Совершенствование технологии производства окатышей и нового железорудного сырья для современной доменной плавки: теория, технология и оборудование термоупрочнения сырых окатышей и нового железнорудного сырья. В 2 т.Т. 2

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ  
ПРОИЗВОДСТВА ОКАТЫШЕЙ  
И НОВОГО ЖЕЛЕЗОРУДНОГО СЫРЬЯ  
ДЛЯ СОВРЕМЕННОЙ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ 
ТОМ 2 
ТЕОРИЯ, ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ  
ТЕРМОУПРОЧНЕНИЯ СЫРЫХ ОКАТЫШЕЙ  
И НОВОГО ЖЕЛЕЗОРУДНОГО СЫРЬЯ 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2020 

УДК 669.162.26 
ББК 34.323 
         С56 
А в т о р ы :  
Ф. М. Журавлев, В. П. Лялюк, Н. И. Ступник, В. С. Моркун,  
Е. В. Чупринов, Д. А. Кассим 
Р е ц е н з е н т ы :
академик Академии инженерных наук Украины, заслуженный деятель науки  
и техники Украины, доктор технических наук, профессор В. А. Петренко; 
академик Академии горных наук Украины, лауреат премии НАН Украины,  
доктор технических наук, профессор И. Г. Товаровский; 
профессор Национальной металлургической академии Украины,  
доктор технических наук В. В. Бочка 
С56  
 
Совершенствование технологии производства окатышей и нового железорудного сырья для современной доменной плавки. В 2 т.  
Т. 2 : Теория, технология и оборудование термоупрочнения сырых окатышей и нового железнорудного сырья / [Журавлев Ф. М. и др.] – 
Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2020 – 368 с. 
ISBN 978-5-9729-0456-3 (Том 2) 
ISBN 978-5-9729-0457-0 
Высокие металлургические характеристики готового окускованного материала формируются в двух основных технологических этапах: подготовка сырых окатышей с необходимыми составами и свойствами и термоупрочнение сырых окатышей, обеспечивающее получение готового обожженного материала с нужными металлургическими характеристиками. В первом томе рассматриваются теория, технологии и оборудование для подготовки 
компонентов шихты с требуемыми физико-химическими характеристиками, их дозирование, 
смешивание, окомкование с получением сырых окатышей необходимого качества. Во втором 
томе рассматриваются теория, технологии и оборудование для термоупрочнения сырых окатышей или формирования новых видов окускованных материалов с нужными металлургическими характеристиками. 
Для студентов высших учебных заведений горно-металлургического и экономического профилей, а также специалистов черной металлургии и смежных с ней отраслей. 
УДК 669.162.26 
ББК 34.323 
ISBN 978-5-9729-0456-3 (Том 2) 
ISBN 978-5-9729-0457-0 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2020 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2020 
2

ВВЕДЕНИЕ
Как отмечалось в 1-ом томе, актуальным и наиболее эффективным направлением развития доменного производства, является улучшение подготовки шихтовых
материалов, в частности улучшение металлургических характеристик железорудного сырья. В 1-ом томе также рассмотрены основы теории, технологии и используемое основное технологическое оборудование при подготовке и обогащению
железных руд, с целью производства концентратов с максимально возможным содержанием железа. Выбор и подготовка по крупности добавок (флюс, связующее,
твердое топливо) в шихту, придающих окатышам требуемые металлургические
характеристики. Смешивание шихты и её окомкование, получение сырых окатышей с физико-химическими характеристиками, позволяющими выдержать, не
разрушаясь и не расплавляясь, режим их термоупрочнения.
Во 2-ом томе рассмотрены разработанные технология и оборудование для
укладки донной и бортовой постели (только в ОКМ), грохочения сырых окатышей с выделением годной фракции и равномерной её укладки, по ширине и высоте слоя, в обжиговые агрегаты, обеспечивающие одинаковую термообработку
всех загруженных сырых окатышей. Следует отметить разработку нового укладчика, позволяющего производить двухслойную укладку сырых окатышей с возможностью их сушки только прососом теплоносителя.
Рассмотрены технологические и конструктивные особенности агрегатов
(шахтные печи – ШП, обжиговые конвейерные машины – ОКМ и комбинированные установки “решетка – трубчатая печь – охладитель”) для термоупрочнения
сырых окатышей. Приведены их сравнительные технические и экономические
показатели работы. Показана эволюция совершенствования конструктивных и теплотехнических решений (от первого до четвертого поколений) отечественных
обжиговых конвейерных машин. Современные обжиговые конвейерные машины:
работающая МОК-1-592 и разработанная ОК-780 имеют, при соответствующей
удельной производительности, минимальные удельные расходы тепла и электроэнергии на 1 т готовой продукции. Следует продолжить совершенствование тепловой схемы ОКМ за счет продолжения разработанных ранее: конструкции и технологии термоупрочнения окатышей путем сжигания газа над слоем и в слое окатышей, а также снижения расхода легированного жаростойкого металла колосников обжиговых тележек ОКМ, путем замены их на разработанные конструкции
подин. Рациональная тепловая схема газовых потоков обжигового агрегата играет
решающую роль в удельном расходе теплоты на 1 т готовой продукции. Приведены методы расчета внешней газоходной (с дымососами и вентиляторами) и внутренней переточной частей газовоздушной системы обжиговой конвейерной машины. Рассмотрены основные закономерности газодинамики при движении теплоносителя в газовоздушном тракте обжигового агрегата и в слое обжигаемых
окатышей. Рассмотрены основы теории, технология, физические, химические, фазовые и структурные преобразования в неофлюсованных и офлюсованных сырых
окатышах разного состава в процессе их сушки и термоупрочнения в окислительной атмосфере. Изучены процессы окисления магнетита концентрата, твердофаз3

ное спекание и рекристаллизация вновь образованных гематитовых зерен, способствующих упрочнению окатышей.
На основании анализа двойных и тройных диаграмм состояния оксидных
систем, а также оптического, рентгеноструктурного и рентгеноспектрального анализов определены источники образования локальных расплавов в окатышах разных составов в процессе их нагрева, за счет низкотемпературных минералов нерудной части концентрата и эвтектических соединений между оксидами шихты.
Изучен минеральный состав, структура и металлургические характеристики окатышей разного состава после высокотемпературного обжига. Приведены данные
по степени влияния различных технологических факторов на изменения технологических показателей производства и качество обожженных окатышей. Изучено
влияние на металлургические характеристики обожженных окатышей технологических факторов в их производстве: глубины обогащения концентратов, минерального состава их нерудной части, степени офлюсования окатышей, вида флюса, ввода твердого топлива в шихту и режимных параметров термоупрочнения
сырых окатышей (скорости нагрева, максимальной температуры и продолжительности обжига, скорости охлаждения). Приведены теоретические основы и технологические разработки получения обожженных окатышей из гематитовых руд и
концентратов. Показано, что основные технологические параметры производства
окатышей из гематитовых концентратов практически мало отличаются (нет необходимости окисления и отсутствие экзотермического эффекта от окисления рудных зерен) от аналогичных (см. выше), при производстве обожженных окатышей
из магнетитовых концентратов. На основании проведенных исследований и испытаний подготовлены исходные данные для проектирования цеха по производству
окатышей на Криворожском горнообогатительном комбинате окисленных руд,
который к 1991 г. был построен на 80 %.
Учитывая ряд отрицательных металлургических характеристик агломератов и
окатышей для доменной плавки, разработаны новые виды окускованных железорудных материалов, позволяющие улучшить технико-экономические показатели
работы доменных печей. Разработаны технологии производства неофлюсованных и
офлюсованных (определенной основности) обожженных окатышей с остаточным
углеродом и с повышенным содержанием железа. Разработаны технологии производства офлюсованных (в широком диапазоне требуемой основности) локальных
спеков: из концентратов разной глубины обогащения, с остаточным углеродом и с
повышенным содержанием железа. Разработана технология получения железорудного офлюсованного до необходимой степени моносырья для доменного производства – локальных спеков из любых концентратов с остаточным углеродом и повышенным содержанием железа. Указанные виды (локальные спеки) окускованного
сырья обладают одновременно всеми лучшими металлургическими характеристиками агломератов и окатышей. Кроме того, что немаловажно, их можно производить в цехах производящих окатыши, при небольших капитальных затратах на их
реконструкцию. Проект реконструкции цеха по производству окатышей Криворожского горнообогатительного комбината окисленных руд, для выпуска офлюсованных локальных спеков, был выполнен институтом Механобрчермет.
4

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ, ТЕХНОЛОГИЯ И ОСНОВНОЕ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ В ПРОИЗВОДСТВЕ
ОБОЖЖЕННЫХ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ ОКАТЫШЕЙ
1.1. Высокотемпературное термоупрочнение
сырых окатышей
Сырые железорудные окатыши, ввиду их низких прочностных характеристик, не могут транспортироваться и использоваться в металлургических переделах (доменной плавке, металлизации, бескоксовой выплавке металла и др.).
Для придания сырым окатышам необходимых металлургических характеристик они должны быть подвергнуты высокотемпературному термоупрочнению в окислительной, нейтральной или восстановительной атмосферах, для
обеспечения характеристик необходимых для дальнейшего их металлургического передела. Технология термоупрочнения сырых окатышей и получение
готового продукта с необходимыми металлургическими характеристиками
включает в себя: предварительную классификацию (грохочение) с выделением,
в зависимости от требований технологий их термоупрочнения и дальнейшей
металлургической переработки, годной (8-16 мм, 8-18 мм или 8-20 мм) фракции, с одновременным удалением и возвращением в технологический процесс
получения сырых окатышей мелочи (0-8 мм) и крупной фракции (+16 мм,
+18 мм или +20 мм). Укладку донной и бортовой постели (в случае технологических требований обжигового агрегата), укладку слоя годной фракции сырых
окатышей требуемой высоты в обжиговый агрегат. Сушку, нагрев с определенной скоростью до максимальной температуры, выдержку (обжиг) при максимальной температуре, охлаждение с определенной скоростью слоя обожженных окатышей. Последующую классификацию (грохочение) охлажденных
обожженных окатышей по определенным классам крупности с выделением:
мелочи – обожженного возврата (0-5 мм) для использования в шихте, донной и
бортовой постели (10-15 мм) только при термоупрочнении на конвейерной обжиговой машине, а также готовой продукции (+5 мм) для складирования, усреднения и отгрузки потребителю (см. рис. 127, том 1, глава 5).
1.1.1. Классификация и укладка сырых окатышей
в обжиговый агрегат
Узел укладки сырых окатышей в обжиговый агрегат должен обеспечивать
минимальное разрушение сырых окатышей при перегрузках, равномерный заданный гранулометрический состав загружаемых сырых окатышей, без мелочи
и крупных фракций, а также одинаковую высоту слоя на всей обрабатываемой
теплоносителем площади обжигового агрегата, для создания одинаковых условий термообработки просасываемым или продуваемым теплоносителем, за счет
одинаковых газопроницаемости слоя и скорости фильтрации теплоносителя на
всей площади и высоте слоя обрабатываемых им окатышей. Узел укладки со5

стоит из трех основных, последовательно и синхронно работающих, комплексов механизмов [1-4]:
– распределяющих и равномерно укладывающих донную и бортовую постель из соответственно выделенных обожженных окатышей (только в случае
термоупрочнения на конвейерной обжиговой машине);
– подготавливающих равномерное распределение сырых окатышей по ширине обжигового агрегата и высоте слоя;
– выделяющих годную фракцию, с отсевом и возвращением в технологический процесс мелочи (0-8 мм) и крупной +(16-20 мм) фракции (при необходимости), а затем равномерно укладывающих окатыши в обжиговый агрегат по
заданным ширине и высоте слоя.
Для равномерного распределения сырых окатышей в обжиговый агрегат
по заданной ширине используют качающийся (при ширине до 3,5 м) или челноковый (при ширине более 3,5 м) укладчики.
Качающийся укладчик представляет из себя, установленный консольно
на ступице в головной части конвейер, выполняющий возвратно-поступательные движения хвостовой частью в горизонтальной плоскости, с использованием кривошипно-шатунного механизма (рис. 1).
Рис. 1. Качающийся укладчик сырых окатышей:
1 – конвейер ленточный; 2 – электродвигатель привода
ленты конвейера; 3 – редуктор червячный; 4 – муфта;
5 – рама; 6 – лента; 7 – приводной барабан; 8 – натяжной
барабан; 9 – роликоопоры конвейера; 10 – опора;
11 – крепление шарнирное; 12 – кривошипно-шатунный
механизм; 13 – электродвигатель качания конвейера
Расстояние между остановками хвостовой части конвейера равно заданной
ширине укладки сырых окатышей в обжиговый агрегат. Сырые окатыши, разгружаемые с окомкователей на сборный конвейер, подаются с него на голов6

ную часть конвейера качающегося укладчика и разгружаются хвостовой его
частью на заданную ширину роликового грохота-укладчика. После прохождения грохота-укладчика из сырых окатышей отсевается мелочь (0-6 мм), а годная фракция (6-18 мм, или 6-20 мм) загружаются в обжиговый агрегат заданными шириной и высотой слоя. Технические характеристики челноковых укладчиков для разных по ширине обжиговых агрегатов с разной производительностью приведены в таблице 1.
Таблица 1. Технические характеристики качающихся укладчиков
КНЧ
КНЧ
Тип укладчика
КНЧ
800×3000
1400×3000
1600×5000
Производительность, т/ч
До 200
440
580
Ширина ленты конвейера, мм
800
1400
1600
Скорость движения ленты
конвейера, м/с
1,03
0,53
0,67
Максимальная ширина укладки
окатышей, мм
2000
3000
4000
Угловая амплитуда качания
укладчика, град
18
18
15
Число двойных качаний
поворотной части укладчика, мин-1
10,31
10,31
9,87
10
14
3,6
3,5
3,6
4,5
Мощность электродвигателя
привода, кВт:
конвейера
поворотной части
Масса, т
3,68
4,53
10,2
Широкий конвейер с челноковой головной частью. При использовании
обжиговых агрегатов шириной более 3,5 м применение качающихся укладчиков
является нецелесообразным, из-за больших инерционных масс, значительных
динамических усилий возникающих при реверсе укладчика, увеличения длительности прохождения хвостовой разгрузочной части укладчика из одной конечной точки в другую, невозможность увеличения скорости качания выше определенного значения, что вызывает существенную неравномерность укладки
окатышей по длине роликового грохота-укладчика. Поэтому были разработаны,
изготовлены и эксплуатируются устройства, позволяющие распределять сырые
окатыши по ширине обжигового агрегата практически любой величины. Устройство состоит из короткого передвижного конвейера (челнокового распределителя) и широкого (по ширине обжигового агрегата) ленточного конвейера-питателя
(рис. 2, 3). Сырые окатыши, разгружаемые из окомкователей на сборный конвейер, подаются с него на головную часть короткого передвижного конвейера,
с которого разгружаются равномерно по всей ширине широкого конвейера слоем регулируемой необходимой высоты. Сырые окатыши с одинаковой шириной
и высотой слоя подаются широким конвейером на роликовый грохот-укладчик
для загрузки в обжиговый агрегат.
7

Рис. 2. Челноковый распределитель для широкого конвейера-питателя
загрузочного устройства сырых окатышей в обжиговый
агрегат: 1 – рама; 2 – роликоопоры рабочей ветви; 3 – роликоопоры
холостой ветви; 4 – приводной барабан; 5 – натяжной барабан;
6 – грузовое натяжное устройство; 7 – электродвигатель;
8 – клиноременная передача; 9 – рама; 10 – рельсы; 11 – тележка
разгрузочная; 12 – колеса ходовые; 13 – барабан разгрузочный;
14 – барабан отклоняющий; 15 – гидроцилиндры
Рис. 3. Широкий конвейер-питатель для челнокового распределителя
загрузочного устройства сырых окатышей в обжиговый агрегат:
1 – рама; 2 – барабан приводной: 3 – барабан натяжной;
4 – роликоопоры рабочей ветви; 5 – роликоопоры холостой ветви;
6 – горизонтальные ролики; 7 – боковые ролики; 8 – лоток;
9 – ролики отклоняющие; 10 – винтовое устройство;
11 – электродвигатель; 12 – редуктор; 13 – муфта; 14 – рама
подвижной тележки; 15 – роликовый грохот-укладчик
8

Технические характеристики конвейера с челноковой головной частью и
широкого конвейера-питателя сырых окатышей для разных обжиговых агрегатов приведены в табл. 2.
Таблица 2. Техническая характеристика конвейера
с челноковой головной частью и широкого
конвейера-питателя сырых окатышей
Тип конвейера
УЗТМ
(СССР)
³Лурги”
(ФРГ)
³АлисЧалмерс”
(США)
Конвейер с челноковой головной частью
Производительность, т/ч
1100
794
550
Ширина ленты, мм
1600
1400
1372
Длина конвейера, м
10
11,35
42,0
Скорость ленты, м/с
0,8-1,6
0,3-1,0
0,3-1,2
Длина хода головной части, м
5,2
4,0
5,2
Количество двойных ходов
головной части, м-1
5,2
5,2
1,7-6,9
Мощность электропривода, кВт:
конвейера
ходовой части
25
5,5
25
55
29
3,7
Тип привода ходовой части*
Э
Г
Г
Масса, т
28
24,9
65,0
Широкий конвейер-питатель сырых окатышей
Производительность, т/ч
1100
794
550
Ширина ленты, мм
5200
4600
4900
Длина конвейера, м
12
17,0
10,8
Скорость ленты, м/с
0,2-0,005
0,05-0,2
0,04-0,2
Мощность электродвигателя, кВт
10
15
16
* Э – электромеханический, Г – гидравлический.
Роликовый грохот-укладчик, как отмечалось выше, выполняет следующие функции в процессе термоупрочнения сырых окатышей: окончательное
выравнивание нагрузки по всей ширине обжигового агрегата; эффективный
окончательный отсев и возврат в шихту мелочи (0-8 мм) из загружаемых на
термоупрочнение сырых окатышей; выделение годной (8-16 мм, 8-18 мм или 820 мм) фракции и загрузка её в обжиговый агрегат; удаление крупной +(1620) мм фракции, если она не была удалена после окомкователей, и возврат её
после дезинтеграции в шихту.
Конструкция роликового грохота-укладчика аналогична роликовому грохоту сырых окатышей после барабанного окомкователя, но отличается от него
конфигурацией, большой производительностью, шириной и длиной.
9

Общий вид роликовых грохотов-укладчиков для разных обжиговых агрегатов приведен на (рис. 4-6). Рабочая поверхность роликового грохотаукладчика сырых окатышей, в отличие от роликового грохота после окомкователей (в случае отсева только мелочи), разделена по длине на две части.
Рис. 4. Роликовый грохот-укладчик с отсевом только мелочи
Рис. 5. Ролики с индивидуальным приводом грохота-укладчика
обжиговых агрегатов (ОКМ и РТПО) для термоупрочнения сырых
окатышей: 1 –мотор-редуктор; 2 – опоры роликов; 3 – цапфа ролика;
 4 – соединение внутренней трубы ролика с цапфой; 5 – наружная
шлифованная бочка ролика; 6 – внутренняя труба ролика;
7, 8 – упругая муфта; 9 – рама грохота
10