Теоретические и технологические основы получения самовосстанавливающихся окатышей обжигом рудоугольных окатышей

Теоретические основы этой технологии включают решение задач, связанных с динамикой тепломассообменных процессов в слое железорудных окатышей содержащих углерод.

Производство промышленной партии железорудных само­восстанавливающихся окатышей было осуществлено на Северном горно - обогатительном комбинате на обжиговой машине ОК-278, которая оборудована многосекционным горном, двумя зонами сушки, а также подогрева, обжига, рекуперации и охлаждения.

Сырые окатыши: крупность 15-20 мм с твёрдым топливом (коксиком), измельчённым в шаровой мельнице ШБМ 370/850 с выходом фракций +0,1 мм - 16% и -0,05 мм - 62%; влажность - 8,4-9,3%; сжатие - 1,2-1,8 кг/ок.; содержание коксика - 3-5%.

Показатели работы обжиговой машины приведены в таблице 10.5.

Опытные окатыши по химическому составу отличались прежде всего по содержанию закиси железа. При добавках в шихту 3, 4 и 5% коксика соответственно 28,4; 25,0 и 34,4%. Определение восстановимости при 1000 и 1100°С (знаменатель) показало увеличение восстановимости на 10-12%. Очевидно, этот результат следует отнести на счёт содержания углерода в обожжённых окатышах.

Промышленная партия самовосстанавливающихся окатышей (21810 т) была произведена на этой же обжиговой машине. При одних и тех же параметрах обжига, как и при опробовании новой технологии были всесторонне исследованы металлургические свойства само - восстанавливающихся окатышей.

Таблица 10.5

Показатели работы обжиговой машины при опробовании технологии

Показатели

Базовый

Массовая доля коксика в шихте, %

период

3

4

5

Производительность, т/час

255

237,3

236,3

261,8

Удельный расход природного газа, м3/т

23,5

16,7

15,6

14,3

Химический состав

окатышей, %:

Fe

58,7

59,2

59.5

59,2

FeO

1,9

28,4

25.0

34,4

основность

0,66

0,69

0,67

0,66

углерод «С»

-

0,91

0,81

0,99

Пористость, %

25

39

42

41

Сопротивление сжатию, кг/ок

222

100

130

150

Индекс на удар (+5 мм), %

91,3

75,8

77,1

85,6

Идекс на истирание (-0,5 мм), %

8,7

14,2

13,2

9,6

(Линдер) ГОСТ 19575-84: степень восстановления, %

47

54

57

выход фракции +5 мм, %

95,4

-

83,8

87,8

выход фракции -0,05 мм, %

3,0

-

4,8

4,6

(Кобе Стил)

ГОСТ 20707-76:

усадка, %

64/71

-

34/49

35/48

перепад давления, Па

360/600

-

280/600

240/560

степень восстановления, %

82/85

-

92/97

96/98

Дополнительными экспериментами установлено, что при увеличении пористости и содержания углерода на 1% степень комплексного

восстановления увеличивается на 0,84 и 7,87% соответственно. Значительно улучшились высокотемпературные характеристики самовосстанавливающихся окатышей (таблица 10.6) за счёт уменьшения высоты слоя расплава и уменьшения интервала температур этого слоя.

Таблица 10.6

Высокотемпературные характеристики самовосстанавливающихся окатышей

Показатели

Базовый

Содержание углерода, %

период

0,39

0,67

Испытания ГОСТ 19575-84:

Степень восстановления, %

40,98

53,06

48,17

Степень металлизации, %

14,24

35,76

19,24

Испытание по ГОСТ 21707-76:

Степень восстановления, %

65,68

74,73

68,34

Степень металлизации, %

50,36

65,51

59,61

Температуры, °С:

Начала образования жидкости

1305

1385

1370

Формирования первичного шлака

1400

-

1460

Капельного течения

1440

-

1480

Окончания образования жидкости

1480

1530

1520

Масса выделяющегося расплава, %,

80

-

80

в т. ч. первичного шлака

17

-

9

Содержание FeO в первичном шлаке, %

48,6

-

35,6

При определённых условиях температурно-тепловой обработки окатышей, содержащих углерод, некоторое количество его осталось в структуре обожжённого окатыша, что характеризует его как само - восстанавливающийся железосодержащий окускованный продукт.

О динамике протекания процесса «выгорания» углерода в объеме слоя дает представление газовыделение СО2 (газопотребление О2) слоя (рис. 10.5). Наличие максимума газовыделений (газопотреблений) на 10-14 камерах свидетельствует о том. что большая часть углерода как топлива «выгорает» за короткое время (5-7 мин). Этот процесс связан с большими диффузионными затруднениями, так как он идёт преимущественно в поверхностных слоях окатыша на глубине примерно 1,0-1,5 мм. Расчеты на основании данных рис.

10.4 показывают, что к концу 14 камеры «выгорает» 45-50% углерода. Если принять, что углерод как топливо в основном «выгорает» над 10-14 камерами, то в среднем на одну камеру будет приходиться 226 кг сгоревшего углерода (174 кг/мин). При известных скорости фильтрации и максимальной температуре обжига температура теплоносителя с учетом тепла от сгоревшего углерода может увеличиться на 170-180°С и достигнуть величины 1380°С. Фактически температуры в слое ниже этой величины, так как часть тепла идет на компенсацию эндотермических реакций восстановления. Кроме того, увеличение температуры фильтруемых газов за счёт горения топлива «гаситься» в нижележащих «холодных» слоях окатышей. Тем не менее, несмотря на снижение температуры обжига и удельного расхода природного газа прогрев слоя осуществляется практически по всей высоте слоя до температур обжига за счёт интенсификации теплообмена, обусловленного наличием внутреннего источника теплоты.

Рис. 10.5 Содержание С02 и 02 в газовой фазе над слоем (сплошные линии) и под слоем (пунктирные линии)

Как вытекает из вышеизложенного, температура газа в слое при нагреве зависит от соотношения внутреннего источника теплоты (количества сгоревшего углерода) и теплосодержания фильтруемых газов. Чтобы не образовывался спек, это соотношение не должно превышать 0,14-0,15, т. е. чем выше скорость фильтрации теплоносителя и ниже температура обжига, тем больше топлива можно подать в слой.

Необходим разумный компромисс при выборе оптимального размера самовосстанавливающихся окатышей между величинами прочности и концентрации углерода в них. Оптимальным является размер 15-20 мм. При исходной массовой доле коксика в шихте 6% концентрация углерода в самовосстанавливающихся окатышах будет в интервале 0,75-1,5%.

Выгорание углерода и использование его восстановительного потенциала происходит зонально. Это определяется распределением углерода по сечению окатыша. Центральная часть содержит 21,1% (по объему), а в переходной зоне сосредоточено 10,1% углерода, содержащегося в окатыше. В периферийной зоне топливо в результате выгорания при обжиге окатышей отсутствует.

Комментарии закрыты.