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, обжиг окатышей и восстановление (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 смешивание концентрата и связующего с получением основного потока шихты, формирование гарнисажа на днище окомкователя, подачу шихты в окомкователь двумя потоками, введение первого потока шихты в поток газа с формированием газо-влагошихтовой струи, подачу в газовлагошихтовую струю порообразующих добавок, в качестве которых используют измельченные до игольчатого состояния частицы растительного происхождения или отходы сельскохозяйственного производства с длиной частиц 2-10 мм и диаметром 0,1-2,0 мм в количестве 1-10% от массы шихты первого потока, 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 (RU №2423533, МПК С22В 1/24, опубл. 10.07.11, Б.И. №19, 2011).

Техническая проблема заключается в низкой прочности и в невысоком выходе кондиционных окатышей. Техническая проблема обусловлена тем, что в процессе формирования зародышей, содержащих порообразующие добавки, частицы больших размеров (более 5 мм) выходят за границы зародышей и выступают из поверхности зародышей на высоту 2-5 мм. Частицы, выступающие из зародышей, затрудняют перекат зародышей на тарели окомкователя и формирование оболочки окатышей. В процессе переката зародышей и ударного взаимодействия зародышей друг с другом игольчатые частицы, выступающие из зародышей, способны разрушить структуру зародышей, сформировать поверхностные и глубинные трещины и выпасть из объема зародыша, что снижает функции порообразующих добавок в структуре зародышей. При этом измельченные частицы размером более 5 мм обладают низкой насыпной плотностью (менее 300-350 кг/м), что существенно затрудняет равномерное перемешивание частиц с компонентами шихты и снижает прочность окатышей. Причем грубодисперсные частицы растительного происхождения размером более 5 мм не обладают связующими свойствами и поэтому не позволяют повысить прочность окатышей. Доизмельчение грубодисперсных частиц длиной более 5 мм до состояния растительной муки, напротив, дает возможность сформировать у них связующие свойства в смеси с увлажнителем, существенно повысить их насыпную плотность (700-800 кг/м³), что позволяет повысить равномерность перемешивания компонентов шихты и прочность окатышей.

Технической проблемой, решаемой изобретением, является повышение прочности окатышей и выхода кондиционных окатышей.

Для решения технической проблемы в известном способе получения окатышей, включающем смешивание концентрата и связующего с получением основного потока шихты, 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 с длиной частиц 2-10 мм и диаметром 0,1-2,0 мм в количестве 1-10% от массы шихты первого потока, 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, согласно изобретению, перед подачей порообразующих добавок в газовлагошихтовую струю отделяют из их общей массы частицы длиной более 5 мм, после чего их высушивают нагретым до температуры 100-300°С газом, затем доизмельчают до состояния растительной муки и вводят в основной поток шихты с помощью вышеуказанного газа.

Сущность изобретения заключается в следующем. В качестве порообразующих добавок предлагается использовать измельченные до игольчатого состояния частицы растительного происхождения или отходы сельскохозяйственного производства длиной 2-5 мм и растительную муку с длиной частиц 0-0,05 мм, получаемую доизмельчением игольчатых частиц размером боле 5 мм. Растительные частицы длиной 2-5 мм вводят в структуру зародышей путем напыления влажной шихты, содержащей порообразкющие добавки, газовлагошихтовой струей на шихтовый гарнисаж в зоне, свободной от шихты, с получением плотного слоя шихты, в дальнейшем разделенного на зародыши. Для получения растительной муки из всей массы порообразующих добавок используются грубодисперсные частицы растительного происхождения или отходы длиной более 5 мм, которые отделяются (отсеиваются) из всей массы частиц путем просеивания на ситах и дополнительно измельчаются до состояния растительной муки с размерами частиц 0-0,05 мм. Процесс отделения может быть организован одним из известных механических или аэродинамических способов классификации или просеивания через металлические сита. Дополнительное измельчение растительных частиц технически возможно на одном из существующих в технике устройств для помола твердых частиц: молотковые мельницы, дисковые истиратели, шаровые мельницы и др. После доизмельчения игольчатых частиц растительную муку вводят в основной поток шихты, транспортируя ее пневмотранспортом по тракту. В основном потоке шихты содержится железорудный концентрат, связующие и порообразующие добавки в форме растительной муки, которые равномерно перемешаны друг с другом. Измельченные частицы растительной муки в смеси с увлажнителем (водой) в основном потоке шихты приобретают вяжущие (клеящие) свойства, которые увеличивают прочность зародышей и окатышей. За счет этого появляется возможность снижения расхода дорогостоящего связующего (бентонита) на 5-10% при сохранении высокой прочности окатышей и повышенного выхода годных окатышей. В предложенной технологии зародыши содержат смесь растительных частиц длиной 2-5 мм и растительную муку. Оболочка окатышей содержит только растительную муку. В структуре зародышей частицы размером 2-5 мм не выступают из поверхностного слоя зародышей и не препятствуют режиму переката. Частицы размером 2-5 мм, окруженные растительной мукой, прочно интегрируются в структуру зародышей и окатышей, не расшатывают рудный каркас и не выпадают из тела зародыша. Растительная мука после обжига формирует дополнительную пористость и равномерно распределенный внутренний источник тепловыделения. В результате формируется благоприятная для физико-химических процессов открытая пористость, начиная с поверхности окатышей и заканчивая зародышевым центром. После формирования кондиционных окатышей структура окатышей имеет поровые каналы, благоприятные для термообработки (сушки и обжига) и восстановления окатышей. Чтобы обеспечить дополнительное измельчение частиц длиной более 5 мм до размеров растительной муки, частицы необходимо высушить при температуре 100-300°С, после чего они приобретают хрупкую обломочную структуру, при которой возможно эффективное доизмельчение и помол частиц. Процесс сушки частиц технически просто выполняется в сушильном барабане газом, часть которого отбирается из газового тракта, используемого для формирования газовлагошихтовой струи и напыления шихтовой массы. Газ нагревается до температуры 100-300°С электронагревателем, установленным на входе в сушильный барабан. Образующаяся растительная мука транспортируется нагретым газом в смесительное устройство, где дозируется и смешивается с компонентами основного потока шихты.

Если температура сушки будет менее 100°С, то растительные частицы после сушки будут обладать вязкой и пластичной структурой, неблагоприятной для доизмельчения и помола, и растительная мука не будет формироваться, что противоречит решению технической проблемы.

Если температура сушки будет более 300°С, то растительные частицы будут подвержены термическому пиролизу и способны воспламениться в сушильном барабане, что может нарушить процесс формирования растительной муки и техническая проблема не будет решена.

Длина измельчаемых частиц растительного происхождения до состояния растительной муки должна быть более 5 мм. Если длина частиц будет менее 5 мм, то доля открытых пор окатышей будет незначительной, проницаемые каналы не образуются и трудно сформировать сетчатую (арматурную) структуру сначала в зародышах, а затем в зародышевом центре окатышей. Окатыши с такой поровой структурой обладают низкой восстановимостью. В этом случае техническая проблема не будет решена.

Использование отходов сельхозпроизводства для получения растительной муки, обладающей связующими свойствами, позволяет снизить расход основного связующего на 5-10%, что дополнительно повышает экономичность предлагаемого способа получения окатышей.

Применение растительной (травяной) муки известно из уровня техники. Она применяется преимущественно как кормовая добавка в сельскохозяйственном (животноводческом) производстве. Использование растительной (непищевой) муки из частиц растительного происхождения или отходов сельскохозяйственного производства в качестве связующих и порообразующих добавок предложено впервые в технике производства окатышей. Растительная мука отличается от пищевой муки минеральным и химическим составом, обладает неисчерпаемыми запасами и низкой стоимостью. Ее применение в совокупности с крупнодисперсными частицами растительного происхождения дает новый положительный результат.

Технический результат заключается в том, что предложенные в заявленной последовательности отличительные признаки изобретения, формируют новые положительные свойства: формирование равномерной структуры окатышей с равномерно распределенными игольчатыми частицами и растительной мукой в зародышах и частицами растительной муки в оболочке окатышей; отсутствие выступов игольчатых частиц на поверхности зародышей, что стабилизирует режим переката зародышей и формирование оболочки окатышей и исключает появление дефектов и трещин в зародышах в процессе окомкования; усиление прочности контакта между частицами шихты и порообразующими добавками, обладающими связующими свойствами; устранение выпадения частиц размером 2-5 мм из структуры зародышей в процессе зародышеобразования и окомкования; организация дополнительного равномерно распределенного источника тепловыделения в структуре окатышей при их обжиге; формирование сетчатой арматурной структуры зародыша, упрочняющей весь окатыш; формирование дополнительной пористости в оболочке окатышей после термообработки за счет наличия в ней растительной муки; придание растительной муке на стадии окомкования функции связующего, а на стадии обжига функции порообразующей добавки и источника внутреннего тепловыделения; организация интенсивной сушки, окислительного обжига и восстановления окатышей за счет появления эффективных диффузионных каналов между зародышем и оболочкой окатыша; за счет использования отходов сельхозпроизводства и снижения расхода связующего на 5-10% повышается экономичность способа. Заявленные параметры и новые свойства способа получения окатышей позволяют решить указанную техническую проблему и получать окатыши с более высокой прочностью и обеспечить более высокий выход годного.

Способ получения окатышей 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 порообразующих добавок растительного происхождения. В качестве порообразующих добавок 9 используют измельченные до игольчатого состояния частицы растительного происхождения или отходы сельскохозяйственного производства с длиной частиц 2-10 мм. Для измельчения частиц растительного происхождения или отходов сельскохозяйственного производства до размеров 2-10 мм установлен измельчитель 10 роторного типа с молотковыми билами. Для рассева измельченных растительных частиц по размерам установлен грохот 11 с металлическими ситами. После рассева измельченных частиц формируется поток 12 с длиной частиц 2-5 мм (подрешетчатый продукт) и поток 13 с длиной частиц более 5 мм (надрешетчатый продукт). Для сушки частиц потока 13 установлен сушильный барабан 14. В качестве сушильного агента используется поток 15 сжатого воздуха, который отбирается из тракта 7. Для нагрева сжатого воздуха до температуры 100-300°С служит электронагреватель 16, установленный в газовом канале (на фигуре не обозначен). Для доизмельчения частиц потока 13 до состояния растительной муки установлена дисковая мельница 17, расположенная непосредственно за сушильным барабаном 14. После доизмельчения частиц образуется поток 18 растительной муки, который в форме аэросмеси пневмотранспортом подается на смешивание компонентов основного потока шихты. Для смешивания компонентов основного потока шихты установлен смесительный барабан 19. Компонентами основного потока шихты являются: железорудный концентрат, связующее (1% бентонитовой глины) и порообразующие добавки, в роли которых выступают частицы растительной муки потока 18. Основной поток, потоки концентрата и связующего на фигуре не обозначены. В процессе работы окомкователя формируется зона 20, свободная от шихты, и зона 21, занятая материалом. Газовлагошихтовая струя 4 напыляет шихту потока 2 на гарнисаж в зоне 20 с образованием плотного напыленного слоя шихты 22. Для деления напыленного слоя 22 на зародыши установлены делители 23. После деления напыленного слоя шихты образуются зародыши 24, которые поступают в зону 21, где шихтой потока 3 доокомковываются до кондиционных окатышей 25.

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 24. Поток 3 влажной шихты предназначен для формирования оболочки окатышей, формируемой на поверхности зародышей. Газовлагошихтовую струю 4 формирует струйный аппарат 5. В струйный аппарат 5 шихта потока 2 загружается через патрубок 6 для подачи шихты. Порообразующие добавки загружаются в струйный аппарат 5 через патрубок 8 для подачи игольчатых частиц растительного происхождения длиной 2-5 мм. Через тракт 7 в струйный аппарат подается сжатый воздух. В качестве порообразующих добавок 9 используют игольчатые частицы, полученные измельчением частиц растительного происхождения или отходов сельскохозяйственного производства. Частицы растительного происхождения или отходы измельчаются до игольчатого состояния с длиной частиц 2-10 мм и диаметром 0,1-2,0 мм в измельчителе 10 роторного типа с молотковыми билами. После измельчения частиц их рассевают по размерам на грохоте 11 с металлическими ситами. После рассева измельченных частиц формируется поток 12 игольчатых частиц длиной 2-5 мм и поток 13 частиц с длиной более 5 мм. Для эффективного помола частиц потока 13 длиной более 5 мм их предварительно высушивают в сушильном барабане 14. В качестве сушильного агента используется поток 15 сжатого воздуха, который отбирается из тракта 7. Сжатый воздух нагревается до температуры 100-300°С с помощью электронагревателя 16, установленного перед сушильным барабаном 14 в газовом канале. Доизмельчение частиц потока 13 длиной более 5 мм до состояния растительной муки осуществляется с помощью дисковой мельницы 17, расположенной непосредственно за сушильным барабаном 14. Поток 18 растительной муки в форме аэросмеси пневмотранспортом подается на смешивание компонентов. Смешивание компонентов основного потока шихты осуществляется в смесительном барабане 19. Для формирования зародышей 24 газовлагошихтовая струя 4 напыляет шихту потока 2, содержащую растительную муку, и измельченные растительные частицы длиной 2-5 мм, подаваемые через патрубок 8, на гарнисаж в зоне 20, свободной от шихты. При этом образуется плотный напыленный слой шихты 22, в котором равномерно сосредоточены игольчатые частицы и растительная мука. Растительная мука на стадии окомкования выполняет функцию связующего, а на стадии обжига играет роль порообразующей добавки и источника внутреннего тепловыделения. Напыленный слой 22 делится делителями 23, после чего образующиеся зародыши 24 поступают в зону 21, занятую материалом, куда подается шихта поток 3, где происходит доокомкование зародышей до кондиционных сырых окатышей 25. После этого сырые окатыши подвергаются термообработке (сушке и обжигу) и восстановлению. Агрегаты для термообработки и восстановления на чертеже не показаны.

Пример. Отработку способа получения окатышей проводили на комплексной лабораторной установке, содержащей тарельчатый окомкователь диаметром 0,62 м, печи обжига и восстановления. Технология напыления шихты, содержащей растительную муку и измельченные растительные частицы длиной 2-5 мм, подаваемые через патрубок струйного аппарата, была организована согласно технологической схеме, представленной на чертеже. Для получения игольчатых растительных частиц использовали обмолоченные стебли зерновых культур (пшеницы, ржи). Их измельчали в лабораторном измельчителе до размеров 2-10 мм. После измельчения частицы рассевали на металлических ситах с ячейкой диаметром 1 мм и длиной 5 мм. После рассева формировали два потока частиц: первый (подрешетчатый) имел частицы длиной 2-5 мм, а второй (надрешетчатый) состоял из частиц длиной более 5 мм (от +5 мм до 10 мм). Второй поток частиц длиной более 5 мм сушили в сушильном барабане диаметром 100 мм и длиной 1000 мм потоком сжатого воздуха, нагреваемого до температуры 100-300°С спиральным электронагревателем мощностью 2 КВт. После сушки потока частиц длиной более 5 мм их доизмельчали в лабораторной мельнице типа ЛМТ до состояния растительной муки. После этого формировали основной поток шихты, содержащий железорудный концентрат, связующее (1% бентонитовой глины) и порообразующие добавки, в роли которых выступала растительная мука. После этого в рабочее пространство окомкователя загружали 10 кг влажной шихты основного потока. Шихту загружали двумя потоками. Масса шихты первого потока составляла 3 кг, а масса шихты второго потока 7 кг. В струйный аппарат одновременно подавали шихту, игольчатые частицы растительного происхождения длиной 2-5 мм и сжатый воздух. Образующийся напыленный слой делили делителями и получали зародыши, размером 8-10 мм. Зародыши, содержащие порообразующие частицы растительного происхождения, поступали в зону, занятую шихтой второго потока, где их доокомовывали до кондиционных окатышей размером 15-16 мм, по массе которых вычисляли выход годного. Прочность окатышей измеряли на гидравлическом прессе. Затем окатыши сушили и обжигали в электрической печи СУОЛ, после чего в этой же печи осуществляли восстановление окатышей при температуре 850°С смесью газов восстановителей (90% СО и 10% Н₂). После термообработки определяли степень восстановления окатышей. В экспериментах определяли влияние размеров игольчатых частиц растительного происхождения, соотношения массы частиц и массы растительной муки, температуры сушки частиц перед их доизмельчением до состояния растительной муки на прочность сырых окатышей, выход годного и на степень восстановления окатышей. Результаты экспериментов представлены в таблице.

Как видно из полученных данных, способ получения окатышей, основанный на использовании в качестве порообразующих добавок игольчатых частиц, в котором из их общей массы отделяют частицы длиной более 5 мм, высушивают их нагретым до температуры 100-300°С газом, затем доизмельчают до состояния растительной муки и вводят в основной поток шихты с помощью вышеуказанного газа, позволяет повысить прочность окатышей на 1,7-18,1% (отн.) выход годного на 4,3-12,3 (абс.) и степень восстановления окатышей на 0,3-2,3% (абс.).