Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ МЕТАЛЛИЗАЦИИ ЖЕЛЕЗОРУДНОГО СЫРЬЯ С ПОЛУЧЕНИЕМ ГРАНУЛИРОВАННОГО ЧУГУНА

Изобретение относится к области черной и цветной металлургии и может быть использовано при производстве гранулированного чугуна.

Известен способ металлизации руднотопливных окатышей в печи с вращающимся подом при температурах 1300-1350°С в течение 6-12 минут [1].

Способ позволяет получать металлизованный продукт как из железных руд, так и из отходов металлургического производства с удалением из последних цинка, свинца и щелочей. В качестве восстановителя используются рядовые марки углей. Недостатком данного способа является низкое качество металлизованного продукта, что ограничивает его потребление в качестве лома в сталеплавильном производстве. Низкое содержание железа (до 70%) при средней степени металлизации 92% обусловлено тем, что в металлизованном продукте остается пустая порода и зола кокса.

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения гранулированного чугуна, включающий дозирование железосодержащего сырья, твердого топлива, связующего и флюсующих добавок, смешивание и окомкование полученной шихты, сушку, термическую обработку руднотопливных окатышей в печи с вращающимся подом в течение 9-15 минут при температурах 1250-1550°С, охлаждение, дробление и отделение гранулированного чугуна от шлака. При этом расходы компонентов шихты регулируют с образованием шлака основностью (CaO+MgO)/SiO₂, равной от 1,3 до 2,3 при содержании MgO в пределах от 5 до 13% [2].

Недостатком данного решения является то, что заявленные параметры шлака по химическому составу не учитывают влияние Al₂O₃ на важнейшие характеристики шлака: температуру плавления и текучесть шлака. Известно, что при получении чугуна наилучшей подвижностью обладает шлак, в котором содержание Al₂O₃ лежит в пределах от 10 до 15%. Пустая порода железных руд различного минералогического типа содержит Al₂O₃ до 10 и более процентов. Во избежание выхода из строя оборудования печей в описании данного способа указан профиль рабочих температур в пределах от 1250 до 1550°С. Расчеты и данные диаграмм состояния шлаков показывают [3], что с учетом заявленных параметров химического состава шлака при содержании в шлаке Al₂O₃ от 5 до 10% температуры плавления шлака составят 1400-1500°С при основности шлака 1,3 и 1700-1900°С при основности 2,3. При таких температурах ухудшаются условия эксплуатации оборудования, растут энергетические затраты, а в окатышах образуется каркас из тугоплавких соединений, что затрудняет отделение чугуна от шлака, приводя к росту потерь металла. Это свидетельствует о том, что заявленные параметры шлака по химическому составу отражают особенности лишь одного определенного вида железорудного сырья.

Задачей изобретения является повышение производительности печи с вращающимся подом за счет снижения потерь металла, снижения энергетических затрат на обогрев печи путем оптимизации состава шихты из различных минералогических типов руд, обеспечивающей температуры плавления первичных шлаков не выше 1400°С.

Поставленная задача решается тем, что в способе металлизации железорудного сырья с получением гранулированного чугуна, включающем дозирование железорудного сырья, твердого топлива, связующего и флюсующих добавок, смешивание и окомкование исходной шихты, сушку и термическую обработку руднотопливных окатышей в печи с вращающимся подом с получением гранулированного чугуна, охлаждение, дробление и отделение гранулированного чугуна от шлака, в отличие от ближайшего аналога дозирование компонентов исходной шихты ведут с обеспечением соотношений соединений CaO/MgO, SiO₂/Al₂O₃ в ней в пределах 2-5 и 4-6 соответственно.

Отличительной особенностью предлагаемого способа является то, что компонентный состав шихты из любых типов руд для производства руднотопливных окатышей формируется из расчета получения химического состава первичного шлака с температурой плавления не выше 1400°С. Для этого, используя диаграммы состояния шлаков в системе CaO-MgO-SiO₂-Al₂O₃, определены области пироксена (Al₂O₃ - 5-15%, SiO₂ - 45-60%, CaO - 10-30%, MgO - 5-20%) и мелилита (Al₂O₃ - 5-15%, SiO₂ - 35-50%, CaO - 30-50%, MgO - 5-20%) с температурами плавления шлаков в пределах 1300-1400°С. В областях пироксена и мелилита оптимальные соотношения основных шлакообразующих компонентов CaO/MgO, SiO₂/Al₂O₃ находятся в пределах 2-5 и 4-6 соответственно. Зная расход руды и твердого топлива на металлизацию, рассчитывают средневзвешенный химический состав из шлакообразующих компонентов пустой породы руды и золы твердого топлива. Решая систему уравнений, находят расход необходимой флюсующей добавки (известняк, известь, доломитизированный известняк, боксит или кварцит), обеспечивающей указанные соотношения основных шлакообразующих компонентов CaO/MgO, SiO₂/Al₂O₃ в исходной шихте для формирования первичного шлака. Предложенные соотношения основных шлакообразующих компонентов в исходной шихте для определения химического состава первичного шлака с температурой плавления не выше 1400°С позволяют для всех типов руд выбирать флюсующую добавку и ее расход с целью снижения выхода шлака (увеличения производительности агрегата для получения гранулированного чугуна), а также учитывать стоимость той или иной добавки с целью снижения затрат на производство гранулированного чугуна. Таким образом, высокотемпературное восстановление железа до металлизованного состояния с образованием гранул чугуна за счет науглероживания железа в сочетании с низкой температурой плавления первичных шлаков позволяет легко разделять чугун от шлака, снижая потери железа.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Контролируют химический состав компонентов шихты для производства окатышей. Задаются определенным экспериментальным путем расходом твердого топлива и связующего материала от общей массы шихты. Расчетным путем, используя информацию о температуре плавления шлаков из диаграмм состояния в системе CaO-MgO-SiO₂-Al₂O₃, определяют расход флюсующей добавки с соблюдением требований по соотношениям CaO/MgO, SiO₂/Al₂O₃ в исходной шихте в пределах 2-5 и 4-6 соответственно. Дальнейшее смешивание, окомкование шихты, сушку и термическую обработку окатышей, охлаждение, дробление и отделение гранулированного чугуна от шлака производят известным способом.

Эксперименты по получению гранулированного чугуна из железорудного сырья проводили в камерной нагревательной печи «Nabertherm», позволяющей контролировать заданный темп нагрева до 1800°С. Изменение соотношений CaO/MgO, SiO₂/Al₂O₃ в исходной шихте регулировали расходом кварцита и известняка, определенным расчетным путем с использованием диаграмм состояния шлаков в системе CaO-MgO-SiO₂-Al₂O₃.

Результаты исследований приведены в таблице.

Анализ представленных результатов показывает не только принципиальную возможность получения гранулированного чугуна из железорудного сырья по предлагаемому решению (А), но и улучшение технико-экономических показателей процесса получения гранулированного чугуна по сравнению с прототипом (Б):

- снизить энергетические затраты по теплу на обогрев печи для производства гранулированного чугуна;

- увеличить производительность агрегата по производству гранулированного чугуна за счет снижения потерь железа.

Выход за заявленные пределы ухудшает технико-экономические показатели процесса получения гранулированного чугуна

Источники информации

1. J Jumbo, H. Tanaka, Y. Kuwata, New coal-based ironmaking Fastmet/Fastmelt. 4^th European Coke and Ironmaking Congress. June 19-22, 2000, Paris La Defanse, France/ Proceedings, Volume II, p.492-497.

2. Патент РФ №2301834, МПК С21В 13/08.

3. Формирование и свойства доменных шлаков. Жило Н.Л., М., «Металлургия», 1974, 120 с.