Окускование концентратов и мелочи полезных ископаемых

 

Наиболее широко применяют два способа окускования: агломерацию и окомкование. Наиболее масштабны они в черной металлургии – при подготовке шихты к доменной плавке, которая диктует наиболее жесткие требования к окускованным материалам. Они, кроме определенных размеров, должны иметь достаточную прочность, чтобы не разрушаться на пути от фабрик окускования к печи, при загрузке ее и в самом процессе до начала плавления шихты, высота слоя которой может достигать несколько десятков метров.

 

Агломерация

Агломерация это процесс окускования мелких руд, концентратов, колошниковой пыли спеканием в результате сжигания топлива в слое спекаемого материала. Она заключается в том, что мелкие зерна шихты нагреваются до температуры, при которой происходит их размягчение и частичное плавление. При этом зерна слипаются, последующее быстрое охлаждение приводит к их кристаллизации и образованию пористого, но довольно прочного кускового продукта, пригодного для металлургического передела.

Агломерационная шихта для доменной плавки включает: железорудный концентрат или мелкую железную руду (крупностью 8–0 мм); возврат – мелкий некондиционный агломерат от предыдущего спекания (крупностью 10–0 мм); мелкий (крупностью 3–0 мм) коксик, применяемый как твердое топливо; флюсы (крупностью 3–0 мм) – известняк, вводимый для получения офлюсованного агломерата; утилизируемые отходы, например, колошниковая пыль, прокатная окалина, шламы сталеплавильных производств.

Компоненты агломерационной шихты перемешивают, увлажняют и загружают на колосниковую решетку слоем 200–400 мм. С помощью эксгаустера (вентилятора, работающего на отсос) под колосниковой решеткой поддерживается разрежение до 20 кПа, благодаря которому через слой просасывается воздух.

Схема агломерационного процесса представлена на рисунке 4.4. На колосниковую решетку 1 конвейерной ленты загружают «постель» 2 высотой 30–35 мм, состоящую из возврата. Затем загружают шихту.

Чтобы процесс начался, специальным зажигательным устройством производится «зажигание агломерационной шихты», т.е. разогрев ее верхнего слоя до 1200–1300ºС, когда топливо в шихте воспламеняется. Горение поддерживается в результате просасывания атмосферного воздуха. Зона горения высотой около 20 мм постепенно продвигается сверху вниз (до колосников) со скоростью 20–30 мм/мин, оставляя за собой «пирог» готового охлаждающегося агломерата.

а – начало процесса; б – конечный момент; А – агломерат; Ш – шихта

 

Рисунок 4.4 – Схема агломерационного процесса

 

Производство агломерата ведут на агломерационных фабриках, в состав которых входит комплекс оборудования для подготовки шихты, ленточные (конвейерные) машины и комплекс оборудования для дробления и охлаждения агломерата и отсева мелочи.

Агломерационная машина (рисунок 4.5) имеет в качестве основного элемента замкнутую ленту (конвейер) из отдельных спекательных тележек – палетт 2. Тележки движутся по направляющим рельсам под воздействием пары приводных звездочек 1. Под тележками рабочей ветви ленты расположено 13–26 вакуум-камер 6, в которых с помощью эксгаустера 9 создают разрежение. Ширина ленты составляет 2–4 м, скорость ее движения 2–7 м/мин, длина ленты до 150 м, площадь просасывания до 600 м², производительность 2–3 млн. т/год.

На двигающуюся ленту питателем 3 укладывают постель из возврата агломерата, она предотвращает просыпание шихты через щели решетки и предохраняет от перегрева. Затем питателем 4 загружают шихту, которая попадает потом под зажигательный горн 5. За счет эксгаустера 9 воздух просасывается через шихту, продукты сгорания через вакуумные камеры 6 поступают в пылеуловитель 8 и далее выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу 10.

Рисунок 4.5 – Схема агломерационной машины

 

Готовый агломерат при огибании ленты холостой звездочки 7 ссыпается вниз и попадает в валковую дробилку горячего дробления, а затем на грохоты, где от дробленого продукта отсеивают горячий возврат. Затем агломерат поступает на охладитель, где охлаждается до 100ºС просасываемым воздухом и отправляется на грохоты холодного агломерата, где отделяется постель. После этого годный агломерат конвейером транспортируют в доменный цех, а мелочь в бункер возврата. Выход годного агломерата (фракции крупностью более 5 мм) из шихты не превышает 70–80%.

 

Производство окатышей

 

Расширение использования бедных руд и стремление к более глубокому обогащению привели к получению тонкоизмельченных железорудных концентратов (менее 0,7 мм), для которых необходимо найти новые пути окускования. В 60–70-х годах начал развиваться процесс окатывания или окомкования.

Процесс производства окатышей состоит из двух стадий: а) получение сырых окатышей; б) упрочнение окатышей (подсушка при 300–600 и обжиг при 1200–1350ºС).

Схема производства окатышей на современной фабрике показана на рисунке 4.6. Исходную шихту: возврат (некондиционные окатыши), концентрат, известняк (при производстве офлюсованных окатышей) загружают в бункеры 1, откуда она через сборный транспортер 2 поступает в смесительный барабан 3, а из него в окомкователь (рисунок 4.7) или гранулятор 5. Для лучшего окомкования к шихте добавляют связующее вещество, обычно бентонит (мелкодисперсная глина) в количестве 0,5–1,5% и воду в количестве 8–10%.

І – сушка; ІІ – обжиг; ІІІ – охлаждение;

1 – шихтовые бункеры; 2 – сборный конвейер; 3 – смесительный барабан;

4 – бункер для бентонита; 5 – тарельчатый гранулятор;

6 – обжиговая машина; 7 – вентиляторы; 8 – грохот

 

Рисунок 4.6 – Схема производства окатышей

 

В грануляторе при круговом движении шихта при помощи связующего вещества и воды постепенно превращается в гранулы – комки. При этом из гранулятора разгружаются только комки, достигшие определенного размера (шарики диаметром 10–20 мм). Оптимальных условий окатывания достигают подбором угла наклона тарели (40–60º) и частоты вращения (6–9 об/мин). Диаметр тарели составляет 5,5–7,0 м и обеспечивает производительность 125–150 т/ч.

1 – конвейер уборки окатышей; 2 – чаша;

3 –конвейер подачи шихты; 4 – скребки

 

Рисунок 4.7 – Тарельчатый окомкователь

 

Сырые окатыши после гранулятора падают на обжиговую машину конвейерного типа, подобную агломерационной. Верх ленты перекрыт камерами в соответствии с делением на зоны сушки, обжига и охлаждения. В зоне сушки окатыши подогревают до 250–400ºС газами, поступающими из зон обжига и охлаждения. В зоне обжига окатыши нагревают до 1200–1350ºС продуктами горения газообразного или жидкого (мазута) топлива, просасываемыми через слой окатышей на колосниковой решетке машины. В зоне охлаждения окатыши охлаждаются принудительно подаваемым через колосниковую решетку воздухом. Охлажденные окатыши разгружаются на грохот. Фракцию более 5 мм отправляют для доменной плавки, а фракция 0–5 мм является возвратом. Время пребывания окатышей в зоне обжига равно 7–12 мин.

По сравнению с агломератом производство окатышей характеризуется меньшим отсевом мелочи, большим содержанием железа. Основным преимуществом окатышей является более высокая холодная прочность, что позволяет их транспортировать на большие расстояния (например, из Австралии в Европу, Японию и др.).

В последнее время производятся металлизованные окатыши, в которых часть оксидов железа восстановлена до железа. Это снижает расход кокса и увеличивает производительность доменной печи. При этом используется более дешевое и менее дефицитное топливо, чем кокс (уголь, природный газ).