рідкої фази і сплавленням окремих гранул у шматки великого розміру. Все це призводить до зниження металургійної цінності котунів, як шихтового матеріалу для доменного виробництва чавуну. 2 UA 90712 U Таблиця 1 Порівняльна характеристика фізико-хімічних властивостей котунів, отриманих із шихти різного складу Вміст Шихта для Характеристика твердого № виготовлення шихти для палива п/п котунів по виготовлення (коксу)у шихті, двох варіантах котунів % Концентрат, залізна руда, 1 Шихта-аналог вапняк, бентоніт 1,2 % Концентрат, 6 залізна руда, 8 Шихта, що вапняк, 10 2 пропонується бентоніт 0,5 %, 12 дисперсний кокс, 14 вапняне молоко 16 Добавка вапняного молока, % Міцність на стиснення випалених котунів, кН/котун Вихід придатного у готову продукцію, % 2,45 78 1 2 2,5 3,0 3,5 3,8 1,85 2,25 2,35 2,46 2,42 2,36 66,5 72 76,9 79,5 79,0 74,2 Продовження таблиці 1 Шихта для № виготовлення п/п котунів по двох варіантах 1 2 5 10 15 20 Характеристика Кількість Барабанна проба Ступінь металізації шихти для сплавлених гранул (вихід випалених котунів, виготовлення у спеченому придатного), % % котунів продукті, % Концентрат, залізна руда, Шихта-аналог 69,5