Спосіб отримання випалених котунів із залишковим вуглецем

Реферат: Спосіб отримання випалених залізорудних котунів із залишковим вуглецем включає виділення необхідної фракції твердого палива, обробку його реагентом, що збільшує гідрофільність його поверхні, накочування на зародки з твердого палива змішаної шихти, яка складається з тонкоподрібнених залізорудного концентрату, флюсу і сполучної домішки, з подальшим термічним зміцненням сирих котунів. При термічному зміцненні сирих котунів швидкість нагріву їх, після сушіння при 200-500 °C до максимальної температури випалу, підтримують на рівні 100-500 °C/хв., а швидкість охолодження котунів, після випалу до температури 400-700 °C підтримують нарівні 100-600 °C/хв. UA 95241 U (12) UA 95241 U UA 95241 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 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 кусочків антрациту крупністю 3-7 мм і бітуму, після чого антрацит поміщають у 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 сушінню, 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 котунах 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., випалюють при температурі 1300-1320 °C впродовж 2 хв., а потім охолоджують зі швидкістю 80-100 °C/хв. Випалене паливо змішують із залізорудним матеріалом і флюсовими домішками, огрудковують і піддають отримані сирі котуни термообробці, що включає їх сушіння, нагрів зі швидкістю 80-100 °C/хв. до температури випалу 1250-1280 °C, випал протягом 4-6 хвилин та охолодження повітрям зі швидкістю 80-100 °C/хв. (А.с. СССР № 1602878, Бюллетень № 40, от 30.10.90 p.). 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, який містить 36,7 % кремнезему, що знижує вміст заліза в котунах; повільне (80100 °C/хв.) нагрівання та охолодження в процесі зміцнення котунів в окислювальній атмосфері, що збільшує кількість вуглецю, який вигоряє всередині котуна і, відповідно, зменшує кількість залишкового вуглецю в котунах, а також знижує продуктивність обпалювального агрегату. В основу корисної моделі поставлена задача спрощення технології виробництва залізорудних котунів 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 випалених котунах, отримання випалених 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, обробку його реагентом, який збільшує гідрофільність його поверхні, накочування на зародки з твердого палива змішаної шихти, яка складається з тонкоподрібненого залізорудногоконцентрату, флюсу та сполучної домішки, з подальшим термічним зміцненням сирих котунів, в пропонованому способі є суттєві відмінності, які полягають в тому, що при термічному зміцненні сирих котунів швидкість нагріву їх, після сушіння при 200-500 °C, до максимальної температури випалу підтримують на рівні 100-500 °C/хв., а швидкість охолодження котунів, після випалу до температури 400-700 °C підтримують на рівні 100-600 °C/хв. Спосіб здійснюється таким чином: 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, натрієвим або амонійним лігносульфонатом), 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 1 UA 95241 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 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 домішкою) в агрегаті для огрудкування отримують сирі котуни шляхом накочування цієї шихти на кусочки антрациту. 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 випал котунів, а продукти їх горіння оберігають крупні частинки антрациту в центрі котуна від вигоряння. При термічному зміцненні сирі котуни висушуються при температурі 200-500 °C, нагріваються зі швидкістю 100-500 °C/хв. до максимальної температури випалу, витримуються при цій температурі необхідний час і охолоджуються до 400-700 °C зі швидкістю 100-600 °C/хв. Збільшення до оптимальної швидкості нагріву котунів обґрунтовується тим, що для повного проходження реакцій мінералоутворення при нагріві і випалі котунів необхідний певний час, а для меншого вигоряння вугілля час знаходження котунів при температурах вище температури займання твердого палива в окислювальній атмосфері повинен бути мінімальним. Аналогічний вплив має окислювальна атмосфера на кількість вигоряючого вуглецю і при охолодженні котунів від максимальної температури випалу до мінімальної температури його займання. Максимальна кількість кисню при термічному зміцненні котунів міститься в газах, які контактують з котунами в зонах нагріву (12-18 %) і охолодження (21 %), тому час знаходження котунів в цих зонах, для забезпечення мінімального вигоряння вуглецю твердого палива, необхідно скоротити, збільшивши швидкість нагрівання та охолодження котунів. Тривалість знаходження котунів, які випалюються, при максимальних температурах (1250-1350 °C) забезпечує досягнення ними необхідної мікроструктури і міцності. 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, накатаної 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 надання гідрофільності його 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 пристрій для огрудкування в безперервному режимі, в якому отримують сирі котуни. Кусочки вугілля крупністю 2-10 мм є зародками, на які накочується тонкоподрібнена шихта до отримання сирих котунів необхідного діаметра (8-20 мм), а самі дрібні 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 у випалювальний агрегат і піддаються термічному зміцненню, яке включає сушіння при температурі 200-500 °C, нагрів до максимальної температури випалу 1250-1350 °C зі швидкістю 100-500 °C/хв., випал необхідної тривалості при максимальній температурі та охолодження після цього випалених котунів до температури 400-700 °C (нижче температури займання палива) зі швидкістю 100-600 °C/хв. Проведені випробування показали, що після обробки антрациту реагентами за запропонованим способом в процесі отримання сирих котунів в чашевому пристрої для огрудкування при однаковій його продуктивності і при практично однаковій вологості отриманих 2 UA 95241 U 5 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 випалених котунів (див. табл.) кількість залишкового вуглецю в готовій продукції збільшилася, а металургійні характеристики покращилися. Виходячи з результатів досліджень, визначено оптимальні параметри заявлених режимів (швидкість нагрівання висушених котунів і швидкість охолодження випалених котунів) термічного зміцнення котунів з загорненим всередину твердим паливом. Таблиця Результати термічного зміцнення сирих котунів з загорненим всередину твердим паливом Показники термічного Відомий зміцнення сирих спосіб котунів 1 2 Тривалість термічного зміцнення 27,6 котунів*, хв. Питома продуктивність випалювального 2 агрегату, т/м ·год. Питома витрата газу на термічне 3 зміцнення, м /т Вміст вуглецю в шихті, % Крупність антрациту, 5-7 мм Реагент на поверхні шлак, палива вапно Масова частка вологи в сирих котунах, % Кількість придатного класу в сирих котунах, % Кількість загорненого в котуни палива, % Швидкість нагрівання сухих котунів от 200- 80-100 500 °C, °C/хв. Температура 1250-1280 випалу, °C Тривалість випалу, 4-6 хв. Швидкість охолодження 80-100 випалених котунів до 400-700 °C, °C/хв. Ступінь вигорання вуглецю, % Вміст залишкового вуглецю в випалених 2,79 котунах, % Вміст заліза в 55,53 Варіанти випробування 1 2 3 4 5 6 7 8 3 4 5 6 7 8 9 10 27,6 27,6 24,0 19,3 15,8 12,7 11,3 10,1 0,87 0,87 0,96 1,12 1,28 1,47 1,51 1,67 21,3 21,3 20,9 20,4 19,7 19,2 18,6 17,9 0 3,9 3,9 3,9 3,9 3,9 3,9 3,9 0-10 0-10 0-10 0-10 0-10 0-10 0-10 0 лігно лігнос лігнос лігнос лігнос лігносуль лігносуль суль ульфо ульфо ульфо ульф фонат. фонат. фона нат. нат. нат. онат. т. 9,1 8,4 8,4 8,4 8,4 8,4 8,4 8,4 92,4 93,1 93,1 93,1 93,1 93,1 93,1 93,1 0 100 100 100 100 100 100 100 100 100 110 180 250 350 400 500 125012501250-1350 1250-1350 1350 1350 12501350 1250- 1250- 12501350 1350 1350 6 6 6 6 6 6 6 6 100 100 120 150 200 300 400 600 0 33,3 28,2 25,6 20,5 17,9 12,8 10,3 0 2,7 2,8 2,9 3,1 3,2 3,4 3,5 60,4 60,5 60,5 60,6 60,8 60,9 61,1 61,2 3 UA 95241 U Таблиця Результати термічного зміцнення сирих котунів з загорненим всередину твердим паливом випалених котунах **, % Вміст FeO в випалених котунах, % Міцність на стиск випалених котунів, кг/ок Міцність на удар випалених котунів, % Стиранність випалених котунів, % Міцність при відновленні, % Стиранність при відновленні, % Ступінь відновлення котунів, % 22,4 3,1 7,6 8,4 10,2 15,8 21,3 23,6 25,2 216 212 213 210 205 201 203 190 96,3 96,1 96,4 96,2 96,0 96,5 96,3 96,1 2,8 2,9 2,7 3,0 3,1 2,7 2,8 3,2 90,51 86,3 90,7 91,2 92,3 90,9 93,1 91,8 91,4 6,7 6,2 5,8 5,4 5,9 5,1 5,6 5,7 63,2 84,5 85,3 86,1 85,7 86,9 86,2 86,5 87,1 * - включає тільки нагрівання, випал і охолодження котунів ** - в пропонованому способі вміст тільки в частині випалених котунів, що містить залізо 5 10 15 20 25 Спосіб, який заявляється може бути здійснений в промислових умовах в цехах з виробництва котунів наступним 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, що змінює гідрофобну поверхню антрациту на гідрофільну. До цього ж змішувача дозується в необхідній кількості реагент, який змінює гідрофобну поверхню антрациту на гідрофільну (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 послідовності з іншими компонентами шихти (залізорудним концентратом, флюсом і сполучною домішкою) 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 випалювальний агрегат. В випалювальному агрегаті (наприклад на конвеєрній випалювальній машині) сирі котуни укладаються шаром на випалювальні візки і піддаються термічному зміцненню, яке включає сушіння, нагрів з обраною швидкістю до максимальної температури випалу, витримку певний час при максимальній температурі випалу та охолодження із обраною швидкістю від максимальної температури випалу до 400-700 °C. Швидкість нагріву висушених котунів до максимальної температури випалу та охолодження випалених котунів від максимальної температури випалу до 400-700 °C вибирається з умови заявлених параметрів. Таким чином, спосіб, який заявляється, дозволяє отримати випалені залізорудні котуни з загорненим всередину твердим паливом, певна частка залишкового вуглецю, після термічного зміцнення сирих котунів, дозволяє частково замінити в доменній плавці кокс. При цьому випалені котуни з залишковим вуглецем мають всі металургійні характеристики, які відповідають вимогам доменної плавки, а деякі з характеристик (наприклад, ступінь відновлення) вищі, ніж у прототипі і у використовуваних в теперішній час випалених котунів без залишкового вуглецю. 30 4 UA 95241 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Cпосіб отримання випалених залізорудних котунів із залишковим вуглецем, що включає виділення необхідної фракції твердого палива, обробку його реагентом, що збільшує гідрофільність його поверхні, накочування на зародки з твердого палива змішаної шихти, яка складається з тонкоподрібнених залізорудного концентрату, флюсу і сполучної домішки, з подальшим термічним зміцненням сирих котунів, який відрізняється тим, що при термічному зміцненні сирих котунів швидкість нагріву їх, після сушіння при 200-500 °C до максимальної температури випалу, підтримують на рівні 100-500 °C/хв., а швидкість охолодження котунів, після випалу до температури 400-700 °C підтримують на рівні 100-600 °C/хв. Комп’ютерна верстка О. Рябко 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