Особенности повышения показателей агломерации

А. А. ПАНЫЧЕВ











            ОСОБЕННОСТИ ПОВЫШЕНИЯ
            ПОКАЗАТЕЛЕЙ АГЛОМЕРАЦИИ



Монография















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2023

УДК 622.341/.7:669.1
ББК 33.4+34.32
      П16





Рецензент:
канд. техн. наук, доцент (НИТУ «Московский институт стали и сплавов») Братковский Евгений Владимирович








     Панычев, А. А.
П16      Особенности повышения показателей агломерации : монография /
     А. А. Панычев. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. - 200 с. :

      ил., табл.
            ISBN 978-5-9729-1567-5


            Приводятся результаты исследований процесса агломерации железных руд и концентратов. Показаны исследования процесса агломерации комплексного железорудного сырья Халиловских месторождений, включая период начала их использования, и современные исследования по совершенствованию процесса и его интенсификации. Исследованы показатели агломерации концентратов обогатительных фабрик Курской магнитной аномалии. При этом показаны исследования, которые привели к патентованию.
            Для научных и инженерно-технических работников горного профиля, а также преподавателей и студентов.


                                                                        УДК 622.341/.7:669.1
                                                                        ББК 33.4+34.32










ISBN 978-5-9729-1567-5

        © Панычев А. А., 2023
        © Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
                               © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023

ОГЛАВЛЕНИЕ


Введение...........................................................5
ГЛАВА 1. Комплексные руды..........................................8
1. Выявленные особенности агломерации комплексного железорудного сырья..............................................................8
2. Использованные методы интенсификации процесса агломерации комплексного железорудного сырья..................................11
3. Особенности окускования (агломерации) комплексного железорудного сырья во вращающейся трубчатой печи ................19
4. Особенности агломерации комплексного железорудного сырья.......31
5. Анализ хода процесса агломерации и обзор методов повышения производительности агломашин и прочности агломерационного спека...41
6. Исследование оптимального содержания MgO в шихте аглодоменного производства......................................................47
7. Метод определения себестоимости агломерата в режиме его производства и минимизации затрат.................................57
8. Способ агломерации рудных материалов для повышения порозности шихты..................................................73
9. Особенности агломерации бедных комплексных руд из отвальных складов в смеси с богатыми концентратами.............76
ГЛАВА 2. Руды Курской магнитной аномалии..........................84
1. Способ агломерации железорудного сырья с увлажнением шихты пульпой...........................................................84
2. Результаты исследований по снижению капитальных и энергетических затрат на подготовку шламов для ввода в аглошихту.................104
3. Параметры агломерации концентратов Курской магнитной аномалии..108
4. Новая математическая модель процесса агломерации..............121
5. Интенсификация процесса агломерации...........................126
6. Исследование влияния параметров на процесс агломерации........135

3

7. Прогнозирование результатов окомкования агломерационной шихты.141
8. Математическая модель процесса агломерации Лебединского концентрата....................................................151
9. Особенности спекания михайловских и Лебединских концентратов за счет добавок твердого топлива...............................159
Библиографический список.......................................176
Приложение 1...................................................178
Приложение 2...................................................179
Приложение 3...................................................180
Приложение 4...................................................194

4

ВВЕДЕНИЕ


    Железо во всех его разновидностях (чугун, сталь и прокат из нее) было и остается главным массовым конструкционным материалом в современном мировом хозяйстве. Главной областью применения черных металлов является машиностроение, где возможности их эффективного использования продолжают расширяться, в частности, благодаря производству стальных изделий с легирующими добавками (например, никель, кобальт, титан, ванадий, хром, редкие земли), повышающими их коррозионную стойкость, жаропрочность и другие качественные свойства.
    Железная руда - основной исходный вид сырья в отрасли. В 2021 г. добыча железной руды в мире составляла 2,6 млрд т. Это на 5,3 % выше, чем в 2020 году (2,470 млрд т). Она являлась одним из самых массовых видов продукции мировой добывающей промышленности, уступая по объемам добычи только углю, нефти и природному газу. Вместе с тем проблемы добычи и подготовки железной руды к металлургическому переделу являются более трудными, чем этих энергоносителей. Крупнейшими странами-производителями железной руды в 2021 году стали:
     • Австралия - 900 млн тонн,
     • Бразилия - 380 млн тонн,
     • Китай - 360 млн тонн,
     • Индия - 240 млн тонн,
     • Россия - 100 млн тонн.
    В целом только около 20 % из всех добываемых железных руд после извлечения их из недр, дробления и грохочения, в виде кускового продукта крупностью 5-130 мм могут подаваться в доменную печь для выплавки чугуна, а 80 % железорудного сырья целесообразно обогащать. Продукт обогаще

5

ния - концентрат является, как правило, сильно измельчённым и непригодным для непосредственного использования в доменной печи. Дело в том, что мелкое сырьё из доменной печи значительно выносится газами. Оставшаяся часть создаёт в печи весьма плотный столб шихты с минимальной газопроницаемостью. Интенсивность доменной плавки резко снижается, ход печи делается неустойчивым. Всё это предопределяет необходимость окускования полученного после обогащения руды концентрата, а также отсевов мелочи после дробления и сортировки богатой руды. Одним из распространённых современных методов окускования является процесс агломерации, которому и посвящена данная работа.
    Агломерация - термический способ окускования мелких материалов (руды, рудных концентратов, отходов, содержащих металлы и др.), являющихся составными частями металлургической шихты, путем их спекания с целью придания им формы и свойств (химического состава, структуры), необходимых для плавки. Это процесс формирования агломерата - закристаллизовавшейся пористой массы из рудных частиц в результате их частичного плавления и последующего быстрого охлаждения. Более 95 % агломерата используется в чёрной металлургии; в цветной металлургии агломерат применяется в алюминиевом, никелевом и свинцовом производствах. Агломерация позволяет вовлечь в переработку отходы других производств, содержащие повышенное количество железа: окалину кузнечных и прокатных цехов, колошниковую пыль доменного цеха, красные шламы глиноземных заводов, пиритные огарки сернокислотных заводов и др.
    В 2021 г. на предприятиях черной металлургии Российской Федерации было произведено 53 400 тыс. т агломерата, производство которого увеличивается с ростом производства чугуна. А дальнейшее развитие доменного процесса требует расширения производства окускованного сырья и интенсификации производственных процессов в области агломерации, направленной на увеличение их экономической эффективности в результате целенаправленного влияния на производительность оборудования, сокращения затрат материалов и

6

энергии, улучшения качества продукции, снижения затрат труда и повышения эффективности автоматического управления.
    В данной работе приведены особенности процесса агломерации комплексного железорудного сырья на примере халиловских руд Южно-Уральского хребта, а также руд крупнейшего бассейна Курской магнитной аномалии.

7

ГЛАВА 1. Комплексные руды

        1. Выявленные особенности агломерации комплексного железорудного сырья

    Вопрос окускования этих руд был поставлен на повестку дня в период проектирования и строительства Орско-Халиловского металлургического комбината (ОХМК). Первые опыты по проверке спекаемости халиловских руд были проведены в институте «Механобр» в 1932 году, которые позволили сделать вывод, что необогащенные оолитовые руды и продукты обогащения этих железных руд легко поддаются агломерации. Полученный в результате испытаний агломерат обладал хорошими механическими и физическими свойствами.
    В начале 1939 г. «Механобр» продолжил опыты агломерации халиловских руд. В отчёте по данным работам констатировано, что халиловские руды наиболее специфичны и сильно отличаются от руд майяри, елизаветинских и малкин-ских влажностью и пластичностью, что усугубляет их подготовку к плавке.
    Механобром для опытов агломерации было отобрано 4 пробы с ЮгоВосточного блока Северного участка Новокиевского месторождения.
    Наиболее детально был проработан вопрос о влиянии влажности руд на грохочение, спекание руды и сравнительных показателей различных методов агломерации.
    В частности, Механобром установлены следующие особенности комплексных Халиловских руд:
    1.     При влажности 32 % прекращается пылеобразование и начинается скатывание руды в шарики.
    2.    При влаге 40 % - сильное скатывание руды.
    3.     При влаге 40-60 % - руда не поддается грохочению и представляет собой тестообразную массу.
    4.    При влаге 70 % - крупные куски обособляются, а мелочь идёт вниз.


8

    При агломерации было отмечено, что:
    1)      При 1300 °C халиловская руда хорошо спекается, тогда как елизаветинская руда только начинает спекаться.
    2)      Агломерат из вращающейся печи обладает прекрасными металлургическими свойствами (высокая прочность, микропористость).
    3)      Спекание с просасыванием в одних случаях дает положительные результаты, а в других - отрицательные.
    4)      Наиболее применимым способом агломерации халиловских руд является спекание во вращающихся печах, другие способы менее рентабельны.
    При окусковывании руды во вращающейся трубчатой печи происходит обогащение руды (по железу, хрому и никелю) за счёт удаления влаги (гигроскопической и гидратной) кислорода, перевод окиси железа в закись.
    Работы Механобра по агломерации являются ценным вкладом в дело промышленного использования халиловских руд.
    Применяя рациональную систему и сортировки руд, подготовки их к плавке - можно значительно уменьшить себестоимость металла и увеличить производительность печей.
    Необходимо также отметить работу Уральского Филиала Академии Наук СССР (УФАН) по изучению металлургических свойств халиловских руд и переделу халиловских чугунов, начатую в 1939 г.
    Целевой установкой этих работ является разработка методов удаления хрома из чугуна и перевод его в шлак при доменной плавке. Хром, как установлено работами металлургов, затрудняет мартеновский передел халиловских чугунов, так как при мартеновании даёт густые пенистые, трудно скачиваемые шлаки. Поэтому проблема массового производства халиловских природнолегированных сталей связана с удалением излишних количеств хрома из передельных чугунов. Для извлечения хрома намечено применение основных добавок (нефелин) в доменную шихту. Тогда же проводилась опытная плавка руд на Салдинском заводе.

9

    Уральским институтом металлов в 1941 году проводились промышленные испытания агломерации орско-халиловских руд на заводах им. Бойкова и им. Орджоникидзе. Эти опыты также дали положительные результаты.
    Проведенные работы Уралмеханобром в 1958 году по спеканию шихты, состоящей из 73,3 % аккермановского концентрата, полученного путем магнетизирующего обжига с последующей магнитной сепарацией; 18,5 % новокиевской рудной мелочи, 6,6 % колошниковой пыли и 1,6 % окалины, показали, что целесообразно вести спекание при основности до 1,5, что позволяет полностью вывести сырой известняк из шихты доменного процесса.
    Орско-Халиловским комбинатом совместно с НИИМ проводились опыты по спеканию аккермановского концентрата и новокиевской руды. В результате этих опытов были установлены оптимальные условия получения агломерата с основностью СаО : SiO2 от 0,5 до 1,65. Полученный агломерат имел высокую прочность - барабанное число составляло 18-20, но сравнительно невысокую восстановимость: 42-50 % при восстановлении водородом или 36-43 % по методике ММК. Установлено также, что замена 5-10 % СаО известняка на СаО извести позволила существенно повысить показатели спекания и качество агломерата.
    Нами на Орско-Халиловском металлургическом комбинате были проведены исследования с целью определения оптимальных условий получения офлюсованного известняком агломерата из новокиевской рудной мелочи с добавлением крицы, прекрасным сырьем для которой является руда Аккермановского месторождения.
    В процессе исследований изучалось влияние на процесс агломерации четырех факторов: содержание в шихте углерода, содержание в шихте известняка, содержание в шихте крицы и новокиевской руды и высоты слоя шихты на аглоленте.
    Влажность шихты изменялась в пределах от 7,5 до 9,5 %. Выявлено, что удельная производительность, вертикальная скорость и газопроницаемость возрастают с увеличением влажности шихты.
    Изучалась зависимость технологических параметров от изменения основности агломерата. Основность агломерата при отыскании оптимального уровня

10

повышалась от 0,3 до 2,5. С увеличением основности агломерата несколько падает выход годного агломерата из спека, а за счет увеличения вертикальной скорости спекания удельная производительность возрастает.
    Исследовали также зависимость технологических параметров от содержания новокиевской руды в шихте и крицы.
    Результаты исследований показали, что наиболее оптимальные условия спекания следует считать при содержании в шихте крицы 28-35 %, новокиевской руды 13 %. Дальнейшее увеличение содержания крицы в шихте приводит к снижению удельной производительности агломерационной установки. новокиевская руда (в количестве до 13 %) увеличивает вертикальную скорость спекания, а, следовательно, и удельную производительность аглоустановки. Прочность агломерата с повышением основности до 2,2-2,5 улучшается, а известняк интенсифицирует процесс спекания.
    Другой рациональный путь подготовки орско-халиловских руд к доменной плавке следует считать агломерацию их в смеси с привозными концентратами.
    Так, опытные спекания, проведенные на ОХМК, смеси новокиевской руды с соколово-сорбайского концентрата дали качественный агломерат и таким способом показали целесообразность использования руд Орско-Халиловского района.
    Спекание проводили при соотношении новокиевской руды 53,5 % и соколово-сорбайского концентрата 46,5 %. При опытном спекании получена удельная производительность: по выходу годного агломерата - 1,14 т/(м² • ч) -1,24 т/(м² • ч); по железу в агломерате - 0,53 т/(м² • ч)- 0,58 т/(м² • ч).
    Результаты дальнейших исследований позволили выявить возможности интенсификации процесс агломерации.

2. Использованные методы интенсификации процесса агломерации комплексного железорудного сырья
Предложены следующие методы оптимизации технологии производства качественного агломерата: оптимизация газодинамических параметров процесса 11

спекания с увеличением разрежения под колосниковой решеткой до 1619 кПа при сокращении подсосов постороннего воздуха; предварительный подогрев шихты; ввод в шихту известняка и извести - пушонки; применение метода двухслойного спекания; улучшение качества смешения шихты; повышение газопроницаемости шихты добавками крупнозернистых руд.
    Увеличение производительности агломашин и улучшение качества агломерата обеспечивается за счет оптимизации газодинамических характеристик агломашин. Совершенствование элементов газового тракта, сокращение подсосов постороннего воздуха - важный резерв повышения техникоэкономических показателей процесса спекания. Так, по обобщенным данным, снижение относительного количества подсосов постороннего воздуха только на 1 % обеспечивает снижение расхода электроэнергии на 0,8-1,8 % и увеличение производительности на 0,2-0,8 % (4).
    Перспективным направлением интенсификации процесса спекания является повышение разрежения под колосниковой решеткой до 16-19 кПа за счет разработки и создания высоконапорных эксгаустеров в сочетании с разработкой эффективных конструкций продольных и торцевых уплотнений агломашин.
    Существенный эффект в увеличении производительности установки и улучшении качества агломерата может обеспечить технология спекания шихты при избыточном давлении газов в слое (до 200-300 кПа) в высоких и сверхвысоких (0,8-1,3 м) слоях. Однако эта технология требует разработки конструкции технологичного и надежного агрегата.
    Сущность способа с подогревом шихты заключается в том, что в ходе процесса агломерации в подогретой шихте не происходит конденсации влаги, благодаря чему поддерживается более высокая газопроницаемость слоя шихты. Сравнение кривых газопроницаемости и температур отсасываемых газов в процессе спекания подогретой и холодной шихт показывает одинаковый характер этих кривых. Однако продолжительность спекания подогретой шихты значительно сокращается.

12