Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ СНИЖЕНИЯ РАСХОДОВ СВЯЗУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ ОКАТЫШЕЙ

Изобретение относится к области подготовки металлургического сырья в черной металлургии, в частности к производству железорудных окатышей.

Известно, что при производстве сырых окатышей в шихту добавляется связующий материал - бентонит или полимерное связующее.

Преимуществом полимерных связующих является их низкий расход - до 200 г на тонну концентрата, что позволяет на 0,2-0,4% увеличить общее содержание железа в обожженных окатышах. Другим не менее важным достоинством полимера является его участие в модифицировании перовой структуры окатыша, в результате чего наряду с увеличением общей пористости возрастает доля микропор. Последние имеют значительно более развитую поверхность, открытую для доступа как газа-окислителя (при окислительном обжиге), так и восстановительных газов при металлизации или доменном переделе. В результате окатыши, содержащие полимер в шихте, лучше окисляются при термообработке, лучше восстанавливаются при последующем металлургическом переделе. Недостатками использования в качестве связующего только полимеров являются:

- уменьшение прочности сырых окатышей, их пластичности и, как следствие, рост просыпи с роликового укладчика;

- невозможность интенсифицировать сушку слоя окатышей на обжиговой машине;

- уменьшение газопроницаемости слоя окатышей и производительности обжиговой машины.

Этих отрицательных аспектов лишены окатыши, в шихте которых в качестве связующего используется бентонит. Однако при этом снижается как содержание железа в обожженных окатышах, так и их восстановимость. Поэтому оптимальным связующим является смесь бентонита и полимера.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ подготовки шихты к окомкованию, в котором в качестве связующего используют связующую композицию, содержащую бентонит и полимер в качестве его активатора в соотношении, зависящем от удельной поверхности железорудного концентрата (см. патент РФ №2245930, С1, опубл. 26.09.2005) [1]. В этом случае одновременно проявляются положительные свойства обоих типов связующих, что позволяет улучшить качество сырых и обожженных окатышей.

Недостатком известного технического решения является достаточно высокий расход связующего и то, что возможность снижения расхода связующих материалов требует определенных условий подготовки шихты для окомкования.

Технической задачей предложенного технического решения является снижение расхода связующего, повышение содержания железа в обожженных окатышах и их качества.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе подготовки шихты для окомкования, включающем подачу связующего с использованием бентонита и полимерных материалов, их смешивание и последующее окомкование, связующее вводят в две стадии с интервалом времени 30-90 минут, при этом на первой стадии вводят бентонит в количестве 30-80% от его количества в связующем, а на второй стадии вводят оставшуюся часть бентонита и полимерные материалы. На второй стадии бентонит и полимерные материалы могут быть введены в виде бентонитополимерной композиции. В качестве полимерного материала могут быть использованы материалы интерполимерного состава.

Постановка такой задачи объясняется необходимостью увеличения времени выдержки шихты перед окомкованием. Так, из результатов исследований авторов работы [2] следует, что предварительная выдержка шихты, содержащей бентонит, перед окомкованием в течение 60-90 минут является оптимальной и позволяет повысить прочностные показатели сырых и обожженных окатышей, либо незначительно (на 5-7%) снизить расход связующего. Однако такое решение не позволяет повысить металлургические свойства окатышей и более существенно снизить расход связующего. Причиной этого являются особенности взаимодействия бентонита и полимерного материала с частицами железорудного концентрата. Для бентонита механизм его взаимодействия состоит из нескольких последовательных стадий: на первой стадии частицы бентонита взаимодействуют с влагой концентрата, на второй - происходит внедрение молекул воды в структурные связи между слоями монтмориллонита, диспергирование частиц бентонита и образование бентонитовой суспензии. На заключительной стадии суспензия растекается по частицам концентрата, образуя пленку. Длительность этих стадий в целом составляет 60-90 минут.

Другой особенностью использования бентонита является необходимость его однородного смешивания с концентратом, что обеспечивает наибольшую эффективность его действия как упрочняющей добавки. Известно, что лучшее смешивание достигается, когда малая добавка (в данном случае бентонит) дозируется не сразу, а в две-три стадии.

Время взаимодействия с водой частиц полимера иное и составляет 10-60 секунд, а продолжительность взаимодействия образовавшегося водного раствора с частицами рудного концентрата - 1-2 мин, в течение которых раствор, являющийся поверхностно-активным веществом для поверхности рудных зерен, обволакивает их. Более длительная выдержка водного раствора полимера с рудными частицами может привести к упорядочению ненасыщенных связей, снижению дипольных моментов и, как следствие, к уменьшению сил сцепления рудных частиц. Поэтому оптимальное время выдержки шихты после введения полимерной составляющей составит не более 2-х минут, а бентонитовой - 60-90 минут.

Результаты проведенных исследований позволили предложить техническое решение, имеющее цель как снижение расходов связующего в шихту для окомкования, так и повышение качества сырых и обожженных окатышей, суть которого состоит в раздельной подаче компонентов связующего: на первой стадии подается бентонит в количестве (30-80%) общего его содержания в связующем, требующий наибольшего времени взаимодействия с железорудным концентратом. На второй - бентонитополимерная композиция или полимерное связующее, имеющее, например, интерполимерный состав, и оставшаяся часть бентонита. Совокупность таких технологических приемов приводит как к повышению качественных показателей сырых и обожженных окатышей, так и к возможности снижения расхода связующего.

Результаты испытаний

Изложенные модельные представления были апробированы и подтверждены комплексными лабораторными исследованиями. Работа проводилась в два этапа. На первом - дозировка бентонита поддерживалась постоянной, изменялась только последовательность ввода бентонита, полимера и бентонитополимерной композиции. Результаты исследований на первом этапе приведены в табл.1. Содержание связующего во всех опытах составило 0,45% от количества шихты как содержащей флюс, так и неофлюсованной. Во всех опытах использовался высококачественный бентонит хакасского месторождения. Приведенные в таблице результаты усреднены по офлюсованным и неофлюсованным окатышам.

Данные табл.1 убедительно свидетельствуют о преимуществе раздельного ввода компонентов связующего, при котором первоначально вводится бентонит (или часть его), а затем, после выдержки, вводится полимерсодержащее связующее (или оставшаяся часть бентонита). Такой способ ввода обеспечивает повышение прочности и пластичности сырых окатышей, прочности и пористости обожженных окатышей и увеличение выхода окатышей кл. +10 - 14 мм, являющихся наиболее оптимальными для потребителей.

Следующим этапом исследований была попытка снижения дозировки связующего в шихту для окомкования при сохранении высокого качества сырых и обожженных окатышей. Результаты приведены в табл.2.

Анализ результатов, приведенных в табл.2, свидетельствует об эффективности выбранной последовательности ввода компонентов связующих материалов в шихту для окомкования и, кроме того, о возможности снижения общих расходов связующего. В частности, получение сырых и обожженных окатышей высокого качества возможно при снижении связующего до 0,3%, т.е. на 34% (отн.), при условии выбранной последовательности ввода.

Литература

1. Патент РФ №2245930, С1, опубл. 26.9.2005.

2. Горбачев В.А., Евстюгин С.Н., Мальцева В.Е. и др. - Сталь, 2002, №4, с.15, 16.