Автореферат: Разработка технологических основ рациональной схемы производства железа прямого получения из качканарских титаномагнетитов

На основе этих расчетов разработана временная режимная карта (табл.3) окатыш концентрат металлизация конверсия

Таблица 3. Временная режимная карта термообработки опытных окатышей для последующей их металлизации

Нагрузка машины по сырым окатышам, т/ч - 200-220

Высота донной постели, мм - 80-90

Высота сырых окатышей, мм - 340-360

Скорость движения тележек, м/мин - 1,15-1,25

Влажность сырых окатышей, % - не более 9,0

Среднемассовый диаметр окатышей, мм - 12-14

7. Температуры и давления по зонам:

8. Положение дросселей (% открытия)

1 - 0 ч 100

13 - 10 30

15 - 100

19 (аспирационный) - 50 ч 100 30 - 0

44 - 0

9.Направляющие аппараты дымососов открыты на 100% за исключением 366 и 374 дымососов.

10.Управление газодинамикой горна осуществляется 1ым и 13ым дросселями, а также нагрузками 366 и 374 дымососов.

11. Поддержание заданных температур в камерах осуществляется нагрузкой машины.

12. Ожидаемое качество обожженных окатышей:

Барабанный показатель +5 мм, % - 93-94

Истирание -0,5 мм, % - 4,0-4,5

Содержание FеО, % -1,3-1,6

Предлагаемый режим отличается от базового меньшей производительностью (на 10%) обжиговой машины, меньшей скоростью нагрева и выдержкой при температурах 1000-1100С, где обеспечено большее содержание кислорода в теплоносителе. Это определяет достижение требуемых показателей обожженных окатышей (п.12. табл. 3).

Проведены комплексные лабораторные исследования свойств опытных окатышей из дообогащенного концентрата Качканарского ГОКа, обожженных в пробниках на обжиговой машине с использованием разработанного (опытного) режима обжига. Шихта для окомкования готовилась двух видов - неофлюсованная и офлюсованная (осн.0,5) с добавлением 0,6%мас. бентонита Зыряновского месторождения. Прочность сырых и сухих окатышей, как офлюсованных, так и неофлюсованных была идентична (сыр = 1,5 кг/ок; сух = 2,62,8 кг/ок), в то время как пластичность офлюсованных окатышей оказалась значительно выше (15,3) по сравнению с неофлюсованными (6,1).

Свойства обожженных окатышей приведены в табл.4.

Таблица 4. Усредненные показатели обожженных опытных окатышей

*) Значение основности по двум компонентам CaO/SiO2.

Анализ данных табл.4 показывает, что более высокие прочностные показатели, а также степень окисленности имеют неофлюсованные окатыши из дообогащенного концентрата Качканарского ГОКа.

Для испытаний металлургических свойств опытных окатышей в сравнении с базой (окисленные окатыши ОЭМК) использовали лабораторную установку. Окатыши восстанавливались до 30% при 700 и 900С в атмосфере водорода с определением кинетических параметров восстановления и «горячей» прочности. Выбор температур восстановления 700 и 900С соответствует значениям температур начала зоны восстановления в шахтной печи и максимальной температуре в ее конце.

Таблица 5. Характеристики частично восстановленных (до 30%) окатышей.

Результаты, представленные в табл.5, свидетельствуют, что по своим характеристикам опытные офлюсованные окатыши значительно уступают неофлюсованным и, тем более, базовым окатышам ОЭМК. Причиной низкой восстановимости окатышей КачГОК является низкая реакционная способность титаномагнетитов, как при окислении, так и при восстановлении, что отмечено в работах ИМет УрО РАН. Офлюсование окатышей КачГОК приводит к изменению структуры пор. Это подтверждено микроструктурными исследованиями.

Рис.2. Микроструктура краевой части окатыша

а) - неофлюсованного; б)- офлюсованного (осн.0,5).

Образование гематита (белое) по зернам титаномагнетита, силикатная связка - стекло (темно-серое), ферриты кальция (светло-серое), поры - черное.

Отраженный свет 400

Их результаты свидетельствуют о том, что неофлюсованные окатыши имеют более развитую мелкопористую структуру, тогда как офлюсование приводит к формированию более плотной структуры с развитой связкой ферритного состава (рис.2), имеющей относительно низкую прочность. Этими особенностями можно объяснить как большую степень окисленности и восстановимости неофлюсованных окатышей, так и низкую прочность офлюсованных.

В третьей главе приведены результаты исследований процессов металлизации окатышей из дообогащенных концентратов КачГОК. Оценка металлургических свойств окатышей при использовании схемы HYL-III проводилась на пилотной установке, моделирующей температурный и газовый режим промышленного реактора. Восстановительный газ подавался с действующего реформера. Температура газа 850С, состав газа: 75%Н2, 15%СО, 3%СН4, 3%СО2, 4%N2. В процессе испытаний на установке исследуемая проба металлизованных окатышей подвергалась механическому давлению 3,7 бар, что отражает давление столба шихты в промышленном реакторе HYL-III.

Испытания на пилотной установке проводились в две стадии. На первой определялась деформация и степень трещинообразования окатышей, восстанавливаемых в монослое в течение 40 мин. Степень трещинообразования определялась как массовая доля окатышей, имеющих видимые трещины. На втором этапе определялась величина усадки окатышей (использовалась навеска массой 1200 г) по длине перемещения пневмопоршня, а также степень спекаемости - относительная массовая доля спекшихся окатышей после сбрасывания навески с высоты 2 м. Время восстановления при этих испытаниях составило 120 мин. После каждого эксперимента производился химический анализ металлизованных окатышей.

Результаты исследований показали, что металлургические свойства окатышей, обожженных по разработанному режиму, предназначенному для получения окатышей для последующей металлизации, достаточно высоки.

Так степень деформации при 40 минутных тестах составляет 14 и 12% соответственно у неофлюсованных и офлюсованных окатышей. При 120 минутных тестах усадка составляет соответственно до 10,1 и 11,2%, а индекс спекаемости 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 составила 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, по крайней мере, не уступают технологическим окатышам ЛГОК, а по некоторым показателям (усадка и индекс спекаемости) и превосходят их.

Менее оптимистичные результаты получены при испытаниях опытных окатышей по технологии Midrex, отличающейся, главным образом, другим составом восстановительного газа, меньшим давлением в реакторе и наличием в нем питателей шихты.

Для испытаний металлургических свойств окатышей через промышленную шахтную печь Midrex пропускались трёх -четырёхсекционные сетчатые контейнеры, вмещающие 0,5 - 0,7 кг окисленных окатышей. При этом для сопоставимости условий восстановительно-тепловой обработки в каждый контейнер, разделённый на секции, одновременно загружали исследуемые (опытные) и базовые образцы - окисленные окатыши ОЭМК с известными металлургическими свойствами. Результаты испытаний приведены в табл.6

Таблица 6. Физико-химические свойства опытных окатышей в сравнении с окатышами ОЭМК (база) после металлизации

Видно, что степень металлизации опытных окатышей несколько ниже, чем базовых, что подтверждает факт трудновосстановимости титаномагнетитового окускованного сырья.

Корзиночные испытания также показали, что опытные окатыши характеризуются высокой степенью разрушения при восстановлении. Так, выход годного продукта в среднем составил порядка 70% (у базы - 100%). Склонность к трещинообразованию составляет 37% для неофлюсованных и 44% для офлюсованных окатышей, а величина общей пористости металлизованных окатышей - 51,0% и 47,7% для неофлюсованных и офлюсованных окатышей соответственно. В качестве положительного фактора особого внимания заслуживает повышенное содержание углерода в опытных окатышах (3,8 - 4,0%), что практически в два раза превышает это значение для базовых окатышей. По содержанию серы опытные окатыши идентичны базовым.

Таким образом, по прочности при восстановлении опытные окатыши ниже требований технологии Midrex. Следует отметить и их более низкую степень металлизации.

Рис.3.Зависимость прочности рудоугольных окатышей от температуры обжига. (Время выдержки 10 мин.)

Следующий этап исследований состоял в металлизации окатышей из дообогащенного титаномагнетитового концентрата с использованием твердого топлива. Исследования проводили на установке «аглочаша» (упрочнение окатышей) и лабораторной установке «вращающаяся печь» (восстановление). В шихту для окомкования добавляли углеродсодержащие материалы фракции <100мкм. Более крупные фракции подавали в шихту для металлизации во вращающейся печи для создания защитной атмосферы и восстановления.