Способ получения окатышей

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к производству железорудных окатышей.

Известен способ получения окатышей, включающий подачу влажной шихты в окомкователь, зародышеобразование, доокомкование зародышей с получением сырых окатышей, сушку и обжиг окатышей (Ручкин И.Е. Производство железорудных окатышей. - М.: Металлургия, 1976, с. 82-92). Недостатком способа является низкая прочность и невысокий выход кондиционных окатышей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения окатышей, включающий формирование гарнисажа на днище окомкователя, подачу шихты в окомкователь двумя потоками, введение первого потока шихты в поток газа с формированием газовлагошихтовой струи, подачу в газовлагошихтовую струю порообразующих добавок, в качестве которых используют измельченные до игольчатого состояния частицы растительного происхождения или отходы сельскохозяйственного производства, формирование на днище окомкователя зоны, занятой шихтой, и зоны, свободной от шихты, напыление шихты на гарнисаж в зоне, свободной от шихты, с получением плотного слоя влажной шихты, деление упомянутого слоя влажной шихты на зародыши, доокомкование зародышей до окатышей шихтой второго потока, сушку и обжиг (Патент №2423533 Россия, МПК 7 С22В 1/24, заявл. 11.01.10, опубл. 10.07.11, БИ №19, 2011). Недостатком способа является низкая прочность и невысокий выход кондиционных окатышей. Эти недостатки обусловлены тем, что в процессе формирования окатышей из зародышей, содержащих растительные частицы, происходит отслоение шихты от частиц. В свою очередь процесс отслоения обусловлен низкой адгезией влажных частиц шихты к поверхности сухих растительных частиц. Между частицами шихты и порообразующих добавок не образуется прочного сцепления, они отслаиваются и формируют трещины, которые снижают прочность окатышей и выход годного. Для того чтобы повысить прочность окатышей и выход годного, необходимо усилить адгезию (сцепление) на границах частиц шихты и растительных частиц, устранить отслоение и трещинообразование. Это можно достичь применением более эффективного связующего на границах частиц шихты и растительных частиц в зародышах на стадии зародышеобразования и модифицировать (улучшить) поверхность растительных частиц в направлении усиления адгезии.

Задачей изобретения является повышение прочности окатышей и выхода кондиционных окатышей.

Для достижения указанного технического результата в способе получения окатышей, включающем формирование гарнисажа на днище окомкователя, подачу шихты в окомкователь двумя потоками, введение первого потока шихты в поток газа с формированием газовлагошихтовой струи, подачу в газовлагошихтовую струю порообразующих добавок, в качестве которых используют измельченные до игольчатого состояния частицы растительного происхождения или отходы сельскохозяйственного производства, формирование на днище окомкователя зоны, занятой шихтой, и зоны, свободной от шихты, напыление шихты на гарнисаж в зоне, свободной от шихты, с получением плотного слоя влажной шихты, деление упомянутого слоя влажной шихты на зародыши, доокомкование зародышей до окатышей шихтой второго потока, сушку и обжиг, при этом измельченные до игольчатого состояния частицы растительного происхождения или отходы сельскохозяйственного производства предварительно вымачивают в сульфитдрожжевой бражке в течение 0,1-3,0 часов при температуре 30-90°С.

Сущность изобретения заключается в следующем. Сырые окатыши на стадии окомкования формируются по двухстадийной технологии. На первой стадии принудительного зародышеобразования формируются зародыши с повышенной пористость, которые получают напылением влажной шихты и порообразующих добавок, в качестве которых используют измельченные до игольчатого состояния частицы растительного происхождения или отходы сельскохозяйственного производства. На второй стадии формирования окатышей на поверхности зародышей формируется шихтовая оболочка известным способом переката. Для того чтобы повысить прочность окатышей и выход годного за счет усиления адгезии на границах частиц шихты и растительных частиц, устранить отслоение и трещинообразование, предложено измельченные до игольчатого состояния частицы растительного происхождения или отходы сельскохозяйственного производства предварительно перед напылением вымачивать в сульфитдрожжевой бражке в течение 0,1-3,0 часов при температуре 30-90°С. Сульфитдрожжевая бражка (СДБ) в технике является одним из наиболее эффективных связующих, имеющая растительное (органическое) происхождение. Вымачивание растительных частиц в СДБ в течение 0,1-3,0 часов при температуре 30-90°С позволяет пропитать их поверхность эффективной связкой, повысить ее пластичность и сформировать на поверхности частиц тонкую пленку СДБ. В результате этого происходит усиление адгезии частиц влажной шихты к поверхности частиц растительного происхождения и создаются прочные межчастичные контакты. При формировании окатышей устраняется отслоение, трещинообразование и происходит рост прочности и повышается выход годного.

Применение сульфитдрожжевой бражки в технике хорошо известно. Однако технологическая операция предварительного вымачивания измельченных до игольчатого состояния частиц растительного происхождения или отходов сельскохозяйственного производства в течение 0,1-3,0 часов при температуре 30-90°С перед операцией принудительного зародышеобразования предложена впервые.

Задача изобретения достигается в том случае, если измельченные до игольчатого состояния частицы растительного происхождения или отходы сельскохозяйственного производства предварительно вымачивают в сульфитдрожжевой бражке в течение 0,1-3,0 часов при температуре 30-90°С. Если измельченные до игольчатого состояния частицы растительного происхождения или отходы сельскохозяйственного производства предварительно вымачивать в СДБ менее 0,1 часа, то насыщения поверхности связкой не происходит и у растительных частиц не повышается пластичность. Это не позволяет устранить отслаивание и трещинообразование при зародышеобразовании, что противоречит задаче изобретения. Если измельченные до игольчатого состояния частицы растительного происхождения или отходы сельскохозяйственного производства предварительно вымачивать в СДБ более 3,0 часов, то происходит частичное растворение поверхности растительных частиц и их местное разрушение. В результате этого зародыши и кондиционные окатыши имеют структуру, неблагоприятную для последующей термообработки (сушки и обжига) и восстановления окатышей, поскольку в их центре формируются только закрытые (непроницаемые) поры, что противоречит задаче изобретения. Если измельченные до игольчатого состояния частицы растительного происхождения или отходы сельскохозяйственного производства предварительно вымачивать в СДБ при температуре менее 30°С, то процесс насыщения поверхности связкой и повышение пластичности частиц существенно замедляются, что экономически нецелесообразно и противоречит задаче изобретения. Если измельченные до игольчатого состояния частицы растительного происхождения или отходы сельскохозяйственного производства предварительно вымачивать в СДБ температуре более 90°С, то происходит полное растворение и разрушение растительных частиц. Исчезновение растительных частиц в процессе зародышеобразования противоречит задаче изобретения.

Таким образом, за счет отличительных от прототипа признаков заявленный способ получения окатышей имеет новые свойства: усиление адгезионных свойств поверхности растительных частиц к частицам шихты; существенное повышение пластических свойств растительных частиц, что позволяет частицам шихты глубоко внедряться в их поверхность; устранение отслаивание частиц шихты и трещинообразования зародышей; существенное повышение прочности окатышей и выхода кондиционных окатышей в процессе их получения. Указанные признаки соответствуют критериям новизны и изобретательского уровня. Повышение прочности окатышей и выхода кондиционных окатышей в технологическом процессе позволяет считать предлагаемый способ получения окатышей более эффективным для промышленного производства.

Способ подготовки шихты к спеканию реализуется с помощью устройства, показанного на чертеже. Устройство содержит окомкователь 1, в который подается влажная шихта потоком 2 и потоком 3. Для формирования газовлагошихтовой струи 4 в рабочем пространстве окомкователя установлен струйный аппарат 5. Струйный аппарат содержит патрубок 6 для подачи шихты потока 2, тракт 7 подачи сжатого воздуха и патрубок 8 подачи игольчатых частиц растительного происхождения. Для получения игольчатых частиц установлен измельчитель 9 барабанного типа. Для вымачивания игольчатых частиц в сульфитдрожжевой бражке в течение 0,1-3,0 часов при температуре 30-90°С установлен бункер 10. Сульфитдрожжевой бражка подается через патрубок 11. Для подогрева СДБ в бункере до температуры 30-90°С установлен трубчатый электронагреватель 12. Для подачи игольчатых частиц из бункера в корпус струйного аппарата служит шнековый питатель 13. В процессе работы окомкователя формируется зона 14, свободная от шихты, и зона 15, занятая материалом. Воздушно-шихтовая струя напыляет шихту потока 2 на гарнисаж в зоне 14 с образованием плотного напыленного слоя шихты 16. Напыленный слой делится делителями 17. После деления слоя образуются зародыши 18, которые поступают в зону 15 и шихтой потока 3 доокомковываются до кондиционных окатышей 19. Для получения игольчатых частиц используются высушенные стебли 20 травяного покрова (сено, солома, растительные стебли) или отходы сельхозпроизводства (растительный жмых, обмолоченные стебли зерновых и злаковых структур и др.).

Способ подготовки шихты к спеканию осуществляется следующим образом. В рабочее пространство окомкователя 1 подается влажная шихта потоками 2 и 3. Поток 2 влажной шихты участвует в зародышеобразовании с получением зародышей. Он подается в струйный аппарат 5 по отдельному тракту. Одновременно в струйный аппарат по патрубку 8 с помощью шнекового питателя 13 подаются измельченные игольчатые частицы растительного происхождения. Сырьем для получения игольчатых частиц растительного происхождения являются высушенные стебли 20 растительного происхождения (сено, солома, обмолоченные стебли, растительный жмых), которые поступают в измельчитель 9, установленный на крышке бункера 10. В измельчителе сырье механически измельчается до игольчатого состояния с длиной частиц 2-10 мм и диаметром 0,1-2,0 мм. При работе измельчителя возможно регулирование длины и диаметра игольчатых частиц. После измельчения игольчатые частицы поступают в нижнюю часть бункера 10. Одновременно в бункер 10 через патрубок 11 подается сульфитдрожжевая бражка, где происходит вымачивание игольчатых частиц в СДБ в течение 0,1-3,0 часов при температуре 30-90°С. Подогрев СДБ в бункере до температуры 30-90°С осуществляется трубчатым электронагревателем 12. Подача вымоченных игольчатых частиц из бункера 10 в корпус струйного аппарата производится шнековым питателем 13. Поскольку вымачивание игольчатых частиц происходит в течение 0,1-3,0 часов, то для непрерывной работы устройства требуется несколько (1-10) бункеров (на фигуре не обозначены), которые последовательно включаются в работу по вышеприведенной схеме после завершения вымачивания и опорожнения каждого предыдущего бункера от частиц. Для напыления влажной шихты и игольчатых частиц служит газовлагошихтовая струя 4, которая формируется с помощью струйного аппарата 5. Через патрубок 6 струйного аппарата одновременно подается шихта потока 2, сжатый воздух подается по тракту 7, растительные игольчатые частицы подаются по патрубку 8. Газовлагошихтовая струя 4 напыляет шихту потока 2, содержащую измельченные растительные частицы, на гарнисаж в зоне 14, свободной от шихты, при этом образуется плотный напыленный слой 16, в котором равномерно рассредоточены игольчатые частицы. Напыленный слой делится продольным и поперечным делителями 17, после чего образуются зародыши 18, содержащие вымоченные игольчатые частицы растительного происхождения. Зародыши поступают в зону 15, занятую материалом, куда подается шихта потока 3 и одновременно происходит доокомкование зародышей до кондиционных сырых окатышей 19. После этого сырые окатыши подвергаются термообработке (сушке и обжигу). Агрегаты для термообработки на чертеже не показаны.

Пример. Отработку способа получения окатышей проводили на комплексной лабораторной установке, содержащей тарельчатый окомкователь диаметром 0,62 м, печи сушки и обжига. Технология напыления шихты, содержащей предварительно вымоченные в СДБ в течение 0,1-3,0 часов при температуре 30-90°С, растительные игольчатые частицы, была организована согласно технологической схеме, представленной на чертеже. В рабочее пространство окомкователя загружали 10 кг влажной шихты, содержащей железорудный концентрат Тейского месторождения, 1% бентонита. Шихту загружали двумя потоками. Масса шихты первого потока составляла 3 кг, а масса шихты второго потока 7 кг. Для получения игольчатых растительных частиц использовали обмолоченные стебли зерновых культур (пшеницы, ржи). Их измельчали в лабораторном измельчителе, после чего вымачивали в СДБ. Длительность вымачивания меняли от 0,1 часа, до 3,0 часов. Температуру СДБ меняли от 30°С до 90°С. Температуру СДБ измеряли ртутным термометром расширения. После вымачивания в струйный аппарат одновременно подавали шихту, игольчатые частицы растительного происхождения и сжатый воздух. Образующийся напыленный слой делили делителями и получали зародыши размером 8-10 мм. Зародыши, содержащие игольчатые частицы растительного происхождения, поступали в зону, занятую шихтой второго потока, где их комковали до кондиционных окатышей размером 15-16 мм. Прочность окатышей измеряли, выход кондиционных сырых окатышей рассчитывали. Затем окатыши сушили и обжигали в электрической печи СУОЛ. После термообработки определяли прочность окатышей после сушки и обжига. В экспериментах определяли влияние длительности вымачивания игольчатых частиц в СДБ в течение 0,1-3,0 часов при температуре 30-90°С на выход кондиционных сырых окатышей, прочность окатышей после окомкования, сушки и обжига. Результаты экспериментов представлены в таблице.

Как видно из полученных данных, способ получения окатышей, основанный на использовании в качестве порообразующих добавок игольчатых частиц растительного происхождения, предварительно вымоченных в сульфитдрожжевой бражке в течение 0,1-3,0 часов при температуре 30-90°С, позволяет повысить прочность сухих окатышей на 5,1-11,4% (отн.), прочность обожженных окатышей на 9,1-11,8% (отн.) и выход годного на 1,6-3,1% (отн.),