Результат интеллектуальной деятельности: 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 (см. 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 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 (см. Патент №2423533 Россия, МПК 7 С22В 1/24, заявл. 11.01.10, опубл. 10.07.11, Б.И. №19, 2011). Недостатком известного способа получения окатышей является то, что растительные частицы имеют неблагоприятную для формирования прочности зародышей структуру поверхности. Их наружная поверхность, к которой примыкают частицы шихты, - гладкая, ровная, бездефектная. На ней отсутствуют макродефекты: царапины, углубления, вмятины, проколы, отверстия, зазубрины, выступающие волокна. В результате этого между частицами шихты и порообразующими добавками не образуется прочное сцепление, они отслаиваются и формируют трещины, которые снижают прочность окатышей и выход годного. Для того, чтобы устранить отслоение частиц и трещинообразование зародышей, повысить прочность окатышей и выход годного, необходимо усилить сцепление частиц шихты с поверхностью растительных частиц. Это можно достичь формированием на поверхности растительных частиц различного рода макродефектов: царапин, углублений, вмятин, проколов, отверстий, зазубрин, выступающих волокон, деформацией растительных частиц и созданием армированной структуры за счет применения армирующих элементов между порообразующими добавками и шихтой. В качестве армирующих элементов и материалов для формирования макродефектов можно использовать техногенные отходы металлургического производства, имеющие игольчатую и пластинчатую структуру.

Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, - повышение прочности окатышей, выхода годных окатышей, расширение технологических возможностей устройства, реализующего способ получения окатышей, путем утилизации техногенных отходов металлургического производства, имеющих игольчатую и пластинчатую структуру, и формирования армированной структуры окатышей.

Техническая проблема решается тем, что в известном 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 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, на поверхности частиц растительного происхождения или отходов сельскохозяйственного производства формируют макродефекты путем их предварительного смешивания с железосодержащей окалиной сталепроволочного производства в течение 5-20 минут с образованием смеси, которую подают в газовлагошихтовую струю, при этом содержание окалины в смеси составляет 20-200% от массы порообразующих добавок.

Техническая 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. На второй стадии производства окатышей на поверхности зародышей формируется шихтовая оболочка способом переката. Для того, чтобы повысить прочность окатышей, выход годного, устранить отслоение и трещинообразование за счет усиления сцепления частиц шихты и порообразующих добавок, предложено на поверхности частиц растительного происхождения или отходов сельскохозяйственного производства сформировать макродефекты и создать армированную структуру за счет применения армирующих элементов между порообразующими добавками и шихтой. Это достигается путем предварительного смешивания в смесителе в течение 10-20 минут порообразующих добавок с техногенными отходами металлургического производства, имеющими игольчатую и пластинчатую структуру. В качестве материала, формирующего на поверхности растительных частиц макродефекты и выполняющего роль армированных элементов, используется окалина сталепроволочного производства металлургических предприятий. Она является ценным техногенным отходом прокатного производства в металлургии, содержание железа в котором достигает 68-70%. Повторное использование окалины в шихте окатышей и ее утилизация повышает содержание железа и одновременно снижает себестоимость окатышей и тем самым расширяет технологические возможности устройства, на котором реализуется способ получения окатышей. Структура окалины сталепроволочного производства отличается от структуры окалины других прокатных производств. Окалина сталепроволочного производства представлена продолговатыми пластинчатыми или игольчатыми частицами толщиной 0,1-0,5 мм, длиной до 2-3 мм и шириной до 1-2 мм. Частицы имеют форму иглы или лезвия с острыми гранями. В процессе смешивания растительных частиц и окалины последние формируют на поверхности порообразующих добавок макродефекты: царапины, углубления, вмятины, проколы, отверстия, зазубрины, выступающие волокна. Макродефекты поверхности растительных частиц в процессе напыления шихты позволяют сформировать прочный контакт порообразующих частиц и шихты. В процессе смешивания окалины и порообразующих добавок и в ходе напыления шихты часть окалины внедряется в растительные частицы и фиксируется на их поверхности, в результате чего формируется армированная структура между растительными частицами и шихтой. Упрочнение окатышей достигается также физическим сродством между железорудной шихтой и железосодержащей окалиной сталепроволочного производства. В результате уменьшается отслоение и трещинообразование, повышается прочность окатышей и выход годного.

Для того, чтобы в процессе смешивания растительных частиц и окалины на поверхности порообразующих добавок сформировались макродефекты и получилась армированная структура, процесс смешивания должен проходить в течение 5-20 минут. Если процесс смешивания растительных частиц и окалины будет проходить мене 5 минут, то макродефекты и армированная структура образоваться не успеют и технический эффект изобретения не будет достигнут. Если процесс смешивания растительных частиц и окалины будет проходить более 20 минут, то происходит переизмельчение растительных частиц и макродефекты и армированная структура также не будут формироваться и техническая проблема не будет решена.

Для того, чтобы в процессе смешивания растительных частиц и окалины на поверхности порообразующих добавок сформировались макродефекты и получилась армированная структура в смеси порообразующих добавок и окалины содержание окалины должно составлять 20-200% от массы порообразующих добавок. Если в смеси порообразующих добавок и окалины содержание окалины будет составлять менее 20% от массы порообразующих добавок, то в процессе смешивании массы окалины не будет хватать для формирования макродефектов и получения армированной структуры и технический эффект изобретения не будет достигнут. Если в смеси порообразующих добавок и окалины содержание окалины будет составлять более 200% от массы порообразующих добавок, то в процессе смешивании окалина будет в переизбытке и будет проходить переизмельчение растительных частиц. Поэтому макродефекты и армированная структура также не будут формироваться и техническая проблема не будет решена.

Дополнительным достоинством предлагаемого решения является техническая возможность утилизации окалины сталепроволочного производства в способе получения окатышей, содержащем заявленные отличительные признаки изобретения, что предложено впервые. Введение в состав шихты окатышей окалины сталепроволочного производства, богатой по содержанию железа, позволяет повысить содержание железа в окатышах на 0,5-1,0%, что является важным для последующего доменного передела. Одновременно происходит снижение себестоимости окатышей на 0,3-0,5%. Эти показатели позволяют говорить о расширении технологических возможностей устройства, реализующего способ получения окатышей.

Технический эффект предлагаемого технического решения заключается в том, что предложенные в заявленной последовательности отличительные признаки изобретения формируют новые положительные свойства: создание макродефектов на поверхности растительных частиц: царапин, углублений, вмятин, проколов, отверстий, зазубрин, выступающих волокон; создание условий для организованной деформации растительных частиц; формирование армиррванной структуры на поверхности порообразующих добавок за счет механического внедрения окалины в поверхность растительных частиц; физическое сродство железосодержащей окалины сталепроволочного производства и железорудного концентрата в шихте; утилизация окалины сталепроволочного производства в технике производства окатышей; повышение содержания железа в шихте окатышей; снижение себестоимость окатышей. Заявленные параметры и новые свойства способа получения окатышей позволяют решить указанную техническую проблему и получать окатыши с более высокой прочностью и производительностью, утилизировать техногенные отходы металлургического производства, имеющие игольчатую и пластинчатую структуру, за счет чего происходит расширение технологических возможностей устройства, реализующего способ получения окатышей.

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 для подачи смеси порообразующих добавок и окалины сталепроволочного производства. Для получения порообразующих добавок используют растительное сырье 9. Сырьем являются высушенные стебли растительного происхождения (сено, солома, обмолоченные стебли, растительный жмых). Для измельчения растительного сырья установлен измельчитель 10 барабанного типа, на выходе из которого формируются измельченные частицы растительного происхождения 11. Для формирования макродефектов и армированной структуры на поверхности измельченных частиц растительного происхождения используется железосодержащая окалина сталепроволочного производства 12. Макродефекты и армированная структура формируются в процессе смешивания порообразующих добавок и окалины в смесителе 13. В процессе работы окомкователя формируется зона 14, свободная от шихты, и зона 15, занятая материалом. Воздушношихтовая струя напыляет шихту потока 2 на гарнисаж в зоне 14 с образованием плотного напыленного слоя шихты 16. Для деления напыленного слоя 16 используются делители 17. После деления напыленного слоя 16 получаются зародыши 18, которые поступают в зону 15 и шихтой потока 3 доокомковываются до кондиционных окатышей 19. Для сушки и обжига окатышей используется обжиговая машина (на чертеже не показана).

Способ подготовки шихты к спеканию осуществляется следующим образом. В рабочее пространство окомкователя 1 подается влажная шихта потоками токами 2 и 3. Поток 2 влажной шихты участвует в зародышеобразовании с получением зародышей. Он подается в струйный аппарат 5 по отдельному тракту через загрузочный патрубок 6. Одновременно в струйный аппарат по патрубку 8 самотеком из смесителя 13 подается смесь измельченных частиц растительного происхождения и сталепроволочной окалины. Измельченные растительные частицы 11 получаются измельчением растительного сырья 9 в измельчителе 10 после чего загружаются в смеситель 13. Одновременно в смеситель 13 по отдельному тракту подается окалина сталепроволочного производства 12. В смесителе на поверхности измельченных частиц растительного происхождения формируются макродефекты и армированная структура. Газовлагошихтовая струя 4 напыляет шихту потока 2, измельченные растительные частицы и окалину сталепроволочного производства на гарнисаж в зоне 14, свободной от шихты, при этом образуется плотный напыленный слой 16. В процессе напыления шихты, смеси растительных частиц и окалины последняя внедряется в поверхность растительных частиц и дополнительно формирует армированную структуру порообразующих добавок. Напыленный слой делится делителями 17, после чего образуются зародыши 18, содержащие частицы растительного происхождения и окалину сталепроволочного производства. 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 сушке и обжигу.

Пример. Отработку способа получения окатышей проводили на комплексной лабораторной установке, содержащей тарельчатый окомкователь диаметром 0,62 м, муфельное сушило и камерную печь обжига. Технология напыления шихты, содержащей измельченные растительные частицы и окалину сталепроволочного производства, была организована согласно технологической схеме, представленной на чертеже. Для получения измельченных растительных частиц использовали обмолоченные стебли зерновых культур (пшеницы, ржи). Их измельчали в лабораторном измельчителе. В качестве материала для формирования макродефектов и армированной структуры на поверхности растительных частиц использовали железосодержащую окалину сталепроволочного производства АО «ЕВРАЗ ЗСМК» (г.Новокузнецк). Формирование макродефектов и армированной структуры на поверхности растительных частиц проводили в лабораторном смесителе барабанного типа. Для формирования зародышей способом напыления использовали влажную шихту массой 3 кг, содержащую концентрат Тейского месторождения, 1% бентонита, 10% порообразующих добавок и окалину сталепроволочного производства. Для формирования оболочки окатышей использовали влажную шихту массой 7 кг, содержащую концентрат Тейского месторождения и 1% бентонита. В струйный аппарат одновременно подавали шихту первого потока и сжатый воздух. Образующийся напыленный слой делили делителями и получали зародыши, размером 8-10 мм. Зародыши поступали в зону, занятую шихтой второго потока, где доокомовывались до кондиционных окатышей размером 15-16 мм. После доокомкования определяли выход годного, по которому определяли производительность окомкователя. Затем окатыши сушили при температуре 105°С и обжигали при температуре 1250°С в камерной электрической печи СУОЛ. После охлаждения измеряли прочность окатышей и содержание железа. В экспериментах определяли влияние длительность процесса смешивания растительных частиц и окалины в смесителе и содержания окалины в смеси на параметры способа получения окатышей. Результаты экспериментов представлены в таблице.

Как видно из полученных данных, способ получения окатышей, основанный на формировании на поверхности частиц растительного происхождения или отходов сельскохозяйственного производства макродефектов путем их предварительного смешивания с железосодержащей окалиной сталепроволочного производства в течение 5-20 минут с образованием смеси, в которой содержание окалины составляет 20-200% от массы порообразующих добавок, позволяет повысить прочность обожженных окатышей на 3,6-15,9% (отн.) и производительность окомкователя на 1,2-2,5% (отн.). Повышение содержания железа в окатышах на 0,2-1,3% (абс.) позволяет считать указанный способ получения окатышей, обладающий более широкими технологическими возможностями.