Патент на изобретение №2309994

Published by on




РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ



ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(19) RU (11) 2309994 (13) C2
(51) МПК

C22B1/14 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Статус: по данным на 29.11.2010 – действует

(21), (22) Заявка: 2005116446/02, 30.05.2005

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

30.05.2005

(43) Дата публикации заявки: 10.12.2006

(46) Опубликовано: 10.11.2007

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске:
RU 2048548 C1, 20.11.1995. SU 901308 A1, 30.01.1992. RU 2148090 C1, 27.04.2000. RU 2016100 C1, 15.07.1994. GB 1164744 A, 17.09.1969.

Адрес для переписки:

162600, Вологодская обл., г. Череповец, ул. Мира, 30, ОАО “Северсталь”, начальнику центра технического развития и качества А.А. Немтинову

(72) Автор(ы):

Кобелев Владимир Андреевич (RU),
Куркин Владимир Михайлович (RU),
Невраев Вениамин Павлович (RU),
Гуркин Михаил Андреевич (RU),
Народицкис Александрс (LV),
Андронов Валерий Николаевич (RU),
Пузанов Валерий Павлович (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Открытое акционерное общество “Северсталь” (ОАО “Северсталь”) (RU)

(54) СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ОФЛЮСОВАННОГО АГЛОМЕРАТА ИЗ РУД И ТОНКОИЗМЕЛЬЧЕННЫХ КОНЦЕНТРАТОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при подготовке сырья к доменной плавке. В шихте обеспечивают значение модуля микроструктуры (Feобщ·CaO)/(Fe+2·SiO2), связанного с показателем восстановимости агломерата, в пределах 7-16. Осуществляют увлажнение шихты последовательно в три стадии: при ее смешивании в смесителе – первая стадия, в первой трети длины окомкователя от места загрузки шихты – вторая стадия и во второй трети длины окомкователя – третья стадия, обеспечивая полное усвоение воды шихтой и высокую прочность гранул окомкованной шихты. Переокомкованную часть шихты перед третьей стадией увлажнения разрушают механическими средствами или при обработке всей шихты на участке окомкователя в водопадном режиме ее движения. Окомкованную шихту подогревают до температуры, меньшей температуры точки росы на 10-15 градусов, что обеспечивает высокую прочность гранул окомкованной шихты. Изобретение позволит снизить экологически вредные выбросы в атмосферу, уменьшить топливно-энергетические затраты при производстве агломерата и повысить комплекс его металлургических свойств, обеспечивающих снижение расхода кокса при плавке агломерата в доменной печи. 2 табл.

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при подготовке сырья к доменной плавке.

Известен способ подготовки тонкоизмельченной агломерационной шихты к спеканию [1], в котором качество агломерата повышают путем управления прочностными свойствами зародышей и ростом гранул в одном окомковательном агрегате, при этом в зоне увлажнения ссыпающийся слой в количестве 5-17% веса шихты пропитывают до влажности 14-18% за время разового ссыпания в поперечном сечении барабана-окомкователя.

Недостатком этого способа является значительное переокомкование шихты при увеличении ее влажности до 14-18%, в результате образуются непрочные гранулы размером более 10-20 мм, которые при спекании не усваиваются, снижая прочность спека и агломерата в исходном состоянии и при восстановлении.

Известен также способ производства агломерата [2], где процесс спекания осуществляют, задавая отношение Feобщ/FeO в годном агломерате в зависимости от высоты слоя шихты в соответствии с формулой

(Feобщ/FeO)=(Feобщ/FeO)H=300+(0,007-0,015)Н,

где Н – превышение высоты слоя шихты над 300 мм. Использование этого способа позволяет снизить удельный расход топлива на 15-18 отн.% и увеличить восстановимость агломерата на 13,9-28,9% без ухудшения его механической прочности.

Недостатком является невозможность применения этого способа для производства агломератов из тонкоизмельченных концентратов, основностью CaO/SiO2 более 1,4 и отношением SiO2/MgO менее 5.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ производства магнезиального агломерата [3], включающий введение твердого топлива в шихту из железорудных компонентов с содержанием 57-67% железа и 16,7-6,0% оксида кремния, магнезиальных добавок и флюса, последующее смешивание, окомкование и спекание агломерата с отношением оксида кремния к оксиду магния в нем равным 4,6-8,9; количество вводимого твердого топлива изменяют в зависимости от изменения соотношения (SiO2/MgO)/FeO в агломерате, при этом величину этого соотношения уменьшают на 0,035-0,06 ед., начиная с 0,63-1,30 при уменьшении отношения на каждую абсолютную единицу. Применение этого способа повышает восстановимость агломерата на 5,6-9,0% и его прочность при восстановлении на 0,2-2,5% (выход фракции+5 мм).

Недостатками способа являются: невозможность применения этого способа для производства агломератов с отношением SiO2/MgO менее 5. При сохранении отношения SiO2/MgO на одном уровне (менее 5 ед.) уменьшение соотношения (SiO2/MgO)/FeO в агломерате приведет к увеличению содержания FeO и, следовательно, к повышению расхода твердого топлива, что увеличит экологически вредные выбросы в атмосферу. Кроме того, рост содержания в агломерате FeO приведет к снижению его восстановимости.

Задачей изобретения является снижение экологически вредных выбросов в атмосферу, уменьшение топливно-энергетических затрат при производстве агломерата и повышение комплекса его металлургических свойств, обеспечивающих снижение расхода кокса при плавке агломерата в доменной печи.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе, включающем дозирование компонентов агломерационной шихты, их смешивание, подогрев и окомкование, а также спекание гранулированной шихты, согласно изобретению в шихте обеспечивают значение модуля микроструктуры (Feобщ·CaO)/(Fe+2·SiO2) в пределах 7-16; увлажнение шихты осуществляют последовательно в три стадии: при ее смешивании в смесителе – первая стадия, в первой трети длины окомкователя от места загрузки шихты – вторая стадия и во второй трети длины окомкователя – третья стадия, при этом переокомкованную часть шихты разрушают механическими средствами или при обработке всей шихты на участке окомкователя в водопадном режиме ее движения, а подогрев окомкованной шихты производят до температуры, меньшей температуры точки росы на 10-15 градусов.

Модуль микроструктуры Feобщ·СаО/Fe+2·SiO2 связан с показателем восстановимости агломерата. Пределы значения модуля микроструктуры ограничены комплексом металлургических свойств агломерата. При снижении значения модуля микроструктуры ниже 7 ед. повышается прочность агломерата в исходном состоянии и при восстановлении, но существенно снижается восстановимость, а также возрастает расход твердого топлива и экологически вредные выбросы при спекании агломерата. При увеличении значения модуля микроструктуры выше 16 ед. резко уменьшается прочность агломерата в исходном состоянии и при восстановлении.

Трехстадийное увлажнение обеспечивает полное усвоение воды шихтой, высокую прочность гранул окомкованной шихты и получение агломерата с повышенными металлургическими свойствами. Первая стадия увлажнения при смешивании обеспечивает смачивание крупных компонентов шихты (возврат, аглоруда) и образование зародышей в необходимом количестве. Вторая стадия увлажнения в первой трети длины окомкователя позволяет сформировать гранулы шихты необходимого размера. Третья стадия увлажнения обеспечивает необходимую прочность гранул окомкованной шихты. Высокая прочность гранул окомкованной шихты обеспечивает снижение расхода твердого топлива и уменьшение экологически вредных выбросов.

При окомковании шихты в результате повышенной влажности и неравномерного распределения воды возникает явление переокомкования с появлением крупных и непрочных окатышей. При спекании переокомкованной шихты снижаются металлургические свойства агломерата. Для устранения этого явления предназначена стадия разрушения крупных окатышей. Разрушение переокомкованной части шихты и третья стадия увлажнения осуществляются последовательно во второй трети длины окомкователя. Окатыши разрушают механическими средствами или при обработке всей шихты в водопадном режиме ее движения. При использовании в схеме шихтоподготовки вращающихся цилиндрических смесителей 2,8×8 или 3,2×12,5 м для разрушения комков, если они образуются, применяют, например, механические калибраторы или устанавливают по образующей смесителя самоочищающиеся лопатки, которые крепятся к продольным уголкам, удерживающим на внутренней поверхности барабана футеровочное покрытие, и формируют в этом сечении смесителя водопадный режим движения шихты.

Регламентирование температуры подогрева шихты обеспечивает высокую прочность гранул окомкованной шихты. При подогреве последней до температуры точки росы и выше прочность гранул окомкованной шихты резко (провально) снижается в результате пропорционального уменьшения коэффициента поверхностного натяжения воды, что приводит к уменьшению металлургических свойств агломерата и повышению расхода твердого топлива. При температуре подогрева шихты менее чем температура точки росы минус 10-15 градусов гранулы окомкованной шихты также разрушаются, но уже при спекании шихты, что приводит к соответствующему снижению металлургических свойств спека и агломерата.

Сравнительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показал, что способ производства офлюсованного агломерата из руд и тонкоизмельченных концентратов отличается от известного тем, что в шихте обеспечивают значение модуля микроструктуры Feобщ·СаО/Fe+2·SiO2 в пределах 7-16; увлажнение шихты осуществляют последовательно при ее смешивании в смесителе – первая стадия, в первой трети длины окомкователя – вторая стадия и во второй трети длины окомкователя – третья стадия, при этом переокомкованную часть шихты разрушают механическими средствами или при обработке всей шихты на участке окомкователя в водопадном режиме ее движения, а подогрев окомкованной шихты производят до температуры, меньшей температуры точки росы на 10-15 градусов. Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом заключается в обеспечении в шихте конкретного модуля микроструктуры, разделении процесса увлажнения шихты на три стадии, регламентировании температуры нагрева шихты, а также разрушении переокомкованной ее части.

Анализ известных в технической и патентной литературе способов не выявил их использование с целью снижения экологически вредных выбросов в атмосферу, уменьшения топливно-энергетических затрат при производстве агломерата и повышения комплекса его металлургических свойств, обеспечивающих снижение расхода кокса при проплавке агломерата в доменной печи.

Таким образом, заявляемый способ соответствует условиям патентоспособности – новизне, изобретательскому уровню, промышленной применимости.

Пример конкретного выполнения. Для испытания заявляемого способа проводили лабораторные спекания шихты в чаше диаметром 420 мм. Агломерационная шихта состояла из руды и тонкоизмельченных концентратов, известняка, коксовой мелочи (твердое топливо). Составы компонентов приведены в таблице 1. Во всех опытах количество возврата составляло 40% от массы шихты. Шихту для получения опытных агломератов готовили следующим образом. После набора навесок компонентов шихты их смешивали в течение 3 минут в барабанном смесителе. При смешивании в шихту вводили воду. Окомкование проводили в барабанном окомкователе в течение 6 минут. Воду подавали в течение первой и второй трети процесса окомкования. Переокомкованную часть шихты разрушали механическими средствами. Подготовленную таким образом шихту перед загрузкой в агломерационную чашу нагревали до температуры 55-60°С в специальном электронагревателе путем пропускания через слой электрического тока. Масса шихты для одного спекания составляла 75 кг. Зажигание шихты производили стружкой (смоченной керосином) и влажной коксовой мелочью. Спекание шихты производили при начальном вакууме 600 мм вод.ст. В процессе спекания фиксировали время, температуру отходящих газов и разряжение в коллекторе. Окончание процесса спекания шихты определяли по максимальной температуре отходящих газов. Кроме того, определяли вертикальную скорость спекания и удельную производительность.

После окончания процесса спекания спек охлаждали, дробили в щековой дробилке и рассевали на ситах с размером ячейки 40, 25, 15, 10 и 5 мм. Количество фракции более 5 мм отождествляли с выходом годного. От массы годного агломерата отбирали представительную пробу (15 кг), фракцию более 40 мм додрабливали. Пробу агломерата испытывали на прочность в стандартном барабане (ГОСТ 15137-77). К важнейшим показателям, определяющим металлургические свойства агломерата, относятся также восстановимость и прочность при восстановлении. Восстановимость оценивали по ГОСТ 17212-84. Прочность при восстановлении определяли по методу RDI (ГОСТ 27446-87). Для сравнения показателей были проведены испытания способа по прототипу.

По результатам оценки металлургических свойств рассчитывали прогнозируемое изменение расхода кокса в доменной плавке, при этом считали, что расход кокса снижается на 0,3% при уменьшении количества мелочи в агломерате (повышение прочности в исходном состоянии) на 1%, на 1% при увеличении восстановимости на 1% и на 0,5% при повышении показателя RDI+3,15 на 1%. В расчетах принят базовый расход кокса 450 кг/т чугуна. Известно, что снижение расхода горючего углерода на каждые 10 кг/т агломерата сокращает выбросы NOx на 0,1 кг/т агломерата, а выбросы СО в атмосферу сокращаются на 5 кг/т агломерата. В соответствии с этим определен экологический эффект от использования способа по сравнению с прототипом. Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Анализ полученных результатов показывает, что использование заявляемого способа производства офлюсованного агломерата из руд и тонкоизмельченных концентратов способствует снижению экологически вредных выбросов оксидов азота и углерода соответственно на 0,076-0,175 и на 3,8-8,75 кг/т агломерата, при этом повышаются металлургические свойства агломерата, за счет чего при его проплавке в доменной печи расход кокса может быть снижен на 11,8-61,2 кг/т чугуна.

Таблица 1.
Химический состав (мас.%) шихтовых материалов
Элементы, оксиды Концентраты Руда Известняк Зола кокса
1 2 3
SiO2 7,58 0,70 7,10 10,8 1,65 56,1
FeO 27,4 24,0 28,6 18,8
Feобщ 65,8 64,08 66,2 29,0
Fe2О3 63,6 65,0 62,9 10,2 0,5 6,6
Al2О3 0,22 1,82 0,15 2,34 0,5 23,6
СаО 0,48 0,37 0,28 33,3 53,2 3,30
MgO 0,47 5,65 0,43 8,5 0,5 2,15
S 0,093 0,28 0,057 0,118 0,05
MnO 0,15 0,57 0,04 2,56
Р 0,004 0,055 0,017 0,22 0,2
TiO2 0,045 1,049 0,029 0,87 1,36
ZnO 0,002 0,040 0,001 0,008 0,016
Na2O 0,033 0,032 0,032 0,037 0,99
К2O 0,033 0,035 0,055 0,055 1,67
п.п.п. 0,27 0,73 0,46 4,49 43,49

Источники информации

1. Авт. свид. СССР, №907076, заявл. 07.12.79, опубл. в БИ, 1982, №7, МКИ С22В 1/24.

2. Авт. свид. СССР, №1452855, заявл. 23.03.87, опубл. в БИ, 1989, №3, МКИ С22В 1/16.

3. Авт. свид. СССР, №1235952, заявл. 24.07.84, опубл. в БИ, 1986, №21, МКИ С22В 1/16.

Формула изобретения

Способ производства офлюсованного агломерата из руд и тонкоизмельченных концентратов, включающий дозирование компонентов агломерационной шихты, их смешивание, окомкование и подогрев, а также спекание гранулированной шихты, отличающийся тем, что в шихте обеспечивают значение модуля микроструктуры (Feобщ·CaO)/(Fe+2·SiO2) в пределах 7-16, при этом осуществляют увлажнение агломерационной шихты последовательно в три стадии: при ее смешивании в смесителе – первая стадия, в первой трети длины окомкователя от места загрузки шихты – вторая стадия и во второй трети длины окомкователя – третья стадия, причем переокомкованную часть шихты разрушают механическими средствами или при обработке всей шихты на участке окомкователя в водопадном режиме ее движения, а подогрев окомкованной шихты производят до температуры, меньшей температуры точки росы на 10-15°.

Categories: BD_2309000-2309999