Спосіб виробництва обпалених котунів із залишковим вуглецем

Реферат: Спосіб отримання обпалених залізорудних котунів із залишковим вуглецем включає виділення необхідної фракції твердого палива, обробку його реагентом, який збільшує гідрофільність його поверхні, накочування на зародки з твердого палива змішаної шихти, що складається з тонкоподрібнених залізорудного концентрату, флюсу і сполучної домішки, з подальшим термічним зміцненням сирих котунів. При термічному зміцненні сирих котунів нагрів їх після сушіння до максимальної температури і обпал при максимальній температурі здійснюються в атмосфері теплоносія, отриманого при спалюванні в пальниках горна природного газу в забаластованому повітрі, яке містить 7-15 % кисню. Охолодження котунів після обпалу до температури охолоджуваних котунів на 10-15 °C нижче температури займання твердого палива, здійснюється охолодженим відпрацьованим газом, який відсмоктується із зон нагрівання й обпалу котунів, що містить менше 10 % кисню. Після чого котуни можуть охолоджуватися повітрям до температури менше 100 °C. UA 95240 U (12) UA 95240 U UA 95240 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі підготовки залізорудної сировини до металургійних переділу, зокрема до огрудкування тонкоподрібнених залізорудних концентратів, і може бути використана в чорній і кольоровій металургії. Відомий спосіб отримання залізорудних котунів із залишковим вуглецем, який полягає у роздільному нагріванні до 100-200 °C шматочків антрациту крупністю 3-7 мм і бітуму, після чого антрацит поміщають в змішувач і заливають нагрітим розплавленим бітумом при його витраті 2,5-4,0 % від маси антрациту при постійному перемішуванні. Після цього засипають офлюсовану залізорудну шихту в кількості 100-200 % від маси антрациту і накочують її на паливо. Потім отримані ядра змочуються водою, завантажуються в пристрій для огрудкування і на них накочується офлюсована шихта до отримання сирих котунів потрібного діаметра. Сирі котуни піддаються сушці, нагріванню, випалу і охолодженню [А.с. СРСР № 1617021, Бюлетень № 48, від 30.12.90 p.]. Основними недоліками відомого способу є: істотне ускладнення технології та обладнання для виробництва котунів, використання тільки вузької фракції (3-7 мм) твердого палива і потрапляння у відходи виробництва фракції 0-3 мм, технологічна неможливість виключення злипання частинок палива, покритих розплавленим бітумом і шихтою у безперервному режимі роботи перед отриманням сирих котунів, висока нестабільність кількості залишкового вуглецю в обкоти-шах після їх випалу, а також їх металургійних характеристик. Найбільш близьким по технічній суті і отриманому результату є спосіб отримання залізорудних матеріалів (агломерату та котунів) із залишковим вуглецем, що включає обробку твердого палива (антрациту) крупністю 5-7 мм змочуванням органічною речовиною (мазутом) і нанесення на поверхню палива суміші оксидів (шлак виробництва феромарганцю, який містить СаО - 36,3 %, MgO-16,2 %, SiO2-36,7 %, і вапно), після чого його в атмосфері азоту нагрівають зі швидкістю 80-100 °C/хв., обпалюють при температурі 1300-1320 °C, а потім охолоджують зі швидкістю 80-100 °C/хв. Обпалене паливо змішують із залізорудним матеріалом і флюсовими домішками, огрудковують і піддають отримані сирі котуни термообробці, що включає їх сушку, нагрів зі швидкістю 80-100 °C/хв. до температури випалу 1250-1280 °C, обпал протягом 4-6 хвилин та охолодження повітрям зі швидкістю 80-100 °C/хв. [А.с. СССР № 1602878, Бюлетень № 40, от 30.10.90 р.]. Основними недоліками відомого способу є: істотне ускладнення технології та обладнання для виробництва котунів; використання тільки вузької фракції (5-7 мм) твердого палива і потрапляння у відходи виробництва фракції 0-5 мм; використання для накочування на паливо шлаку, що містить 36,7 % кремнезему, що знижує вміст заліза в котунах; повільне (80100 °C/хв.) нагрівання, обпал та охолодження в процесі зміцнення котунів в окислювальній атмосфері з використанням повітря, яке вміщує 21 % кисню, що збільшує кількість вуглецю, який вигоряє всередині котуну і, відповідно, зменшує кількість залишкового вуглецю в котунах, а також знижує продуктивність обпалювального агрегату. В основу корисної моделі, яка заявляється, ставляться такі задачі: спрощення технології виробництва залізорудних окатишів із залишковим вуглецем, раціональне використання всього твердого палива, яке вводиться в шихту для процесу термічного зміцнення сирих котунів, отримання максимально можливої кількості залишкового вуглецю в обпалених котунах, отримання обпалених котунів із залишковим вуглецем з необхідними для доменної плавки металургійними характеристиками. Поставлена задача вирішується таким чином. На відміну від відомого способу отримання залізорудних котунів із залишковим вуглецем, що включає виділення необхідної фракції твердого палива, покриття його реагентом та оксидами, які збільшують гідрофільність його поверхні, обпал палива з покриттям в нейтральній атмосфері, накочування після цього на зародки з твердого палива змішаної шихти, яка складається з тонкоподрібнених залізорудного концентрату, флюсу та сполучної домішки, з подальшим термічним зміцненням сирих котунів, згідно з корисною моделлю, при термічному зміцненні сирих котунів швидкість нагріву їх, після сушіння при 200-500 °C, до максимальної температури обпалу підтримують на рівні 100-500 °C/хв., швидкість охолодження котунів, після обпалу до температури на 10-15 °C нижче температури займання твердого палива, підтримують на рівні 100-600 °C/хв., а вміст кисню у теплоносії, який контактує з котунами в зонах нагріву і обпалу, знижують за рахунок використання для спалювання природного газу в цих зонах горна забаластованого повітря із зменшеним до 7-15 % вмістом кисню; для охолодження котунів, після високотемпературного обпалу, використовують відпрацьовані (які відсмоктуються із зон нагрівання й обпалу котунів) охолоджені гази, що містять менше 10 % кисню. Спосіб здійснюється таким чином. 1 UA 95240 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Для використання в котунах виділяється антрацит крупністю 0-10 мм, що спрощує технологію (не потрібно виділяти три фракції: 0-5 мм, 5-7 мм і +7 мм) підготовки палива по крупності і дозволяє використовувати все паливо менше 10 мм. Все виділене паливо обробляється водним розчином реагента-пластифікатора (наприклад натрієвого або амонійного лігносульфонату), який є відходом целюлозно-паперової промисловості. Роль цього реагенту зводиться до збільшення гідрофільності поверхні вугільних частинок при створенні навколо них . -6 гідратної оболонки товщиною не більше (15-20) 10 мм, що сприяє накочуванню на них гідрофільних часток офлюсованої шихти за рахунок молекулярних і капілярних сил зчеплення, з утворенням сирих котунів необхідного розміру і міцності. Це забезпечується питомою витратою лігносульфонату рівною 2,4-15,1 кг/т сухого вугілля. Після змішування антрациту з отриманою гідрофільною поверхнею з компонентами шихти (залізорудним концентратом, флюсом і сполучною добавкою) в агрегаті для огрудкування отримують сирі котуни шляхом накочування цієї шихти на шматочки антрациту, які виступають в ролі зародків. Дрібні частинки антрациту (менше 1,6-2,0 мм) не можуть бути зародками, вони разом з шихтою накочуються на зародки і при подальшому термічному зміцненні сирих котунів в окислювальній атмосфері вигоряють і слугують внутрішнім джерелом тепла, знижуючи питому витрату природного газу, який витрачається на обпал котунів, а продукти їх горіння оберігають крупні частинки антрациту в центрі котуну від вигоряння. При термічному зміцненні сирі котуни висушуються при температурі 200-500 °C, нагріваються зі швидкістю 100-500 °C/хв. до максимальної (12501350 °C) температури обпалу, витримуються при цій температурі необхідний час і охолоджуються, після обпалу до температури на 10-15 °C нижче температури займання твердого палива, зі швидкістю 100-600 °C/хв. Збільшення до оптимальної швидкості нагріву котунів обґрунтовується тим, що для меншого вигоряння вугілля час знаходження котунів при температурах вище температури займання твердого палива в окислювальній атмосфері повинен бути мінімальним. Аналогічний вплив на кількість вуглецю, що вигорає в котунах, має вміст кисню в теплоносії при нагріванні, обпалі і охолодженні котунів від максимальної температури обпалу до мінімальної температури його займання. Максимальна кількість кисню при термічному зміцненні котунів міститься в газах, які контактують з котунами в зонах нагріву (12-18 %), випалу (7-11 %) і охолодження (21 %) при використанні повітря для спалювання природного газу в пальниках і охолодження котунів після випалу, тому час знаходження котунів в цих зонах, для забезпечення мінімального вигоряння вуглецю твердого палива, необхідно скоротити, збільшивши швидкість нагрівання та охолодження котунів. Крім цього для зменшення ступеня вигоряння твердого палива усередині котунів, вміст кисню в теплоносії, який контактує з котунами, необхідно знизити за рахунок використання забаластованого повітря зі зменшеним до 7-15 % вмістом кисню для спалювання природного газу в зонах горна, а для охолодження котунів після високотемпературного обпалу необхідно використовувати відпрацьовані (які відсмоктуються із зон нагрівання й обпалу котунів) охолоджені гази, що містять менше 10 % кисню. Тривалість знаходження котунів, які обпалюються, при максимальних температурах (1250-1350 °C) забезпечує досягнення ними необхідної мікроструктури і міцності, а для зниження ступеня вигоряння твердого палива в цій зоні в пальниках необхідно також використовувати забаластоване повітря. Приклад здійснення способу. Відомо, що для зниження питомої витрати дорогого коксу в доменній плавці його необхідно замінювати більш дешевим твердим паливом. Одним з раціональних способів введення такого твердого палива в доменну піч є наявність його всередині огрудкованої залізорудної сировини (в агломераті або котунах). Корисність залишкового вуглецю твердого палива в огрудкованій залізорудній сировині для доменної плавки полягає в тому, що перебуваючи всередині цього матеріалу, вуглець, одночасно із зовнішнім відновленням куска доменними газами, відновлює оксиди заліза зсередини куска матеріалу, що прискорює процес відновлення всього куска. При цьому огрудкований матеріал повинен зберігати певну міцність, залежну від міцності зчеплення частинок вугілля, що знаходяться в центрі котунів, і оболонки з шихти, накатаній на паливо. При гідрофобній поверхні твердого палива виключається розвиток капілярних сил зчеплення між гідрофобною поверхнею палива та гідрофільними частинками шихти, які є основними джерелами зв'язку між ними. Тому в способі, який заявляється, використовуються реагенти, що змінюють гідрофобну поверхню твердого палива на гідрофільну. Такими реагентами можуть бути натрієві або амонієві лігносульфонати, одержувані шляхом модифікації відходів целюлозно-паперової промисловості та інші реагенти. Питома витрата реагенту має бути в межах 2,4-15,1 кг/т сухого вугілля. У пропонованому способі ця технологічна операція здійснюється шляхом обробки виділеної фракції (0-10 мм) антрациту водним розчином реагенту (наприклад лігносульфонату натрію) протягом 0,5-5,0 хв. для придання гідрофільності його 2 UA 95240 U 5 10 15 20 25 30 поверхні. Після цього вугілля дозується в заданому співвідношенні з компонентами (залізорудним концентратом, флюсом і сполучною добавкою) шихти і змішується в змішувачі. Змішана з антрацитом шихта дозується в безперервному режимі в огрудкувач, в якому отримують сирі котуни. Шматочки вугілля крупністю 2-10 мм є зародками, на які накочується тонкоподрібнена шихта до отримання сирих котунів необхідного діаметру (8-20 мм), а найдрібніші частинки вугілля (0-2,0 мм), які не можуть бути зародками, накочуються спільно з шихтою на зародки з вугілля і в процесі термічного зміцнення котунів оберігають при газифікації в окислювальній атмосфері вуглець зародків від вигоряння. Отримані сирі котуни завантажуються в випалювальний агрегат і піддаються термічному зміцненню, яке включає сушку при температурі 200-500 °C, нагрів зі швидкістю 100-500 °C/хв. до максимальної температури обпалу 1250-1350 °C, обпал необхідної тривалості при максимальній температурі та охолодження обпалених котунів зі швидкістю 100-600 °C/хв. до температури на 10-15 °C нижче температури займання палива. При цьому мінімальний вміст кисню в продуктах згоряння природного газу в зонах горна, які обпалюються (нагрівання і випалу), буде при спалюванні в пальниках обпалювальної машини природного газу в забаластованому повітрі, що містить 715 % кисню, а мінімальний вміст кисню в охолоджувальному агенті буде, якщо охолодження котунів після обпалу здійснювати охолодженим відпрацьованим газом, який відсмоктують із зон нагрівання й обпалу котунів, що містить менше 10 % кисню, до температури охолоджуваних котунів на 10-15 °C нижче температури займання твердого палива, після чого котуни можуть охолоджуватися і повітрям до температури менше 100 °C. Проведені випробування показали, що після обробки антрациту реагентами за запропонованим способом в процесі отримання сирих котунів в чашковому огрудкувачі при однаковій його продуктивності і при практично однаковій вологості отриманих сирих котунів, кількість придатної фракції (8-20 мм) в сирих котунах з загорненим антрацитом і їх характеристики міцності практично не змінилися. Після термічного зміцнення сирих котунів, що включає запропоновані режими нагріву висушених котунів і охолодження обпалених котунів (табл.), кількість залишкового вуглецю в готовій продукції збільшилася, а металургійні характеристики покращилися. Виходячи з результатів досліджень, визначено оптимальні параметри заявлених режимів термічного зміцнення котунів з загорненим всередину твердим паливом: вміст кисню в забаластованому повітрі для горіння природного газу в зонах нагріву і обпалу, а також у відпрацьованих газах із зон нагрівання й обпалу для охолодження обпалених котунів до температури на 10-15 °C нижче температури займання твердого палива, швидкість нагріву висушених котунів і швидкість охолодження обпалених котунів. 35 Таблиця Результати термічного зміцнення сирих котунів з загорненим всередину твердим паливом Варіанти випробування Показники термічного Відомий зміцнення сирих котунів спосіб 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Тривалість термічного 27,6 27,6 27,6 19,3 19,3 12,7 12,7 10,1 10,1 зміцнення котунів*, хв. Питома продуктивність обпалювального агрегату, 0,87 0,87 1,12 1,12 1,47 1,47 1,67 1,67 т/м2.год. Вміст вуглецю в шихті, % 3,9 3,9 3,9 3,9 3,9 3,9 3,9 3,9 Крупність антрациту, мм 5-7 0-10 0-10 0-10 0-10 0-10 0-10 0-10 0-10 Реагент на поверхні шлак, лігносу лігнос лігнос лігнос лігнос лігнос лігнос лігносу палива вапно ль уль уль уль уль уль уль ль Масова доля вологи в 8,4 8,4 8,4 8,4 8,4 8,4 8,4 8,4 сирих котунах, % Кількість придатного класу 93,1 93,1 93,1 93,1 93,1 93,1 93,1 93,1 в сирих котунах, % Кількість загорненого в 100 100 100 100 100 100 100 100 котуни палива, % Вміст О2 у повітрі для 21,0 15,1 21,0 12,3 21,0 9,8 21,0 6,9 горіння, % 3 UA 95240 U Продовження таблиці Швидкість нагріву висушених котунів, °С/хв. Температура обпалу, °C Тривалість обпалу, хв. Вміст О2 в газі для охолодження, % Швидкість охолодження обпалених котунів, °C/хв. Ступінь вигорання вуглецю, % Вміст залишкового вуглецю в обпалених котунах, % Вміст заліза в обпалених котунах **, % Вміст FeO в обпалених котунах, % Міцність на стиск обпалених котунів, кг/ок Міцність на удар обпалених котунів, % Стиранність обпалених котунів, % Міцність при відновленні, % Стиранність при відновленні, % Ступінь відновлення котунів, % 80-100 100 100 180 180 350 350 500 12501280 4-6 12501350 6,0 21,0 3,8 21,0 5,2 21,0 7,4 21,0 10,3 80-100 100 100 200 200 400 400 600 600 28,2 25,6 25,6 20,5 17,9 12,8 10,3 5,1 2,79 2,8 2,9 2,9 3,1 3,2 3,4 3,5 3,7 55,53 60,5 60,7 60,6 60,8 60,7 60,9 61,2 61,4 22,4 7,6 10,1 10,3 15,9 23,6 25,4 25,2 32,7 216 215 210 212 201 208 190 205 96,3 96,4 96,2 95,8 96,5 97,1 96,1 96,7 2,8 2,7 3,0 2,9 2,7 2,6 32 2,9 90,51 86,3 86,5 92,3 93,5 93,1 93,7 91,4 92,6 6,7 6,3 5,4 5,1 5,2 4,8 5,7 5,1 63,2 84,5 84,7 85,7 86,9 86,2 86,9 87,1 87,9 1250- 1250- 1250- 1250- 1250- 12501350 1350 1350 1350 1350 1350 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 500 12501350 6,0 * - включає тільки нагрівання, випал і охолодження котунів; * * - в пропонованому способі вміст тільки в частині обпалених котунів, що містить залізо. 5 10 15 20 Спосіб, який заявляється, може бути здійснений в промислових умовах в цехах з виробництва котунів наступнім чином. Антрацит зі складу подається на молоткову дробарку, після якої з подрібненого продукту відсівається фракція 0-10 мм, а більша фракція (+10 мм) повертається на дробарку для подрібнення. Виділена фракція (0-10 мм) завантажується в бункер, з якого дозується в потрібній кількості в перший змішувач для змішування з реагентом, який змінює гідрофобну поверхню антрациту на гідрофільну. До цього ж змішувача дозується в необхідній кількості реагентпластифікатор (наприклад лігносульфонат натрію), а потім заливається в необхідній кількості вода. У змішувачі антрацит змішується з розчином реагенту, після чого розчин, який залишився, видаляється, а оброблений антрацит дозується на збірний конвеєр в певній кількості та послідовності з іншими компонентами шихти (залізорудним концентратом, флюсом і сполучною добавкою) і направляється в другий змішувач. Змішана з паливом шихта прямує в бункер, з якого дозується в агрегати для огрудкування. Отримані сирі котуни, з загорнутими всередину кусочками антрациту, направляють на термічне зміцнення в обпалювальний агрегат. В обпалювальному агрегаті (наприклад на конвеєрній обпалювальній машині) сирі котуни укладаються шаром на обпалювальні візки і піддаються термічному зміцненню, яке включає сушку, нагрів з обраною швидкістю до максимальної температури обпалу, витримку певний час при максимальній температурі обпалу в газовій фазі, отриманій при спалюванні природного газу в пальниках опалюваних зон горна у забаластованому повітрі, що містить 7-15 % кисню, а охолодження проводять, з обраною швидкістю від максимальної температури обпалу до температури на 10-15 °C нижче температури займання твердого палива усередині котуну, у відпрацьованих і відсмоктаних із зон нагрівання й обпалу охолоджених газах, що містять менше 10 % кисню. 4 UA 95240 U 5 10 Швидкість нагріву висушених котунів до максимальної температури випалу (100-500 °C/хв.) і охолодження обпалених котунів (100-600 °C/хв.) від максимальної температури обпалу до температури на 10-15 °C нижче температури займання твердого палива всередині котунів вибирається з умови отримання оптимальних показників технології виробництва, вмісту залишкового вуглецю і металургійних характеристик обпалених котунів. Таким чином, спосіб, який заявляється, дозволяє отримати обпалені залізорудні котуни з загорненим всередину твердим паливом, в яких певна частка вуглецю, що залишається після термічного зміцнення сирих котунів, дозволяє частково замінити в доменній плавці кокс. При цьому обпалені котуни з залишковим вуглецем володіють всіма металургійними характеристиками, які відповідають вимогам доменної плавки, а деякі з характеристик (наприклад ступінь відновлення) вище, ніж у прототипу і у використовуваних в теперішній час обпалених котунів без залишкового вуглецю. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 30 1. Спосіб отримання обпалених залізорудних котунів із залишковим вуглецем, що включає виділення необхідної фракції твердого палива, обробку його реагентом, який збільшує гідрофільність його поверхні, накочування на зародки з твердого палива змішаної шихти, що складається з тонкоподрібнених залізорудного концентрату, флюсу і сполучної домішки, з подальшим термічним зміцненням сирих котунів, який відрізняється тим, що при термічному зміцненні сирих котунів нагрів їх після сушіння до максимальної температури і обпал при максимальній температурі здійснюються в атмосфері теплоносія, отриманого при спалюванні в пальниках горна природного газу в забаластованому повітрі, яке містить 7-15 % кисню, а охолодження котунів після обпалу до температури охолоджуваних котунів на 10-15 °C нижче температури займання твердого палива, здійснюється охолодженим відпрацьованим газом, який відсмоктується із зон нагрівання й обпалу котунів, що містить менше 10 % кисню, після чого котуни можуть охолоджуватися повітрям до температури менше 100 °C. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що швидкість нагріву висушених котунів до максимальної температури обпалу має бути в діапазоні 100-500 °C/хв., а швидкість охолодження котунів після випалу - 100-600 °C/хв. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5