СПОСОБ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССОВ ОКУСКОВАНИЯ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к производству окускованного сырья, а именно к технологии получения агломерата, и может быть использовано на агломерационных фабриках черной и цветной металлургии.

Известен способ окускования, описанный в патенте №662021 «Шихта для производства агломерата или окатышей», предусматривающий применение в качестве связующего материала щелочно-металлической соли карбоксиметилцеллюлозы (№662021, C22B 1/224, опубл. 05.05.1979). В данном документе описан способ окускования железорудных материалов, в котором в шихте содержится щелочно-металлическая соль карбоксиметилцеллюлозы в количестве 0,01-1,0% от массы железорудного материала и соль щелочного металла низкомолекулярной слабой кислоты в количестве 0,001-10,0%.

Недостатком известного способа служат невысокие связующие свойства предлагаемого связующего (щелочно-металлической соли карбоксиметилцеллюлозы), что определяет ее высокий удельный расход (до 10 кг/т) и необходимость применения дополнительного материала в виде соли щелочного металла низкомолекулярной слабой кислоты, что существенно усложняет приемку и складирование шихтовых материалов, процесс приготовления шихты, приводит к снижению содержания железа в агломерате и увеличению массовой доли вредных примесей (щелочных металлов).

Также известна шихта для производства агломерата (RU 2255125), которая включает железорудный материал, топливо, флюс и связующее, содержащее органические поверхностно-активные вещества. В качестве связующего шихта содержит катамин. При этом соотношение компонентов в шихте следующее, масс. %: флюс - 5-10; топливо - 5-10; катамин - 0,01-0,03; железорудным материал - остальное. Изобретение позволит при использовании шихты повысить производительность доменной печи и снизить расход кокса.

Недостатком данного изобретение является высокая стоимость катамина и низкая прочность получаемого агломерата.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ окускования мелкодисперсных железосодержащих материалов для металлургического передела с использованием органического связующего (RU 2272848)

В качестве связующего материала используют синтетический сополимер акриламида и акрилата натрия, в котором мольная доля акрилата натрия может составлять от 0,5 до 99,5%, молекулярная масса в диапазоне от 1*10⁴ до 2*10⁷. Дозировка синтетического сополимера акриламида и акрилата натрия составляет от 0,02 до 0,10 кг на тонну железосодержащего материала. Сополимер акриламида и акрилата натрия может быть использован в виде сухого порошка, раствора, эмульсии, суспензии или аэрозоля, в чистом виде или в смеси с дополнительным материалом.

Недостатком данного метода окускования служит высокая чувствительность к изменению качества шихтовых материалов, особенно к повышению влажности, что негативно отражается на стабильности процесса агломерации и приводит к снижению прочности и росту истираемости железорудного агломерата.

Задачей настоящего изобретения является создание способа интенсификации процесса окускования железосодержащих материалов для агломерации.

Ожидаемый технический результат - повышение производительности процесса агломерации за счет повышения скорости формирования прочных гранул оптимального гранулометрического состава, при сохранении в окускованном продукте максимально высокого содержания железа и требуемых физических и металлургических свойств.

Технический результат достигается тем, что по изобретению в качестве интенсифицирующего материала используют интерполимерную связующую добавку, включающую полимерный комплекс и минеральные присадки, при этом полимерный комплекс состоит из:

- низковязкого анионного полимера полисахаридного ряда с вязкостью однопроцентной суспензии менее 5 мПа*с - 20-40%;

- высоковязкого неионного полиакриламида с молекулярной массой 5-15*10⁶ и степенью гидролиза менее 6%, с вязкостью однопроцентной суспензии более 5 мПа*с - 5-10%;

- минеральная добавка - остальное.

Дозировка минерального комплекса составляет 1/100-1/400 долей единиц от массы твердого топлива.

В качестве минеральных присадок в низковязкий полимер вводятся природные алюмосиликатные материалы в количестве 40% от массы полимера, а в высоковязкий - соли щелочных и щелочноземельных металлов в количестве 30%.

Соотношение низковязкой и высоковязкой составляющих полимера (далее по тексту - НВП и ВВП, соответственно) выбирается в соответствии с химическим составом пустой породы агломерационной шихты и агломерата:

Получение минерального комплекса осуществляется из полимерной и минеральной составляющих, подвергнутых механохимической активации и тепловому воздействию. Полимерная составляющая включает два компонента, имеющих разную степень ионизации. Полимерная составляющая включает два компонента, имеющих разную степень ионизации и разную молекулярную массу, а при взаимодействии с водой, соответственно, неодинаковые вязкопластичные свойства. Применение двух полимеров обусловлено следующими соображениями.

Низковязкий полимер при взаимодействии с влагой железорудного концентрата быстро растворяется, образуя легкоподвижную клеевую субстанцию, смачивающую поверхность частиц концентрата с увеличением их адгезионной способности. Эффективная вязкость его 1%-го раствора составляет менее 5 мПа·с. В процессе окускования эта субстанция равномерно распределяется в агломерационной шихте и придает сырым гранулам нормативную статическую прочность и оптимальный гранулометрический состав, что позволяет увеличить высоту слоя и скорость аглоленты.

Высоковязкий полимер, присутствующий в меньшем количестве и, как правило, более крупнодисперсный, поглощает излишки влаги и окомковывает мелкие частицы гидрофобного коксика. Эффективная вязкость 1%-го раствора ВВП составляет более 50 мПа·с. Кроме того, крупные частицы полимера служат дополнительным упрочняющим элементом в каркасе структуры влажного агломерата.

В процессе обжига полимеры выгорают, что придает агломерату дополнительную равномерно распределенную пористость, в том числе и открытую. При выгорании полимера между рудными частицами возникают прочные контакты в результате их спекания.

Пример использования способа при получении железорудного агломерата

Для оценки эффективности предложенного способа были проведены лабораторные испытания четырех агломерационных шихт на основе тонкоизмельченных концентратов. После спекания спек охлаждался, производилось его разрушение (сбрасывание с высоты 1 метр) и стабилизация (5 оборотов в барабане по ГОСТ 15137-77). Вещественный состав исследованных шихт был представлен железорудным концентратом Лебединского месторождения (S_уд=900…1300 см²/г), металлургическими отходами (окалиной, колошниковой пылью), известняком, известью и сидеритом Бакальского месторождения. В качестве твердого топлива использовался кокс фракции 0…3 мм. Информация о химическом составе исходного сырья представлена в таблице 1.

Перед спеканием производился подогрев шихты до 64…65°C. Дозировка извести в шихту соответствовала ее удельному расходу 30 кг/т агломерата. В качестве полимерного составляющего было использовано связующее, подготовленное по указному выше способу, производства ОАО «Компания Бентонит» в дозировке 150 г/т агломерата. Дозировка определялась с учетом достижения основности CaO/SiO₂=1,85 при массовой доле железа в агломерате 57,3…58,0%. Исходные данные экспериментов и их результаты представлены в таблице 2.

Полученные результаты свидетельствуют, что использование связующих (известь, ИПС) является эффективным способом повышения газопроницаемости слоя за счет роста степени окомкования на 3…10% (абс.) и среднего диаметра комочка на 18…33% (отн.), что позволило обеспечить рост скорости фильтрации на 12…20% и достижение удельной производительности 1,473…1,684 т/(м²*ч) против 1,18 в базовом опыте. Таким образом, наибольшим преимуществом, с позиций увеличения удельной производительности агломашин, обладает агломерация шихт с подачей извести на стадии усреднения во влажный концентрат. При условии подачи связующего на стадии смешивания, эффективность извести и ИПС сопоставимы, давая прирост производительности 24…27% по отношению к базовому опыту.

Ситовый анализ гранулометрического состава агломерата выявил снижение среднего диаметра куска агломерата при интенсификации процесса известью на 12,8…14,6% (отн.) и на 3,6% (отн.) при использовании ИПС. Однако показатель среднего размера куска не учитывает влияние разрушения крупных (более 40 мм в поперечнике) фракций агломерата при транспортировке в доменный цех. Для более адекватной оценки качества агломерата было проанализировано распределение агломерата по фракциям.

В качестве некондиционных фракций агломерата была принята сумма классов -5 мм, как ухудшающего газопроницаемость столба доменной шихты, и +40 мм. Крупные куски агломерата (+40 мм) в условиях транспортировки и восстановительно-тепловой обработки в шахте доменной печи склонны к разрушению с образованием мелочи, а окончательное восстановление оксидов железа в них происходит за счет прямого восстановления. Все это снижает эффективность доменной плавки и дает основания относить агломерат крупнее +40 мм к некондиционному. Согласно полученным данным, несмотря на рост среднего диаметра куска агломерата, базовый опыт характеризуется наибольшим содержанием некондиционных классов в агломерате. Использование связующих способствует перераспределению фракций с увеличением доли наиболее качественного сырья класса 5…40 мм.

Затраты твердого топлива при агломерации железных руд покрываются металлургическим коксом фракции 0…3 мм. Анализ потребления топлива указывает на снижение расхода горючего углерода (-4,0% отн.) при использовании извести, что может быть объяснено выводом из шихты части карбонатов флюсов. Соответственно, снижаются расходные статьи теплового баланса процесса спекания, связанные с эндотермической реакцией декарбонизации кальцита известняка. Экономия углерода твердого топлива при использовании ИПС - 2,7% (отн.).

В целом, проведенные исследования показали, что использование ИПС при агломерации железных руд является эффективным и, в частности, может выступать альтернативой традиционному способу интенсификации процесса добавлением в шихту извести. При этом, подача извести в количестве 30 кг на тонну агломерата и ИПС в количестве 150 грамм на тонну агломерата характеризуются практически одинаковой эффективностью как с точки зрения производительности, так и с позиций улучшения качества агломерата.