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 недостаточное количество открытых пор в структуре окатышей и низкая степень восстановления окатышей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения окатышей, включающий формирование гарни-сажа 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, предварительно вымоченные в сульфитдрожжевой бражке (СДБ) в течение 1-3 часов при температуре 30-90°С, 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, восстановление (RU №2634524 С22В 1/24, опубл. 31.10.2017).

Недостатком известного способа получения окатышей является малое количество открытых пор в структуре окатышей и низкая степень восстановления окатышей, содержащих игольчатые частицы растительного происхождения. В металлургии используются более эффективные углеродсодержащие материалы, у которых более высокая восстановительная способность, но они находятся в мелкодисперсном сыпучем состоянии, при котором они не способны сформировать открытую пористость у сырых окатышей. Создание из углеродсодержащих материалов, в частности, из угольной мелочи трубчатой структуры, подобной игольчатым частицам, позволяет использовать преимущества игольчатых частиц в формировании открытой пористости и повышении восстановимости окатышей. Трубчатую структуру частицам угля способна придать поверхность игольчатых частиц, смоченная СДБ, которая является своеобразной арматурой и на которой способны концентрироваться частицы угля. Такая структурная комбинация игольчатых частиц и угольной мелочи повышает количество открытых пор в структуре окатышей и степень восстановления окатышей.

Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в повышении количества открытых пор в структуре окатышей и степени восстановления 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 до игольчатого состояния частицы растительного происхождения, предварительно вымоченные в сульфитдрожжевой бражке в течение 0,1-3,0 часов при температуре 30-90°С, 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, восстановление, согласно изобретению, после вымачивания частиц в сульфитдрожжевой бражке на их поверхности формируют оболочку из угольной мелочи путем перемешивания указанных компонентов в барабанном смесителе, причем размер частиц угольной мелочи не превышает 0,5 мм, а ее количество составляет 5-25% от массы частиц растительного происхождения.

Технический результат, получаемый при использовании изобретения, заключается в следующем. Сырые окатыши на стадии окомкования получают по двухстадийной технологии. На первой стадии принудительного зародышеобразования формируются зародыши с повышенной пористостью, которые получают напылением влажной шихты и порообразующих добавок, в качестве которых используют измельченные до игольчатого состояния частицы растительного происхождения, предварительно вымоченные в сульфитдрожжевой бражке (СДБ). На второй стадии производства окатышей, на поверхности зародышей формируется шихтовая оболочка известным способом переката. Для того, чтобы повысить количество открытых пор и степень восстановления окатышей, после вымачивания игольчатых частиц в СДБ на их поверхности формируют оболочку из угольной мелочи путем механического перемешивания указанных компонентов в барабанном смесителе. В процессе перемешивания увлажненных СДБ растительных частиц и угольной мелочи на поверхности частиц формируется трубчатая оболочка из угольных частиц, которая вместе с игольчатыми частицами участвует в формировании открытой пористости. Открытая пористость позволяет существенно интенсифицировать физико-химические процессы в зародышевой части окатышей и, в частности, процесс восстановления. Угольная мелочь, прилипшая к игольчатым частицам за счет СДБ, усиливает шероховатость и степень развитости поверхности игольчатых частиц. При перемешивании она смачивается СДБ и после напыления формирует повышенную устойчивость в структуре зародышей. При формировании окатышей устраняется отслоение, трешинообразование, повышается прочность и выход годного.

Применение угольной мелочи в технике хорошо известно. Однако формирование из угольной мелочи трубчатой структуры на поверхности игольчатых частиц растительного происхождения и создание многослойного порообразующего материала в форме игольчатых частиц растительного происхождения, на поверхности которых интегрированы угольные частицы с помощью СДБ, предложено впервые в технике подготовки сырья к металлургическому переделу.

Для получения необходимого технического результаты следует использовать угольную мелочь с размером частиц, не превышающим 0,5 мм, а ее количество должно составлять 5-25% от массы частиц растительного происхождения. Если для формирования оболочки из угольной мелочи путем механического перемешивания использовать частицы угольной мелочи с размером, превышающим 0,5 мм, то в этом случае ослабляются контакты между шихтой и частицами угля, находящимися на поверхности растительных частиц и прочность окатышей снижается. Отслоившиеся частицы угля будут формировать закрытые поры, что противоречит задаче изобретения. Если количество угольной мелочи будет составлять менее 5% от массы частиц растительного происхождения, то такого количества материала не будет хватать для формирования трубчатой оболочки на поверхности игольчатых частиц, что противоречит задаче изобретения. Если количество угольной мелочи будет составлять более 25% от массы частиц растительного происхождения, то такого количества угольной мелочи будет в избытке для формирования оболочки, и она не будет связана СДБ, в результате прочность зародышей снизится, а свободные частицы угля, не связанные СДБ, будут формировать закрытые поры, что противоречит задаче изобретения.

За счет отличительных от прототипа признаков заявленный способ получения окатышей имеет новые свойства: формирование трубчатой структуры угольной мелочи; усиление контактной шероховатости и развитости поверхности растительных частиц; устранение отслаивания частиц шихты и трещинообразования зародышей; существенное повышение количества открытых пор и степени восстановления.

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 подачи игольчатых частиц растительного происхождения. Для получения игольчатых частиц установлен измельчитель 9 барабанного типа. Для вымачивания игольчатых частиц в СДБ установлен бункер 10. СДБ подается в бункер 10 через патрубок 11. Для подогрева СДБ в бункере 10 до температуры 30-90°С установлен трубчатый электронагреватель 12. Для формирования на поверхности игольчатых частиц, вымоченных в СДБ, слоя угольной мелочи устройство дополнительно снабжено трактом 13 для подачи угля и получения угольной мелочи. Тракт содержит бункер 14 для накапливания кускового угля. Для размола угля и получения угольной мелочи на тракте 13 установлен дисковый измельчитель 15. Для отделения угольной мелочи размером менее 0,5 мм от измельченного потока угольной мелочи после измельчителя 15 устройство снабжено ситовым классификатором 16. Для дозированной подачи угольной мелочи размером менее 0,5 мм после классификатора 16 на угольном тракте 13 установлен дозатор 17. Угольная мелочь размером более 0,5 мм после классификатора 16 поступает на повторное доизмельчение по каналу 18. Для формирования на поверхности игольчатых частиц, вымоченных в СДБ, слоя угольной мелочи установлен смеситель 19 барабанного типа, в котором расположен канал 20 для подачи угольной мелочи размером менее 0,5 мм. Смеситель снабжен приводом (на чертеже не обозначен). Для подачи игольчатых частиц из бункера 10 в смеситель 19 служит шнековый питатель 21. В процессе работы окомкователя формируется зона 22, свободная от шихты, и зона 23, занятая материалом. Воздушношихтовая струя напыляет шихту потока 2 на гарнисаж в зоне 22 с образованием плотного напыленного слоя шихты 24. Напыленный слой делится на зародыши делителями 25. После деления напыленного слоя образуются зародыши 26, которые поступают в зону 23 и шихтой потока 3 доокомковываются до кондиционных окатышей 27. Для получения игольчатых частиц используются высушенные стебли 28 растительного происхождения (сено, солома, стебли травяного покрова, обмолоченные стебли зерновых и злаковых структур и др.).

Способ получения окатышей 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. Он подается в струйный аппарат 5 по отдельному патрубку 6. Струйный аппарат содержит тракт 7 подачи сжатого воздуха. Одновременно в струйный аппарат по патрубку 8 подаются измельченные игольчатые частицы растительного происхождения. Сырьем для получения игольчатых частиц растительного происхождения являются высушенные стебли 28 растительного происхождения (сено, солома, стебли травяного покрова, обмолоченные стебли зерновых и злаковых структур и др.), которые поступают в измельчитель 9, установленный на крышке бункера 10. В измельчителе растительное сырье измельчается до игольчатого состояния с длиной частиц 2-10 мм и диаметром 0,1-2,0 мм. После измельчения игольчатые частицы поступают в нижнюю часть бункера 10. Одновременно в бункер 10 через патрубок 11 подается СДБ, где происходит вымачивание игольчатых частиц в течение 0,1-3,0 часов при температуре 30-90°С. Подогрев СДБ в бункере до температуры 30-90°С осуществляется трубчатым электронагревателем 12. Для формирования на поверхности игольчатых частиц, вымоченных в СДБ, слоя угольной мелочи устройство дополнительно снабжено трактом 13 для подачи угля и получения угольной мелочи. Для получения угольной мелочи в бункер 14 загружается кусковый уголь, который затем поступает в дисковый измельчитель 15, где измельчается до угольной мелочи. Отделение угольной мелочи размером менее 0,5 мм от измельченного потока мелочи происходит в ситовом классификаторе 16. Дозированная подача угольной мелочи размером менее 0,5 мм осуществляется дозатором 17. Угольная мелочь размером более 0,5 мм после классификатора 16 поступает на повторное доизмельчение по каналу 18 с помощью пневмотранспорта (на чертеже не указан). Формирование на поверхности игольчатых частиц, вымоченных в СДБ, слоя угольной мелочи происходит в смесителе 19 барабанного типа. Подача угольной мелочи размером менее 0,5 мм в смеситель 19 осуществляется по каналу 20. Смеситель снабжен приводом (на чертеже не обозначен). Подачу игольчатых частиц из бункера 10 в смеситель 19 выполняют шнековым питателем 21. Частицы растительного происхождения, вымоченные СДБ, на поверхности которых сформирована трубчатая оболочка из угольной мелочи, из смесителя 19 поступают самотеком в струйный аппарат 5 по патрубку 8. Газовлагошихтовая струя 4 напыляет шихту потока 2, содержащую растительные частицы, вымоченные в СДБ, на поверхности которых сформирована оболочка из угольной мелочи, на гарнисаж в зоне 22, свободной от шихты. При этом образуется плотный напыленный слой 24, в котором равномерно рассредоточены игольчатые частицы. Напыленный слой делится делителями 25, после чего образуются зародыши 26, содержащие игольчатые частицы растительного происхождения. Зародыши поступают в зону 23, занятую материалом, куда подается шихта потока 3 и одновременно происходит доокомкование зародышей до кондиционных окатышей 27. После этого сырые окатыши подвергаются термообработке (сушке и обжигу). Агрегаты для термообработки на чертеже не показаны.

Пример. Отработку способа получения окатышей проводили на комплексной лабораторной установке, содержащей тарельчатый окомкователь диаметром 0,62 м, печи сушки, обжига и восстановления. Технология напыления шихты, содержащей предварительно вымоченные в СДБ в течение 3,0 часов при температуре 90°С, растительные игольчатые частицы, была организована согласно технологической схеме, представленной на фигуре. В рабочее пространство окомкователя загружали 10 кг влажной шихты, содержащей железорудный концентрат Тейского месторождения и 1% бентонита. Шихту загружали двумя потоками по 5 кг в каждом потоке. Для получения игольчатых растительных частиц использовали обмолоченные стебли зерновых культур (пшеницы, ржи). Их измельчали в лабораторном измельчителе, после чего вымачивали в СДБ. Угольную мелочь получали из каменного угля Ерунаковского месторождения (г. Новокузнецк). Его дробили на лабораторной щековой дробилке и доизмельчали на дисковом измельчителе. Мелочь размером менее 0,5 мм отделяли на лабораторных механических ситах Ротап. Смешивание растительных частиц, вымоченных СДБ, с угольной мелочью выполняли на лабораторном барабанном смесителе диам. 300 мм. Количество частиц растительного происхождения в смеси составляло 0,2 кг, угольной мелочи 0,05 кг. После смешивания в струйный аппарат одновременно подавали шихту первого потока, игольчатые частицы растительного происхождения и сжатый воздух. Воздушношихтовую струю ориентировали в зону окомкователя, свободную от материалов. Образующийся напыленный слой шихты на гарнисаже окомкователя делили и получали зародыши, размером 8-10 мм. Зародыши, содержащие игольчатые частицы растительного происхождения, поступали в зону окомкователя, занятую шихтой второго потока, где их доокомковывали до кондиционных окатышей размером 15-16 мм. Прочность окатышей измеряли, выход кондиционных сырых окатышей рассчитывали. Затем окатыши сушили и обжигали в электрической печи СУОЛ. Количество открытых пор в структуре окатышей определяли стандартным методом (ГОСТ 25732-88 в комплексе с ГОСТ 266136-84). После термообработки проводили восстановление окатышей при температуре 850°С смесью восстановительных газов (25% СО и 75% Н₂) и определяли степень восстановления окатышей. Результаты экспериментов представлены в таблице.

Как видно из полученных данных, способ получения окатышей, основанный на использовании игольчатых частиц растительного происхождения, предварительно вымоченных в СДБ, с оболочкой из угольной мелочи позволяет повысить количество открытых пор в структуре окатышей на 2,8-6,6% (отн.) и степень восстановления окатышей на 1,3-5,1% (абс).