Содержание к диссертации
Введение
1 Аналитический обзор. Состояние и перспективы прямого получения железа. Особенности состава и свойств окатышей из титаномагнетитов 5
1.1 .Экономическая ситуация на рынке металлизованного продукта 5
1.2,Оновные требования к качеству сырья для процессов прямого получения железа 10
1.3 . Оновные технологии прямого получения железа 16
1.3.1. Технологии с использованием газообразного восстановителя.. 21
1.3.2.Технологии с использованием твердого топлива 24
1.4.Оценка технологических схем производства ванадийсодержащих сталей и сплавов 30
1.5.Краткий анализ результатов промышленных испытаний окатышей Качканарского ГОКа в шахтной печи «Midrex» (ОЭМК) 36
1.6-Выводы и постановка задач исследования 39
2. Разработка режима термообработки окатышей, предназначенных для металлизации в шахтных печах. Получение опытных проб окатышей и определение их качественных показателей 40
2.1.Выбор оптимальных условий сушки окатышей 40
2.2.Определение параметров процессов окисления 41
2.3.Влияние минералогического состава шихты на технологические параметры обжига 48
2.4.Процесс упрочнения окатышей 49
2.5. Исследование влияния высоты слоя (Нс) на качественные показатели обожженных окатышей 51
2.6. Разработка технологической режимной карты окислительного обжига неофлюсованных окатышей для обжиговой машины № 3... 55
2.7.Качественные показатели и минералогический анализ опытных окатышей 56
2.8.Выводы по главе 2 59
3. Исследование процессов металлизации окатышей из дообогащепного концентрата ОАО «Качканарский ГОК. Ванадий» 61
3.1 .Тестовые испытания опытных окатышей при металлизации по технологии HYL-III 61
3.1.1.Методика проведения испытаний 61
3.1.2.Результаты испытаний опытных окатышей 63
3.2.Проведение полупромышленных испытаний опытных окатышей Качканарского ГОКа в шахтной печи Midrex 65
3.2.1. Методика проведения испытаний 65
3.2.2. Результаты испытаний опытных окатышей и их анализ
3.3. Проведение исследований процессов металлизации при использовании твердого топлива 71
3.3.1.Методика проведения исследований 71
3.3.2.Результаты опытов по упрочнению окатышей в «аглочаше»... 74
3.3.3.Результаты опытов по восстановлению во вращающейся печи 11
ЗАВыводы по главе 3 81
4 Расчет материального и теплового баланса восстановительного обжига окатышей из качканарского концентрата во вращающейся печи 84
4.1 .Исходные данные для расчетов 84
4.2.Расчет горения природного газа 85
4.3.Расчет материального баланса процессов обжига во вращающейся печи 85
4.4.Составление теплового баланса и определение расхода топлива во вращающейся печи 88
4.5.Расчет параметров движения окатышей во вращающейся печи— 93
4.6.Расчет теплообмена во вращающейся печи 94
4.7. Параметры восстановительного обжига окатышей во вращающейся печи 97
4.8.Выводы по главе 4 4. 98
5 Разработка технологических схем прямого получения железа из качканарских титаномагнетитов 99
5.1 .Общие принципы выбора технологии -. 99
5.1.1. Систематизация процессов производства железа прямого получения 100
5.1.2.Вид получаемого полупродукта для производства стали ." 100
5.1.3.Вид используемого восстановителя 107
5.1.4.Промышленная освоенность процесса 108
5.1.5.Единичная мощность агрегата 109
5.1.6.Проблема максимального извлечения ванадия 1 10
5.2.Сопоставление удельных капитальных и производственных затрат на производство железа 110
5.3.Составление материальных балансов и схем цепей аппаратов для производства железа прямого получения 113
5.4.Выводы по главе 5 119
6 Заключение 120
7 Список использованной литературы
- Оновные технологии прямого получения железа
- Исследование влияния высоты слоя (Нс) на качественные показатели обожженных окатышей
- Проведение исследований процессов металлизации при использовании твердого топлива
- Параметры восстановительного обжига окатышей во вращающейся печи
Введение к работе
з Актуальность работы. Устойчивая тенденция увеличения производства
высококачественной стали в электропечах и, соответственно, возрастание
дефицита металлического лома требует вовлечения в производство его
заменителей - железа прямого получения. Металлизация качканарских
концентратов особенно перспективна в связи с содержанием в них ванадия,
степень извлечения которого при внедоменной переработке почти в два раза
выше, чем по схеме «доменная печь-конвертер». Использование в электропечах
металлизованного продукта из базовых концентратов не столь эффективно
вследствие низкого содержания железа. Решением этой проблемы является
использование дообогащенного концентрата, однако при этом принципиально
меняется состав пустой породы и закономерости минералообразования. Вместе с
тем использование металлизованных концентратов также перспективно и в
доменном переделе в связи с возможностью снижения расхода кокса на 5-7% на
каждые 10% степени металлизации шихты в пределах до 0-50%. Основываясь на
этом, можно надежно прогнозировать высокий спрос на металлизованный
продукт из ванадийсодержащих качканарских титаномагнетитов. Поэтому
разработка научных основ и технических решений подготовки и металлизации
окисленных окатышей из дообогащенных концентратов КачГОК является весьма
актуальной задачей.
Целью диссертационной работы является проведение комплекса
технологичекских и технико-экономических исследований и разработка на этой
основе вариантов оптимальных технологий переработки качканарских
титаномагнетитов, использующих как газовые восстановители, так и твердое
топливо. Задачами исследования являются:
Выявление особенностей формирования качественных показателей обожженных окатышей из дообогащеных (Fe>65%) титаномагнетитовых концентратов КачГОКа.
Разработка режима термообработки окатышей на существующих обжиговых машинах ОК-228
Исследование процессов металлизации окатышей из дообогащеных титаномагнетитовых концентратов КачГОКа с использованием различных типов восстановителей.
Разработка и обоснование вариантов технологических схем переработки качканарских титаномагнетитов с получением ванадийсодержащего продукта.
Научная новизна.
На основе комплекса теплотехнических и технологических исследований и расчетов определены основные требования к режимам термообработки окатышей из дообогащенных концентратов для последующей термообработки в шахтных печах. На этой основе разработана режимная карта для обжиговой машины ОК-228.
Впервые установлены закономерности формирования структуры и металлургических свойств обожженных окатышей из дообогащенных титаномагнетитовых концентратов КачГОКа с содержанием железа FeO>65% и диоксида кремния Si02
Установлены закономерности металлизации окатышей КачГОК при восстановлении продуктами конверсии природного газа. При этом выявлено, что преимущества металлургических свойств окатышей из дообогащенного концентрата в большей степени проявляются при использовании технологии HYL-III по сравнению с технологией Midrex.
Развиты модельные представления металлизации окатышей КачГОК при использовании твердого топлива как в составе шихты для окомкования, так и при его подаче в восстановительный агрегат.
Проведен технико-экономический анализ процессов получения металлизованного продукта, как при использовании газового восстановителя, так и твердого топлива. На этой основе разработаны подходы к выбору оптимальных технологий переработки титаномагнетитов в условиях ОАО «Качканарский ГОК. Ванадий».
Практическая значимость работы.
Показана и подтверждена в ходе лабораторных и полупромышленных испытаний возможность прямого получения железа из дообогащенных титаномагнетитовых концентратов при использовании различных типов восстановителей.
1. Разработаны и обоснованы варианты технологических схем переработки качканарских титаномагнетитов с получением ванадийсодержащего продукта.
Автор защищает:
Результаты лабораторных исследований и полупромышленных испытаний технологий прямого получения железа из дообогащенных титаномагнетитовых концентратов с использованием, как продуктов конверсии природного газа, так и твердого топлива.
Технологию производства окисленных окатышей из дообогащенных концентратов на обжиговых машинах ОАО «Качканарский ГОК.Ванадий» для последующей металлизации.
Варианты технологических схем производства сырья и прямого получения железа из титаномагнетитовых руд.
Апробация работы: Материалы диссертации обсуждены на международной научно-практической конференции «Творческое наследие Б.И.Китаева» 11-14 февраля 2009 г. УГТУ-УПИ г.Екатеринбург.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, включая патенты на изобретения.
Структура и объем диссертации.
Оновные технологии прямого получения железа
Требования к металлургическим свойствам окатышей определяются высокой эффективностью работы агрегатов, предназначенных для их последующего передела. Вне зависимости от технологии этого передела, будь то доменная плавка, или прямое получение железа, общим для них является восстановительный процесс, при котором кристаллы гематита последовательно превращаются в магнетит, вюстит и железо. Кристаллохимические особенности этих фазовых превращений достаточно хорошо описаны авторами [21, 22], которые показали, что происходящие при восстановительном процессе кристаллохимические превращения и сопровождающее их напряженное состояние в значительной степени определяют поведение окатышей при восстановлении. В частности, показано, что прочность окатышей и их восстановимость являются альтернативными понятиями, а явления разупрочнения, разбухания и разрушения возникают вследствие трещинообразования, увеличивающего размеры реакционной поверхности, то есть восстановимости. Таким образом, в зависимости от специфических условий получения металла, технологи принимают компромиссное решение между восстановимостыо и прочностью [23-30].
Другим общим требованием к окатышам, независимо от технологии дальнейшего использования, является стабильность гранулометрического состава в узком интервале крупности [31-34]. При этом достигается хорошая газопроницаемость слоя шихты, однако все известные модели восстановительного процесса не учитывают возможные изменения грапсостава, возникающие за счет разрушения окатышей при восстановлении.
Отличие условий восстановления окатышей в доменной печи и в установках прямого восстановления состоит как в температурном режиме, так и в последовательности фазовых превращений. Так, если в доменной печи восстановительный потенциал обеспечивает разделенную во времени и пространстве последовательность превращений Fe203 — Те30,і— FeO— Fe, то в установках прямого получения железа, таких как HYL или Midrex, все эти стадии совмещены во времени в объеме одного окатыша. Это благоприятное, с позиции хрупкого низкотемпературного разрушения, обстоятельство накладывает жесткие требования к восстановимости окатышей.
В доменной печи, где действуют значительно большие механические нагрузки, требование максимальной прочности является приоритетным [35]. Рассмотрим основные точки зрения на требуемое качество окатышей, предназначенных для хметаллизации.
Отечественные методики оценки свойств железорудных материалов в процессе восстановительно-тепловой обработки отличаются от зарубежных тем, что нагрев материала в процессе испытания производится по режиму, близкому по своему характеру к режиму нагрева материала в доменной печи, то есть неизотермическое восстановление. Во всех зарубежных методиках используют изотермическое восстановление. Из многих факторов, влияющих на результаты испытаний, характер нагрева материала, то есть вид кривой "температура- время", является одним из наиболее важных [36].
Таким образом, при современном уровне развития методов испытания достаточно полную оценку металлургических свойств окатышей па всех стадиях (производство, транспортировка, металлизация) можно получить путем определения комплекса показателей.
На основании анализа и обобщения сведений о производстве окатышей на разных фабриках, условий их хранения и транспортировки от производителя к потребителю были разработаны величины показателей комплекса металлургических свойств окатышей [37-39], максимально отвечающие требованиям последующего передела.
Предложенная оценка восстановимости железорудных материалов не вполне объективна. Как показано в работах [40, 41], для объективной оценки восстановимости железорудных материалов необходимо проводить испытания по восстановлению материалов в режиме нагрева и восстановления того промышленного агрегата, в котором используется испытуемый железорудный материал.
Определение величин показателей металлургических свойств окатышей, максимально отвечающих требованиям доменной плавки позволяет целенаправленно воздействовать на элементы технологии производства окатышей с целью улучшения того или иного показателя. Следует отметить, что некоторые показатели из комплекса металлургических свойств находятся во взаимном противоречии. Природа железорудного материала такова, что чем больше его восстановимость, тем сильнее он разрушается в процессе, восстановления. Это зависит от природы и физико-химических свойств минеральных фаз, составляющих структуру железорудного материала. Таким образом, оптимизация структуры и состава связки окатышей приобретаем приоритетное значение в формировании их металлургических свойств.
В работе [42] авторы предложили .оценку качества железорудных окатышей производить обобщенным комплексным показателем с определением коэффициента весомости, рассчитанного на основе экспертного опроса специалистов.
Вопросы подготовки окатышей для последующей металлизации экспериментально изучены за рубежом [43-47], а с начала 1980-х годов и в России в связи с освоением и пуском Оскольского электрометаллургического комбината [48-53].
Требования к качеству железорудных окатышей для их последующей металлизации особенно полно проанализированы авторами [49], которые отмечают:
Железорудные материалы для производства губчатого железа должны удовлетворять следующим основным требованиям (в порядке их значимости): - высокое содержание железа при низком содержании серы, фосфора, щелочей и примесей цветных металлов (медь, никель, хром, цинк, свинец и др.), оказывающих большое влияние на качество стали и технико-экономические показатели выплавки ее в электропечах;
В связи с тем, что процессы металлизации при получении губчатого железа протекают при умеренных температурах (без расплавления), пустая порода и примеси исходного сырья полностью переходят в металлизованный продукт. Известно, что от содержания железа и кислой пустой породы в губчатом железе существенно зависит стоимость выплавки стали, так как они определяют расход металлизованного продукта для выплавки 1 т стали, расход электроэнергии для расплавления образующегося шлака, расход извести, потери железа со шлаком. С этих позиций содержание железа должно быть максимальным, а содержание кремнезема - минимальным.
Расчет и практика производства показали, что содержание железа в железорудных материалах желательно иметь в пределах 67-68%, а количество кислых оксидов не должно превышать 3% (в металлизованном продукте 5%), т.к. в противном случае использование методов бездоменного получения металла становится экономически невыгодным. Однако очень низкое содержание кремнезема может привести к разрушению, разбуханию и слипанию шихты при восстановлении, что снижает эффективность процесса.
В связи с этим возникает проблема использования в качестве шихты для металлизации офлюсованных железорудных материалов. Присутствие в шихтовых материалах оксидов кальция и магния повышает их восстановимость и прочность при восстановительно-тепловой обработке, уменьшает разрушение при низких и склонность к слипанию при высоких температурах, улучшает условия науглероживания окатышей в процессе их металлизации. Однако при больших значениях основности свойства окатышей резко ухудшаются. Требования к основности различаются в зависимости от свойств исходных железорудных материалов и типа процесса металлизации. Так если для установок Midrex значение основности специально не оговаривается (обычно оно составляет 0,5 - 0,8), то для установок HYL оно должно быть 0,9. Для процесса металлизации в условиях Оскольского электрометаллургического комбината основность окатышей из дообогащенного Лебединского концентрата рекомендуется 0,4-Ю,5
Исследование влияния высоты слоя (Нс) на качественные показатели обожженных окатышей
Разрушение окатышей при сушке происходит из-за интенсивного парообразования, когда пористая структура уже не выдерживает давления пара. Термическое разрушение окатышей при их сушке обусловлено взаимосвязью внешних условий сушки и качественных характеристик сырых окатышей. Количественной характеристикой термостойкости окатышей является температура теплоносителя (температура «шока») при которой происходит нарушение структуры или разрушаются все 100% исследуемых окатышей.
Стойкость окатышей против термического разрушения зависит с одной стороны от интенсивности подвода тепла, с другой - от их структуры и вещественного состава. Количество подводимого тепла зависит от температуры и скорости фильтрации теплоносителя через слой. Характеристиками структуры окатыша являются плотность или пористость, которые находятся в обратной зависимости друг от друга, и средний диаметр пор, который связан со средним диаметром зерна. Увеличение плотности (уменьшение пористости) и уменьшение среднего диаметра пор приводит к уменьшению термостойкости, т.к. уменьшение пористости также как и среднего диаметра пор затрудняет диффузию пара из капилляров и приводит к возрастанию градиента давления пара по радиусу окатыша. Термостойкость окатышей уменьшается с увеличением удельной поверхности концентрата и с увеличением диаметра окатышей. Введение добавок, повышающих пластичность и комкуемость, позволяет повысить термостойкость окатышей, что объясняется повышением пластичности структуры, которая при этом способна выдержать более высокое градиенты избыточного давления без разрушения. В течение последних 10-15 лет на ФОК Качканарского ГОКа использовали в качестве связующих зыряновскую глину (модифицированную и не модифицированную), Воскресенскую модифицированную глину, а также их смеси с концентратом в различном соотношении. К сожалению, в период испытаний не определялась термостойкость окатышей, что снизило объективность сравнительных данных по эффективности применения того или иного вида связующего. Но надо отметить, что, как правило, исследования по термостойкости проводятся с окатышами (одиночными или в навеске), не прошедшими процесс переувлажнения, который характерен для слоевой сушки на обжиговых машинах. Поэтому на каждой фабрике есть потребность в проведении широкомасштабных исследований по влиянию различных факторов на термостойкость окатышей. В общем случае повышение термостойкости окатышей позволяет в большей мере интенсифицировать теплообмен в зоне сушки 2 за счет подъема в ней температуры теплоносителя.
Окисление магнетита окатышей относится к числу сложных гетерогенных процессов. Его сложность заключена в большом числе параллельно протекающих явлений, таких как различные виды диффузии, собственно химическая реакция, связанная с хемосорбцией кислорода и последующей перестройкой кристаллической решетки. Каждый из этих процессов, в свою очередь, зависит от внутренней структуры окатыша и внешних условий обжига. Если процесс окисления «привязать» к макрофакторам, то он зависит от величины зерна магнетита (удельной поверхности) и его чистоты (наличия примесей), от индивидуальных свойств окатыша (диаметра, пористости, истинной плотности) и от параметров процесса (температуры, времени и содержания кислорода в газовой фазе).
Влияние пористости є на процесс окисления носит неоднозначный характер. С одной стороны, увеличение пористости интенсифицирует процесс окисления за счет увеличения размера пор. С другой - увеличение размера пор ведет к сокращению реакционной поверхности, т.е. снижает скорость окисления. Тем не менее, суммарное действие от увеличения пористости повышает степень окисления окатышей (рис. 2.1а).
Степень влияния диаметра окатыша d на процесс окисления обусловлена его пористостью є. Чем выше є, тем слабее это влияние. Но в любом случае увеличение d снижает степень окисления окатышей (рис 2.16)
Влияние температуры на скорость окисления носит экстремальный характер, обусловленный с одной стороны диффузионными затруднениями, которые увеличиваются из-за развития процесса спекания, с другой - с повышением t возрастает энергия активации атомов, способствующая массопереносу. При этом скорость окисления медленно возрастает, достигая своего максимума при t« 1050-1100С.
Далее равновесие реакции 2Fe304 + 0,5 02 3Fe203. сдвигается в сторону процесса диссоциации гематита, который в зависимости от содержания кислорода в газовой фазе начинается в температурном диапазоне 1050-1200С (рис.2.2). Протекание процесса диссоциации гематита ограничено временем выдержки слоя при tmax. Далее, в зонах рекуперации и охлаждения происходит процесс окисления диссоциированного магнетита, который протекает значительно медленней, чем на стадии нагрева, вследствие спекания окатыша.
С увеличением содержания кислорода в газовой фазе максимальная скорость окисления возрастает, особенно значительно при t 800С (рис.2.3) [127].
Влияние температуры и скорости нагрева окатышей на окисление является отражением энергетического и временного факторов данного процесса. Высокие температуры способствуют активному протеканию процесса спекания, который находит свое отражение в уменьшении пористости окатышей, что затрудняет доступ кислорода к реакционной поверхности.
Проведение исследований процессов металлизации при использовании твердого топлива
Опыты по восстановлению рудоугольных окатышей во вращающейся печи проводили следующим образом.
Одновременно с процессом предварительного упрочнения (нагрева) окатышей в аглочаше производили разогрев вращающейся печи. Температура в печи перед подачей окатышей достигала 1000-1050С. Перегрузку окатышей из аглочаши в печь производили вручную через специальный желоб. После загрузки окатышей в печь подавали холодное кусковое топливо. Расход твердого топлива составляет по массе 60 — 65% от массы окатышей.
По ходу процесса восстановления из печи производили отбор проб окатышей на анализ. С целью защиту от окисления металла пробы окатышей охлаждали природным газом в специальном устройстве. Все отборы проб, замеры температуры слоя производились при вращении барабана печи.
При проведении опытов использовали кокс и ряд углей с известным содержанием летучих составляющих. Наблюдения показали, что при загрузке в печь угля в течение первых 5-7 минут происходит резкое выделение летучих компонентов, чего не наблюдается при использовании кокса, в дальнейшем картина процесса становилась практически аналогичной как для случая использования угля, так и для кокса. Таким образом, можно заключить, что летучие угля не участвуют в процессе металлизации по всей длине печи, а интенсивно выбрасываются из слоя, что определяет необходимость их дожигания уже в начальной стадии процесса.
На первый взгляд, простой (без подготовки) способ подачи угля во вращающуюся печь упрощает технологический процесс восстановления, но следует учесть, что в этом случае неизбежно возникает проблема с дожиганием летучих. Поэтому в случае применения углей целесообразно рассмотрение варианта их предварительной подготовки, например, полукоксование угля, что, согласно литературным источникам [129], обеспечит более качественный восстановитель для процесса металлизации.
На рис.3.5. приведены кривые изменения степени металлизации в процессе обработки во вращающейся печи углеродсодержащих и обычных окатышей для разных видов угля. время обжига, мин
Изменение степени металлизации окатышей с различным содержанием углерода во время обжига при использовании различного вида твердого топлива. Обжиг обычных рудных окатышей без углерода в шихте проводили при 1190С, а обжиг рудотопливных окатышей - при 1150С, т.к. наличие зольной части углей оказывает влияние на спекаемость окатышей между собой, поэтому температуру обжига приходится снижать по сравнению с первыми. Из рис.3.5 видно, что для достижения степени металлизации 83,1 - 88,4% для углеродсодержащих окатышей требуется значительно меньшее время 3,5 — 3,75ч, против 5,5 ч, требуемых для достижения той же степени металлизации у обычных окатышей.
Таким образом, подача в шихту твердого топлива существенно интенсифицирует процесс восстановления окислов железа в присутствии добавки внешнего углеродсодержащего восстановителя - время термообработки сокращается в 1,55 раза. Это обстоятельство позволит существенно увеличить производительность процесса металлизации в расчете на удельный объем вращающейся печи и создать более высокопроизводительные агрегаты в целом, включая и решетку, производительность которой для целей металлизации практически неограниченна.
Восстановление на угле Ленинского месторождения идет заметно интенсивней, что, по-видимому, связано с его более высокой реакционной способностью, так как уголь не подвергался длительному коксованию как кокс НТМК(рис.3.5).
Для оценки влияния содержания углерода в шихте окатышей на процесс металлизации определяли ее степень в зависимости от времени восстановления (рис.3.6).
Влияние количества углерода в окатышах на восстановление Видно, что количество углерода оказывает существенное влияние на кинетические закономерности восстановления, особенно в начальный период. Однако, на заключительной стадии (степень металлизации 80%) содержание углерода (в диапазоне 15 — 30%) уже не оказывает столь значительного влияния на время восстановления.
Поэтому можно предположить, что в технологии металлизации высокие степени могут быть получены и при относительно низком (15%) содержании углерода в окатышах, что предпочтительней, т.к. увеличение содержания углерода в окатышах приводит к увеличению в них пустой породы, снижению содержания железа, а также к появлению серы, содержащейся в углях.
Наряду с количеством углерода в окатышах и временем обработки, значительное влияние на степень металлизации оказывает температурный режим обработки материала, выход на температурный уровень слоя до 1100С и выше — до 1150С. Уровень нагрева при этом определяется не термостойкостью окатышей, а термическими свойствами золы угольной засыпки, ее температурной характеристикой. Выход слоя на высокотемпературный уровень - 1100 С и выше зависит от скорости нагрева материала в начальном промежутке обжига. Таблица 3.12. Зависимость степени металлизации от скорости нагрева
Параметры восстановительного обжига окатышей во вращающейся печи
В результате проведнных исследований выявлено: При использовании пилотной установки, моделирующей процесс HYL-III, показано, что металлургическая ценность окатышей, обожженных по специальному режиму, предназначенному для получения окатышей для последующей металлизации, значительно выше, чем по обычному режиму работы обжиговой машины ОК-228.
Так степень деформации при 40 минутных тестах снизилась до 14 и 12% соответственно у неофлюсованных и офлюсованных окатышей. При 120 минутных тестах усадка уменьшилась соответственно до 10,1 и 11,2%, а индекс спекаемости упал до 10,0 и 10,2%, что характерно для окатышей ЛГОК с защитными покрытиями (напомним, что опытные качканарские окатыши не имели покрытий). Степень восстановления исследуемых окатышей возросла соответственно до 95 и 93%, а это уже уровень лучших показателей окатышей ЛГОК, поступающих на металлизацию (93%). Таким образом, по комплексу показателей металлургических свойств, приоритетных для технологии HYL-III, окатыши КачГОКа, обработанные по специальному режиму, по крайней мере, не уступают технологическим окатышам ЛГОК, а по некоторым показателям (усадка и индекс спекаемости) и превосходят их. 2.Испытания опытных окатышей при использовании технологии Midrex осуществлялись путем пропускания сетчатых пробников через действующую промышленную печь. В качестве базы для сравнения использовались рядовые окатыши ОАО «ОЭМК»
При сопоставлении металлургических свойств опытных окатышей с базовыми видно, что они обладают худшей восстановимостыо (сіепсиь металлизации на 8,5-9,8 % ниже базовых). Величина открытой пористости опытных окатышей ниже базовых на 5,8-12,6 %, при этом минимальное значение имеют офлюсованные окатыши. Степень науглероживания опытных окатышей оказалась выше, чем базовых. Так при содержании углерода в базовом варианте 2,47%, опытные окатыши содержали 4,10-4,20 %. Следует отметить, что опытные металлизованные окатыши имели повышенное содержание серы: 0,009% у неофлюсованных и 0,020% у офлюсованных окатышей при содержании серы в базовых окатышах 0,004 %. Оценка пожароопасных свойств исследуемых окатышей проводилась с помощью метода определения реакционной способности металлизованного продукта, характеризующей скорость поглощения им кислорода (м кислорода на 1 т металлизованных окатышей). Показано, что опытные окатыши кислород не поглощают, то есть обладают низкой реакционной способностью, что является положительным фактором Таким образом, по своим металлургическим свойствам и качеству металлизованный продукт, полученный из представленных окатышей за счет плохой восстановимости, повышенному содержанию серы до 0.020%, выходу годного и прочности на сжатие уступает окатышам ОЭМК текущего производства
На экспериментальных установках «аглочаша» и «вращающаяся печь» проведены опыты по нагреву и последующей металлизации окатышей, изготовленных из качканарских концентратов с повышенным содержанием железа, с использованием твердого топлива. Углеродсодержащие материалы фракции до ЮОмкм добавляли в шихту окатышей. Твердое топливо фракции 0-10 мм подавали во вращающуюся печь для создания защитной атмосферы и восстановления.
На основании опытов, проведенных на лабораторных установках «аглочаша» и «вращающаяся печь», установлено, что прочность сырых окатышей с добавлением твердого топлива (15-30%) составляет 0,6 - 0,7 кг/ок, что обеспечит их целостность при загрузке на колосники для упрочняющего обжига. Предварительный упрочняющий обжиг углеродсодержащих окатышей при температурах до 900 - 1000С позволяет получить необходимую прочность (20-30 кг/ок) для перегрузки во вращающуюся печь с минимальной потерей углерода (не более 1,5 — 2,0%). Максимальная степень металлизации (83,1— 88,4%) получена для окатышей с содержанием углерода в шихте 20%, время обработки материала составило 3,5-3,75 ч. Сравнение с обжигом безуглеродистых окатышей показывает, что добавление углерода резко сокращает время восстановления материала (в 1,55 раза). Процесс восстановления до высокой степени металлизации требует добавки в зону разгрузки из вращающейся печи дополнительных порций угля. При этом для интенсификации восстановления процесс необходимо вести при температуре 1150С и выше, ориентируясь на спекание зольной части угольной массы, при этом резко увеличивать скорость нагрева шихты в начале процесса. В процессе восстановительного обжига размеры углеродсодержащих окатышей по диаметру сокращаются до 60-70% от начального диаметра, конечная прочность на сжатие составляет
Предварительно выбранная технология получения металлизованпых железорудных окатышей включает сушку и подогрев окатышей на конвейерной решетке и их восстановительный обжиг во вращающейся печи с последующим охлаждением в безокислительной среде.
Шихта при окомковании окатышей содержит железорудный концентрат, бентонит и твердое углеродсодержащее топливо (уголь, кокс). Термообработка на решетке производится также как на конвейерной машине. Сушка и подогрев осуществляется газами, отходящими из вращающейся печи после их дожигания. Окатыши после упрочняющего нагрева до 900С с решетки перегружаются во вращающуюся печь.
В загрузочную часть вращающейся печи также подается твердое топливо. Во вращающейся печи окатыши нагревают до 1100С, при этом происходит восстановление оксидов железа. Печь отапливается торцевой горелкой с дополнительным топливом (природный газ). Продукты сгорания движутся в противотоке относительно окатышей
