Смешивание и окомкование шихт…………………………………………...……………35

Подготовка агломерационной шихты к спеканию………………………………………..…4 3.Производство окатышей…………………………………………………………………..…..6

Производство металлургических брикетов……………………………………………...….13

Технология брикетирования……………………………………………………………..…..19 6.Удаление серы и других примесей………………………………………………….………22

Разложение гидратных и карбонатных соединении…………..……………………………24

Горение топлива в агломерируемом слое………………………………………...………..27

Теоретические основы процессов окускования железорудных материалов……………………………………………………………………………………....34

Смешивание и окомкование шихт…………………………………………...……………35

11.Окомкование шихт……………………………………………………………………...…..37

1.Агломерация (англ. Sintering, agglomeration, укр. Агломерація)

- термический процесс окускования мелких материалов (руды, рудных концентратов, содержащих металлы отходов и др.) — составных частей металлургической шихты путем их спекания с целью придания формы и свойств, необходимых для последующей плавки.

Спекание - непосредственной слипание отдельных нагретых частиц шихты при поверхностном их размягчении либо в результате образования легкоплавких соединений, связывающих частицы при остывании агломерата. Тепло для спекания возникает от горения углеродистого топлива, добавляемого в количестве 6-7 мас. % к аглошихте, либо от окисления сульфидов, если агломерации подвергаются сернистые рудные концентраты.

Основными исходными материалами для агломерации являются: мелкая сырая руда (8-10 мм) и ее концентрат, а также топливо (коксовая и антрацитовая мелочь до 3 мм), флюс (известняк и доломит до 3 мм), в отд. случаях - мелкие отходы (колошниковая пыль, окалина и др.). Агломерацию чаще ведут на колосниковых решетках с просасыванием воздуха сверху вниз сквозь шихту на решетке при последовательном горении топлива в ее слоях. Для устойчивого процесса горения и получения качественного агломерата шихта должна быть максимально однородной и газопроницаемой. Более 95 % агломерата используется в черной металлургии для плавки в ферросплавных и доменных печах. В цветной металлургии агломерат применяется в А1-, Ni-, Pb-производствах. Впервые промышленное производство железорудного агломерата было освоено в начале XX в. (США).

Существуют различные варианты реализации процесса агломерации:

агломерация на комбинированном топливе [sintering with combined fuel] — с дополнительным обогревом спекаемого слоя нагретым воздухом или пламенем газовых горелок, установленных на первой трети длины аглоленты непосредственно за зажигательным горном (разработана В. Шумахером в 1916 г., Германия). Улучшается качество верхней части пирога агломерата. Возможна замена части дефицитной коксовой мелочи дешевым газовым топливом;

агломерация под давлением [pressure sintering] — агломерация с подачей сжатого воздуха сверху к спекаемому слою (предложена В. В. Лизуновым в 1929 г.). Резкое увеличение скорости фильтрации воздуха позволяет интенсифицировать горение твердого топлива и теплопередачу, повышая производительность аглоустановки в 8-10 раз. Обеспечивается возможность спекания слоев шихты высотой до 1,5 м. Процесс отработан в лабораторных условиях: существует несколько проектов конвейерных и карусельных машин для спекания под давлением. Недостатком метода являются высокие энергетические затраты на сжатие подаваемого к аглоустановке дутья;

агломерация с пульсирующим вакуумом [pulsatile vacuum sintering] - агломерация с ритмическим изменением вакуума для турбулизации движения газового потока в спекаемом слое (предложена А. Харитоновым в 1967 г.). В горловине вакуумкамеры устанавливают вращающиеся «мотыльки», изменяющие сечения прохода газов с частотой 1,5-4 Гц. Производительность установки увеличивается на 8-10 %, объем вредных выбросов снижается на 30 %;

двухзонная агломерация [two-zone sintering] - технология агломерации руд, предложенная А. П. Николаевым (1929 г.), заключающаяся в укладке на колосниковую решетку слоя шихты и его зажигании газовой горелкой, затем в укладке верхнего слоя шихты и его зажигании, что позволяет осуществить одновременное движение двух зон горения твердого топлива и увеличить производительность установки. В действительности, нижяя зона горения, получая сверху газы, содержащие лишь 3— 4 % О₂, гаснет из-за нехватки кислорода. Дополнительное обогащение воздуха кислородом до > 40% О₂, предложенное Е. Ф. Вегманом (1968 г.), увеличивает производительность установки в 3—3,5 раза;

кислородная агломерация [oxygen sintering] — агломерация с подачей к спекаемому слою обогащенного кислородом воздуха. Первые опыты проведены Е. Войсом и Р. Уайддом в 1952 г. (Англия). Применение кислорода вместо воздуха при однозонном спекании увеличивает производительность аглоустановки в два раза, а при двухзонном — в 3—3,5 раза.

Агломерацией называется процесс окускования материалов спеканием их за счет сжигания топлива в самом материале или подвода теплоты со стороны. Наибольшее распространение агломерация получила для спекания руд черных и цветных металлов, хотя принципиально она применима и для тепловой обработки многих других материалов. Главную роль играет метод агломерации просасыванием, при котором горение топлива в слое спекаемого материала осуществляется за счет непрерывно просасываемого воздуха.
Процесс агломерации, изобретенный в 1887 г. англичанами Ф. Геберлейном и Т. Хантингтоном, первоначально использовался в цветной металлургии для обжига и окускования сульфидных руд, сера которых служила топливом для процесса спекания.
Агломерация методом просасывания в настоящее время является основным методом окускования металлургического сырья. Широкое промышленное применение агломерация получила после появления ленточных, или конвейерных, агломерационных машин в 1911 г. Только такой агрегат непрерывного действия мог обеспечить производительность, необходимую для доменного производства. В настоящее время агломерация на ленточных машинах достигла очень высокого уровня и стала обязательной операцией подготовки рудных материалов к доменной плавке. Многие годы агломерация была практически единственной технологией окускования, но после появления и развития производства окатышей доля агломерата среди продуктов окускования снизилась и сейчас составляет 60–70%.
2.Подготовка агломерационной шихты к спеканию
Технологический процесс получения агломерата начинается с подготовки агломерационной шихты к спеканию. Подготовку шихты можно разделить на следующие операции: усреднение шихтовых материалов, дозирование отдельных компонентов в заданном соотношении, смешивание и окомкование шихты.
Усреднение шихтовых материалов производится обычными методами на рудном дворе доменного цеха, складах концентрата обогатительных фабрик, в бункерах аглофабрик и т.д.
Стремление уменьшить количество компонентов агломерационной шихты и ограниченная площадь рудного двора заставляют складировать не отдельно руду, концентрат и т.д., а закладывать в один штабель руду вместе с концентратом и в шихтовые бункера агломерационной фабрики направлять уже готовую усредненную рудоконцентратную смесь. Часто концентрат и рудоконцентратную смесь смешивают с известью на рудном дворе, что интенсифицирует процесс спекания и, кроме того, придает влажному концентрату сыпучесть, облегчает его транспортировку. Однако это не всегда дает возможность получить агломерат стабильного качества, поэтому ставится вопрос о необходимости усреднять дозированную агломерационную шихту перед спеканием на специальных складах.
Подготовка материалов по крупности. Компоненты агломерационной шихты поступают на агломерационную фабрику в кусках различной крупности. Подготовка материалов по крупности сводится, прежде всего, к уменьшению размеров кусков. Для таких материалов, как железорудный концентрат, колошниковая пыль, марганцевая руда, окалина и других, не требуются дробление и измельчение, т.к. размер их частиц не превышает 2 мм. В то же время руды с частицами крупнее 10 мм спекаются плохо и образуют легко разрушающийся агломерат. На современных агломерационных фабриках руду обычно не сортируют, так как дробильно-сортировочные фабрики горнодобывающих предприятий поставляют отсортированную агломерационную руду с верхним пределом крупности 8–12 мм.
В качестве топлива в агломерационном процессе используются кокс, отделяемый от металлургического крупнокускового кокса непосредственно на коксохимическом заводе или в доменном цехе металлургического завода. На агломерационные фабрики поступает кокс крупностью 0– 20 или 0–40 мм, его дробят на четырехвалковых дробилках до крупности 0–3 мм.
Известняк должен реагировать с рудными материалами, поэтому, чем он мельче, тем более однородным получается агломерат. По техническим условиям дробления верхний предел крупности частиц известняка составляет всего 2–3 мм. Известняк на аглофабриках в большинстве случаев дробят в молотковых дробилках, имеющих сравнительно высокую производительность и выдающих материал с крупностью частиц 0–3 мм. Реже применяются стержневые мельницы, которые дробят материал до фракции крупностью 0,5–0 мм; производительность их невысокая. В некоторых случаях известняк-ракушечник дробят на месте добычи и поставляют на аглорабрики дробленым.
Возврат также подвергается подготовке. В практике агломерационного производства в нашей стране возвратом считается смесь мелкого агломерата и частично неспекшейся шихты с крупностью частиц 0–15 мм, из которой фракцию 10–15 мм используют как постель, а фракцию 0–10 мм возвращают в шихту.
Роль возврата состоит в том, что он разрыхляет шихту, повышает ее газопроницаемость и улучшает условия спекания.
Дозирование компонентов шихты определяет состав агломерата и его стабильность. Наиболее высокая точность необходима при дозировании топлива и известняка, так как от содержания этих компонентов зависят тепловой уровень процесса и основность агломерата.
Для дозированной выдачи материала из бункера применяют специальные устройства – дозаторы, из которых наиболее распространены тарельчатые и ленточные. Первые выдают материал по объему, а вторые – по массе. Использование электровибрационного питателя позволяет регулировать выдачу материала. На этой основе создаются системы автоматического дозирования, обеспечивающие повышение точности и стабильности состава агломерата.
Смешивание шихты является важной операцией, обеспечивающей однородность состава агломерата. Выданные из шихтовых бункеров материалы попадают на движущуюся ленту конвейера и располагаются на ней отдельными слоями. Их необходимо перемешать до максимальной степени «равномерности, иначе спекание будет невозможным. Это происходит при перегрузках и пересыпании шихты в течках и при смешивании в специальных барабанах.
Наиболее целесообразным является двухстадийное смешивание. Собственно смешивание осуществляется, главным образом, на первой стадии, здесь же производится частичное увлажнение шихты. На второй стадии происходит окомкование шихты и доведение ее влажности до оптимальной. Это подразделение является условным, так как полностью разделить операции смешивания, увлажнения и окомкования невозможно.
Эффективность смешивания зависит от влажности и крупности частиц компонентов, диаметра и скорости вращения барабана, степени заполнения его материалами, от продолжительности пребывания материала в барабане. Наиболее эффективно смешиваются мелкие и сухие материалы, однако из-за выделения пыли на аглофабриках все материалы обычно увлажняются. Хорошее смешивание обеспечивается при таком числе оборотов барабана, при котором создается так называемый водопадный режим. Он образуется при окружной скорости около 2 м/с или за счет установки полок по образующей барабана. Для эффективного смешивания необходимо, чтобы материал заполнял 20–30% объема барабана. Увеличение длительности пребывания шихты в барабане повышает показатель однородности, но снижает его производительность. Это время зависит от угла наклона барабана к горизонтали и других параметров и обычно равно 3–5 мин.