Разработка и исследование технологии агломерации гематитовых руд Большетроицкого месторождения

Берсенев, Иван Сергеевич

Металлургия черных, цветных и редких металлов

автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Разработка и исследование технологии агломерации гематитовых руд Большетроицкого месторождения

кандидата технических наук: Берсенев, Иван Сергеевич
город: Екатеринбург
год: 2011
специальность ВАК РФ: 05.16.02
цена: 450 рублей

Диссертация по металлургии на тему «Разработка и исследование технологии агломерации гематитовых руд Большетроицкого месторождения»

Автореферат диссертации по теме "Разработка и исследование технологии агломерации гематитовых руд Большетроицкого месторождения"

005005181

На правах рукописи

БЕРСЕНЕВ Иван Сергеевич

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ АГЛОМЕРАЦИИ ГЕМАТИТОВЫХ РУД БОЛЬШЕТРОИЦКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Специальность 05.16.02 - Металлургия черных, цветных и редких металлов

- 8 ДЕК 2011

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург - 2011

005005181

Работа выполнена на кафедре «Теплофизика и информатика в металлургии» ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н.Ельцина» и в ООО «НПВП ТОРЭКС»

Научный руководитель:

Заслуженный деятель науки и техники РФ, профессор, доктор технических наук Ярошен-ко Юрий Гаврилович

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Дмитриев Андрей Николаевич

Кандидат технических наук, старший научный сотрудник Жуков Юрий Сергеевич

Ведущая организация:

ОАО ГНЦ «Уральский институт Металлов»

Защита диссертации состоится «23»декабря 2011г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 212.285.05 при ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н.Ельцина» по адресу: г.Екатеринбург, ул. Мира, 19, Главный учебный корпус, ауд. I (зал Ученого совета). Тел. (343) 375-95-49

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н.Ельцина».

Сведения о защите и автореферат диссертации размещены на официальном сайте ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России БЛ.Ельцина»: http://www.ustu.ru и на официальном сайте ВАК Министерства образования и науки РФ: http://www.vak. ed. gov .ru

Автореферат разослан «22» ноября 2011г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, А

доктор технических наук, //

профессор rfXjDOjLQtÇè^i^ Карелов C.B.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Современные технологии агломерации, основанные на результатах фундаментальных исследований российских (С.В.Базилевич, Е.Ф.Вегман, В.И.Клейн, В.И.Коротич, А.В.Малыгин, В.П.Пузанов, Ю.А.Фролов, Ю.Г.Ярошенко и др.) и зарубежных (Г.Г.Ефименко, Ф.Каппель, Р.Клима, Д.А.Ковалев, А.А.Сигов, В.А.Шурхал и др.) ученых и практиков, ориентированы на переработку преимущественно магнетитового сырья. В силу значительного отличия минералогического состава и свойств гематитовых руд от традиционных для России магнетитовых материалов, вовлечение руд Больше-троицкого месторождения в промышленный оборот требует разработки новых технологических режимов и модернизации агломерационных цехов. Последнее обуславливает актуальность исследования особенностей процесса спекания гематитовых руд и разработки технологии их агломерации с целью получения качественного агломерата.

Связь работы с крупными научными программами. Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры России» по теме: «Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров в области металлургических технологий» (Государственный контракт № 02.740.11.0152).

Целью диссертационной работы является разработка и исследование технологии спекания гематитовых руд Болыпетроицкого месторождения на основе изучения тепло- и массообменных процессов при их агломерации.

Для достижения поставленной цели выделены следующие задачи:

1. Исследовать минералогический состав гематитовой руды, способность к грануляции и условия окомкования, позволяющие получать агломерационную шихту с высокой газопроницаемостью.

2. Исследовать процесс спекания и условия формирования качества аглоспе-ка из гематитовых руд, а также усовершенствовать существующие способы оценки теплового состояния слоя.

3. Установить рациональные условия спекания, позволяющие получать агломерат требуемого качества из гематитовой руды при минимальных расходе энергоресурсов и количестве выбросов вредных веществ.

4. Разработать технологию агломерации гематитовых руд Большетроицкого месторождения и определить основные технико-экономические показатели работы агломерационного цеха при ее реализации.

Объект исследования — технология агломерации гематитовой руды Большетроицкого месторождения.

Предмет исследования — процессы окомкования и агломерации шихт, содержащих гематитовые руды.

Методы исследования. При организации лабораторных исследований процессов окомкования и спекания аглошихт с различной долей гематитовых руд были использованы принципы физического моделирования слоевых процессов. Опытно-промышленный эксперимент технологии спекания выполнен на действующем производстве. Измерения осуществляли стандартными приборами, прошедшими государственную поверку, что определило достоверность полученных результатов. При обработке экспериментальных данных использован расчетно-теоретический анализ, основу которого составили положения теории тепло- и массообмена, теории металлургических процессов, закон сохранения энергии и методы математической статистики, при этом противоречий известным физическим и химическим положениям установлено не было.

Научная новизна результатов работы.

1. Исследованы минералогический состав гематитовой руды Большетроицкого месторождения и процесс ее окомкования в составе аглошихты. Выявлено, что гематитовая руда обладает более низкой способностью к окомкованию по сравнению с магнетитовыми концентратами.

2. Развиты модельные представления об условиях формирования минералогического состава аглоспека. Показано, что прочность агломерата, которая, как известно, зависит от его минералогического состава и количества шлаковой связки в его структуре, может быть оценена аналитически на основании химического состава спека.

3. Уточнены особенности влияния теплового режима спекания на макроструктуру и прочность агломерата из гематитовых руд. Установлено, что наиболее существенным фактором, влияющим на прочность агломерата из гематитовой руды Большетроицкого месторождения, служит теплосодержание спека в зоне горения.

4. Получена количественная зависимость полноты горения твердого топлива при агломерации железных руд от соотношения «расход воздуха-расход топлива».

Практическая значимость работы.

1. Показана и подтверждена в ходе лабораторных исследований и опытно-промышленных испытаний возможность производства высококачественного железорудного агломерата из гематитовых руд Большетроицкого месторождения.

2. Предложены наиболее рациональные режимы агломерации гематитовых руд в условиях действующей агломерационной машины ОАО «Чусовской металлургический завод»

3. Предложены технологические режимы агломерации гематитовых руд для условий организации производства агломерата с высокой долей гематитовых руд в шихте. Эти режимы способны обеспечить минимальный расход твердого топлива при удовлетворительном качестве агломерата по гранулометрическому составу и прочности.

Личный вклад автора. Личный вклад автора работы заключается в постановке цели и задач исследования, разработке его методологии, в личном участии в проведении лабораторных и опытно-промышленных исследованиях на агломерационном производстве ОАО «Чусовской металлургический завод».

Автор защищает:

1. Результаты лабораторных и опытно-промышленных исследований процессов окомкования и спекания гематитовых руд Большетроицкого месторождения.

2. Закономерности формирования минералогического состава, структуры и прочности железорудного агломерата из гематитовых руд.

3. Технологию агломерации гематитовых руд Большетроицкого месторождения, реализованную в условиях ОАО «Чусовской металлургический завод».

Реализация результатов. Технологические режимы агломерации гематитовых руд Большетроицкого месторождения в настоящее время реализованы в условиях ОАО «Чусовской металлургический завод». Методики исследования слоевых процессов, разработанные в диссертации, были использованы сотрудниками ООО «НПВП ТОРЭКС» при разработке технологического задания на капитальный ремонт агломерационного цеха ОАО «Уральская сталь» и технологического регламента производства извести на агломашине №7 Аба-гурского филиала ОАО «Евразруда».

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на международной научно-практической конференции «Творческое наследие Б.И.Китаева», УГТУ-УПИ (г.Екатеринбург, 2009 г.) и на научно-технической конференции «Металлургическая теплотехника как основа энерго- и ресурсосбережения в металлургии» ОАО «ВНИИМТ» (г.Екатеринбург, 2010 г.).

Публикации. Основные положения диссертации представлены _5_ печатными работами в изданиях, рекомендованных ВАК, и _2_ печатными работами других изданий.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и 1 приложения, изложена на 136 страницах машинописного текста и содержит 20 таблиц, 25 рисунков и список использованной литературы, содержащий 125 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы и сформулирована ее основная цель.

В первой главе проведен аналитический обзор литературных источников, посвященный проблеме использования гематитовых руд при производстве окускованного железорудного сырья. Установлено, что гематитовые руды

имеют значительную ценность для металлургии России. Однако, технология их агломерации обладает характерными чертами, отличающими их от традиционного магнетитового сырья. Так, способность гематитовых материалов к окомкованию в составе аглошихт, как правило, хуже в сравнении с магнетито-выми, что связано как с низкой смачиваемостью гематита, так и с особенностями структуры поверхности рудных зерен. Спекание гематитовых руд требует повышенного расхода тепла по сравнению с переработкой магнетитовых руд и концентратов. Это обусловлено отсутствием в гематитовых рудах мощного внутреннего источника тепла от окисления БеО магнетита, а также более высокой температурой начала их плавления.

Анализ результатов исследований процесса агломерации железных руд показал, что, несмотря на обширный объём информации о закономерностях образования структуры, минералогического и фазового состава железорудных агломератов, не существует единой точки зрения ни на механизм формирования, ни на влияние отдельных факторов на качественные характеристики железорудных спеков. Указанное обуславливает необходимость изучения условий получения железорудного спека из гематитовой руды Большетроицкого месторождения и разработки технологии производства из них агломерата высокого качества.

Выбор рациональных условий агломерации может быть сделан только на основании анализа физико-химических процессов при окомковании шихты и ее спекании в слое с учетом свойств рудного материала. Создание таких условий возможно с использованием прогрессивных технических решений и приемов, к числу которых относятся спекание в высоком слое за счет повышения газопроницаемости шихты, утилизация тепла охлаждаемого агломерата и технологических газов путем их рециркуляции и другие. Указанные элементы технологии в наибольшей степени удовлетворяют требованию экономичности аглодоменного передела при использовании гематитовых материалов. Однако, количественный эффект от реализации вышеописанных мероприятий определяются видом железорудного сырья и его свойствами, а также условиями конкретного предприятия. Поэтому для обоснованного выбора технологии необходимо:

1. Исследовать состав гематитовой руды и ее способность к грануляции. Определить условия окомкования, позволяющие получать агломерационную шихту с высокой газопроницаемостью из гематитовой руды.

2. Усовершенствовать существующие способы расчета теплового состояния слоя, исследовать процесс спекания и условия формирования качества аг-лоспека из гематитовых руд.

3. Установить рациональные условия спекания, позволяющие получать агломерат требуемого качества из гематитовой руды при минимальных расходе энергоресурсов.

4. Разработать технологические режимы агломерации гематитовых руд Большетроицкого месторождения и определить основные технико-экономические показатели производства при ее реализации.

Во второй главе представлены результаты анализа химического, минералогического и гранулометрического составов гематитовой руды, а также

особенностей ее окомкования в условиях, характерных для агломерационного производства.

Для исследований были отобраны представительные пробы руды из трех скважин Шемраевской залежи Большетрицкого месторождения. Химический анализ руды выявил высокое (64. ..68%) содержание железа и низкое содержание пустой породы (до 3...5%). Гематитовая руда состояла из свободных зёрен оксидов железа (преимущественно гематит) и их включений в кварце. Размеры рудных зёрен от 1 мкм до 1,5 мм. В руде содержался тонкокристаллический кальцит и отмечались одиночные включения сульфидов железа. Состав минералов руды указывает на ее осадочное происхождение, при этом однородной по составу рудной части (гематит) соответствовала полиминеральная пустая порода.

Анализ ситового состава руды с использованием стандартного метода ISO 4701:1999 выявил содержание фракции +2мм - 3,2%; фракции 2,0-1,5мм -1,25%; фракции 1,5-1,0мм - 1,82%; фракции 1,0-0,5мм - 5,58%; фракции 0,50,25мм - 1,78%; фракции 0,25-0,1мм - 24,96%; содержание класса -0,1мм -61,4%.

Полученные данные свидетельствуют о высокой ценности руды Боль-шетроицкого месторождения для черной металлургии. Однако, для достижения высоких технико-экономических показателей процесса агломерации на первых стадиях подготовки шихты необходимо ее окомкование. При определении рациональных условий окомкования были изучены особенности формирования гранулометрического состава аглошихт, содержащих руду, характеристики которой приведены выше.

Исследования были проведены на лабораторном барабане, моделирующем реальные условия процесса окомкования агломерационной шихты. Продолжительность окомкования, обеспечивающая завершенность процесса грануляции, составила 3 минуты. Результаты исследованию! агломерационных шихт, содержащих возврат, флюсы, отходы металлургического производства и рудный материал (магнетитовый концентрат и гематитовая руда в различных соотношениях), представлены в таблице 1.

Таблица 1 — Состав исследованных шихт и результаты исследований

№ Состав шихты, % Свойства шихты

Возврат кокс Гематитовая руда известняк известь Магнеткго- вый концентрат Металлургические отходы Влажность, % Эквивалент нын диаметр _мм_ Степень окомкования %

1 21,5 3,0 0,0 5,5 0,0 36,0 34,0 7,6 1,68 54,8

2 21,5 3,0 11,3 4,9 0,0 25,3 34,0 7,9 1,62 49,6

3 21,5 3,0 22,8 4,3 0,0 14,4 34,0 7,9 1,49 45,8

4 21,5 3,0 45,4 3,7 0,0 0,0 26,4 8,1 1,48 32,4

5 21,5 3,0 0,0 0,0 4,2 37,3 34,0 7,7 1,93 68,9

6 21,5 3,0 11,3 0,0 3,8 26,4 34,0 7,8 1,92 61,3

7 21,5 3,0 22,8 0,0 2,8 15,9 34,0 7,9 1,68 57,4

8 21,5 3,4 52,0 0,0 0,9 0,0 22,2 8,2 1,40 45,1

Согласно полученным данным, повышение массовой доли гематитовой руды на 10% приводит к снижению степени окомкования на 5% (абс.) и росту

содержания мелких неокомкованых фракций (-1,6 мм) на 2...3,5% (абс.). Такое влияние гематитовой руды на комкуемость связано с ситовым составом шихты через удельную поверхность комкуемого материала. При более высоком значении этого показателя гранулированные агломерационные шихты характеризуются большей крупностью комочков. Величины удельной поверхности магнетитового концентрата и гематитовой руды составляют 1500 см2/г и 500 см2/г соответственно. Поэтому при замене концентрата на гематитовую руду имеет место ухудшение гранулометрического состава шихты.

Повышения комкующих свойств исходного сырья для получения офлюсованного агломерата можно добиться за счет введения в шихту извести. Как показали результаты опытов № 5....8 , использование извести взамен известняка при грануляции аглошихт, содержащих гематитовые руды, позволяет повысить степень окомкования на 11,6... 12,7% (абс.), что обусловлено формированием коллоидных частиц при гидратации активного оксида кальция. Однако, тенденция снижения комкуемости шихт при увеличении доли гематитовой руды проявляется и при офлюсовании известью.

Измельчение гематитовой руды способно также привести к улучшению гранулометрического состава аглошихты. Для оценки влияния степени измельчения гематитовой руды на процесс окомкования были проведены эксперименты с использованием проб руды, имеющих различную удельную поверхность. В качестве объекта исследования были использованы лабораторные шихты, содержащие возврат (30%); гематитовую руду (21%) с удельной поверхностью 472 (исходная руда); 713; 924; 1036 см2/г; аглоруду (14%); маг-нетитовый концентрат (14...15,4%); концентрат обожженного сидерита (7%); колошниковую пыль (5,6%); кокс (2,8%) и флюсующие добавки, в качестве которых были использованы известняк и известь. Величина верхнего предела значений удельной поверхности была ограничена значением 1036,0 см2/г. Это связано с тем, что при увеличении удельной поверхности свыше 1000...1100 см2/г использование полученного концентрата целесообразно при производстве окатышей, а не агломерата. Дозировка флюсующих добавок подбиралась с целью достижения основности 0,95 и составляла для известняка 5,6% (опыты №1...4), а при использовании извести - 4,2% (опыты №5...8). Результаты исследования приведены в таблице 2.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что увеличение удельной поверхности гематитовой руды приводит к значительному улучшению качества окомкования шихты: эквивалентный диаметр комочков и степень окомкования повышаются. Таким образом, использование гематитовой руды без специальной подготовки ухудшает гранулометрический состав шихты. Хорошее качество окомкования гематитовой руды достигается при введении в шихту извести и доизмельчении руды до величины удельной поверхности 1000 см2/г. Для получения гранулированной шихты помимо указанных условий необходимо обеспечить влажность исходного сырья на уровне 7,6...8,2% при продолжительности окомкования не менее 3 мин.

Таблица 2 - Результаты исследования влияния удельной поверхности гемати-_товой руды на качество гранулированной шихты_

№ Удельная поверхность руды, с /г Влажность шихты, % Грансостав шихты,% Степень окомкования % Эквивалентный диаметр, мм

+5 мм 3-5 мм 1,6-3 мм -1,6 мм

1 472 7,8 20,0 19,4 29,8 31,8 51,3 1,66

2 713 8,0 21,7 18,7 31,2 28,4 54,8 1,76

3 924 8,0 22,6 23,7 27,4 26,3 55,3 1,86

4 1036 8,0 21,3 30,1 25,4 23,2 59,8 1,98

5 472 7,7 21,5 21,2 30,1 27,2 59,8 1,81

6 713 7,9 23,2 23,0 29,7 24,1 62,7 1,93

7 924 8,1 24,3 22,3 28,1 25,3 69,8 1,90

8 1036 7,9 23,9 29,6 26,4 20,1 70,2 2,13

Результаты исследования особенностей спекания гематитовых руд представлены в третьей главе диссертации.

Анализ литературных источников показал, что прочность агломерата, как критерия металлургических свойств, в значительной степени зависит от его характеристик - структуры и минералогического состава. Эти характеристики, в свою очередь, напрямую определяются содержанием химических элементов в спеке.

Метод исследования, основанный на экспериментальном определении фазового состава отдельных элементов спека, не может дать объективной информации о качестве готового агломерата, поскольку при спекании отдельные микрообъемы слоя характеризуются различным химическим и фазовым составом, что, даже в условиях реализации одинаковых режимов их тепловой обработки, приводит к различным показателям прочности и восстановимости. Поэтому экспериментально (по отдельным пробам) установить достоверную связь между фазовым составом отдельных проб спека с качественными показателями агломерата не представляется возможным. Решение задачи может быть найдено расчетным путем, за счет использования некоторых допущений. Эти допущения при разработке методики расчета минералогического состава железорудного агломерата сводятся к следующим:

1. Химический состав агломерата определяется шестью главными компонентами - оксидами РеО, Ре203, СаО, 8Ю2,1^0 и А1203. Среди них только четыре первых относятся к минералообразующим. Оксиды магния и алюминия, влияющие, главным образом, на морфологию фаз, следует рассматривать как дополнительные. Из-за незначительного содержания этих оксидов в железных рудах Большетроицкого месторождения (от 0,3 до 2,3%) принятое допущение оправданно.

2. Ферриты кальция в составе агломерата присутствуют только в форме двухкальциевого феррита — 2-СаО-Ре2Оз; железокальциевые оливины представлены в агломерате в основном СаОРеО-8Ю2. Именно эти фазы являются статистически преобладающими при формировании минералов, содержащих СаО.

3. Спекание основных масс (зерен) магнетита и гематита, учитывая их высокую температуру плавления (более 1500°С), осуществляется только в твердом состоянии в соответствии с механизмом твердофазного спекания.

4. Степень восстановления оксидов железа зависит от удельного расхода твердого топлива, который определяется особенностями теплового режима спекания. Более высокий расход топлива способствует формированию спека с более высоким содержанием РеО.

С учетом этих допущений формирование конечной структуры спека может представлено как спекание рудных частиц в твердой фазе и кристаллизация из расплава шлаковых составляющих, под которыми понимаются сложные соединения оксидов, содержащие БЮ^ и СаО. Первоначально из расплава кристаллизуется двухкальциевый силикат, в связи с наибольшим сродством образующих его веществ. Количество этого соединения в структуре спека зависит от соотношения образующих его оксидов и может бьггь оценено на основании экспериментальных данных об основности агломерата1.

Дальнейшее формирование минералогического состава агломерата происходит путем кристаллизации из расплава остальных шлаковых составляющих, при этом избыток 8Ю2, не связанный 2СаОЗЮ2, вступает во взаимодействие с БеО и СаО, образуя оливин СаОРеОБЮг. Затем, после израсходования СаО, формируется фаялит 2Ре05Ю2. Избыток оксида кальция СаО переходит в двухкальциевый феррит 2Са0-Ре203. Остальные оксиды формируются в спеке в твердой фазе.

Описанный механизм формирования минералогической структуры агломерата позволяет установить его средний фазовый состав, используя данные химического анализа исходной шихты по основным оксидам БеО, Ре203, СаО, 8Ю2. Методика оценки фазового состава агломерата была дополнена данными о свойствах отдельных фаз спеков2. Они по существу и послужили основой для исследования зависимости прочности спека от прочности отдельных фаз. В расчете принято, что разупрочнение спека происходит по границе шлакового связки за счет разрушения наименее прочной фазы, при этом предельные напряжения в ней рассчитываются в соответствии с выражением: . _ Е5,п-Ф,п- 15,НП-ФГ ,кг/мм2

где б/1 и НП- прочность отдельных прочных (феррит кальция, оливин) и непрочных (силикат кальция, фаялит) фаз шлаковой связки, соответственно, кг/мм2; О; -массовая доля соответствующих фаз, доли ед.

В итоге было предложено выражение (2), отражающее связь между барабанной пробой - а+5 и предельными напряжениями в спеке:

ст+5 = 0,62-5пред + 58,8 % (2)

Проверка адекватности результатов оценки прочности о+5 с использованием изложенной методики осуществлялась путем их сравнения со статистическими показателями работы агломашин ряда предприятий России и СССР. Анализ этих данных показал удовлетворительное совпадение расчетных и фактических значений (максимальная ошибка не превышает 6%(отн.), что свидетельствует о целесообразности использования описанной методики для

1 Базилевич С В. Агломерация. / С.В.Базилевич, Е.Ф.Вегман. - М.: Металлургия, 1967. - 368 с.

2 Киссин Д А. Механизм минералообразовання при спекании офлюсованного агломерата / ДА.Киссин, Литвинова Т.И. // Сталь. - 1960. - №7.

определения предлагаемого параметра прочности агломерата по его химическому составу.

Эти же данные позволяют отметить, что прочностные показатели получаемого металлургического сырья имеют минимальное значение при общем количестве шлаковых компонентов 25...30% (рис.1).

Отмеченная особенность изменения прочности агломерата от количества шлаковой связки хорошо согласуются с имеющимися экспериментальными данными других исследователей. Эта «прочностная яма» возникает при основности, равной 1,2... 1,5. Общепризнанное объяснение такой особенности изменения прочности аглоспека связано с особенностями микроструктуры спека, в котором возникают при охлаждении фазовые и межфазные напряжения. Это соображение может быть дополнено следующим.

Известно, что с увеличением содержания СаО в спеке и его основности растет общее количество связки. Однако, сам по себе этот факт не раскрывает причину потери прочности при основности 1,2... 1,5, что соответствует общему количеству связки в пределах 25...30%. Если обратиться к фазовому составу связки (рис.2), то окажется, что она (связка) при этой основности, главным образом, представлена железокальциевыми оливинами и фаялитом, т.е. фазами которым свойственна невысокая прочность.

Образование ферритов кальция, обладающих более высокой прочностью, для рассматриваемого диапазона основности ограничено. Это утверждение четко подкрепляется анализом данных рис.2, из которого следует, что, несмотря на увеличение количества связки до 25-30% (основности до 1,2), доля ферритов кальция в ней растет незначительно.

Постепенное увеличение количества СаО в исходных материалах способствует изменению фазового состава шлаковых компонентов с переходом от оливинов и фаялита к более прочному ферриту кальция. Последовательное увеличение количества этой фазы обеспечивает формирование более прочной конечной структуры аглоспека. Полученная информация составляет значительный практический интерес, в отношении, например, выбора состава исходного сырья для агломерации.

Содержание шлаковой связки, %

Рис. 1 Фактическое (•) и расчетное (о) значения барабанной пробы агломерата в зависимости от содержания в его структруре шлаковой связки

к 18

Л Е; 16

2 14

к* 12

Ф и 8

X 6

£ О. 4

01 2

о 0

Г)

........ ...... .. Л

л * г »

у • • /

е • у О

•

............<#' ..........,..........

20 30 40

Содержание шлаковой связки в спеке, %

8 £

Рис. 2 Содержание в спеке феррита кальция (•), силикатов и оливинов (о) в зависимости от содержания шлаковой связки

В частности, для получения прочного спека необходимо формирование шлаковой связки на основе ферритов кальция, что достигается при высокой основности и минимальном содержании 8Ю2 в составе шихты. При этом, «провал» прочности для разных типов руд будет наблюдаться при различной основности, в зависимости от их состава и соотношения минеральных составляющих в спеке.

Разработанная методика позволяет оценить барабанную пробу агломерата +5 мм на основании данных о его химическом составе, однако она не учитывает особенности теплового режима спекания. В то же время, конечная структура агломерата формируется именно при высоких температурах и свойства спека зависят и от тепловых условий спекания.

Тепловой режим зоны горения обычно характеризуют либо значением максимальной температуры в слое, либо усредненной по высоте зоны горения температурой. Использование температуры в качестве характеристики теплового состояния слоя связано с достаточной легкостью определения этого показателя как экспериментальным, так и расчетным путем. В то же время, анализ процесса спекания на основе этой характеристики не позволяет раскрыть механизм влияния этого показателя на качество железорудного агломерата.

Более информативным показателем тепловой работы зоны горения, с точки зрения условий формирования структуры, является теплосодержание спека - количество тепловой энергии, принятой агломератом в высокотемпературной области - зоне горения. Это тепло в условиях агломерационного процесса затрачивается на нагрев слоя и образование расплава. Теплосодержание спека в зоне горения /сп может быть найдено с использованием уравнения теплового баланса зоны горения, составленного на 1 кг спека:

=*„= а +0. +й-(& +03 +й +й). (3) "

где теплосодержание спека в зоне горения; с„ („,,- теплоемкость и температура спека в зоне

горения, кДж/(кг-°С) и "С; Qc - тепло сгорания углерода; ()ш - тепло шихты, поступающей в зону горения, включая тепло экзотермических реакций; Q, - тепло воздуха, поступающего в зону горения; <22 - тепло, теряемое с технологическими газами; (Л' О* - величина потерь тепла от химической неполноты горения и механического недожога; (^-потери тепла, кДж/кг.

Физически величина /с„ пропорциональна тепловой энергии, аккумулированной спеком в зоне горения, и включает физическое тепло спека и расплава. Таким образом, теплосодержание спека в зоне горения характеризует развитие процессов спекания, поэтому можно предполагать, что значение это-

го показателя влияет на прочностные показатели агломерата через формирование характерных макроструктур.

Для установления количественной зависимости прочности спека от теплового состояния зоны горения применительно к гематитовым рудам Больше-троицкого месторождения было проведено экспериментальное исследование процесса спекания на установке типа «Аглочаша». Теплосодержание зоны горения варьировали изменением мощности источников и стоков тепла - долей кокса в шихте и долей известняка, что оказывало влияние на соотношение статей теплового баланса. Теплосодержание спека в зоне горения поддерживали в пределах 1,8...4,3 МДж/кг, что соответствует интервалу этого показателя в реальных условиях. Основные результаты экспериментов представлены в таблице 3 и рисунках 3-5.

Таблица 3 - Состав шихт и результаты опытных спеканий

Номер опыта Состав шихты, % Вертикальная скорость спекания мм/мин 'сп- МДж/кг Барабанная проба +5 мм, % Среднемас-совый диаметр куска агломерата, мм

Кокс Руда Известняк Известь Возврат

1 4,5 55,5 0 0 40,0 19,1 1,87 52,80 10,06

2 5,0 54,5 0,5 0 40,0 15,6 2,14 58,00 13,05

3 5,0 54,1 0,9 0 40,0 13,9 2,70 54,60 11,43

4 5,0 53,85 0 2,15 40,0 13,0 2,99 63,30 13,54

5 5,5 54,5 0 0 40,0 11,4 3,19 65,80 12,88

6 5,5 52,5 0 2 40,0 13,9 3,24 60,70 12,65

7 5,5 51,4 0 3,1 40,0 13,3 3,56 62,10 15,23

8 6,0 51,3 2,7 0 40,0 12,1 4,01 71,10 16,51

9 6,0 49,2 4,8 0 40,0 10,8 4,25 76,30 18,67

Полученные данные 85

4,5

МДж/кг

Рис. 3 Зависимость прочности агломерата (выход класса +5 мм) после испытания по ГОСТ 15137-77 от значения /,„

свидетельствуют, что мелкопористая структура, образованная при спекании с минимальной долей жидких фаз (участок А), формируется при относительно невысоких значениях ;сл(до 2,5 МДж/кг). Блочная макроструктура соответствует участку Б (гс„=2,5...3,75 МДж/кг) на рисунках 3-5, при этом при росте теплосодержания в зоне горения происходит укрупнение блоков и рост толщины перегородок, соединяющих их.

1 30

1Л

V 25

8 20 (О

2 15

ую" 5

I у

•

] _________

\ 7 А Б В

1,5

2,5

3,5

4,5 /„, МДж/кг

Рис.4 Зависимость содержания класса +25 мм в агломерате от значения /сп

горения (Я2=0,92):

<7+5=3,092' /сл 3 - 25,7 '¡сп2 + 75,58- /0

Дальнейшее увеличение ¡с (участок В) приводит к значительному увеличению доли расплава и прочности с переходом макроструктуры спека к монолитной.

Аппроксимация экспериментальных данных позволила установить следующую зависимость барабанной пробы +5 мм от теплосодержания спека в зоне

-18,28 ,% (4)

Выражение, связывающее прочность агломерата и значение ¡с„ при спекании гематитовых руд Большетроицкого месторождения, может быть использовано для расчета показателей работы агломашин.

Согласно данным исследований Е.Ф.Вегмана, С.В.Базилевича, В.И.Коротича, А.В.Малыгина и других, наилучшей структурой, сочетающей высокую прочность и хорошую восстановимость в условиях доменной печи, является блочная. Поэтому именно этот тип структуры выбран в качестве обязательного требования к технологии при установлении рациональных условий агломерации гематитовых руд, определение которых служило задачей исследований четвертой главы.

Под такими условиями подразумеваются высота слоя и расход твердого топлива, обеспечивающие, кроме удовлетворительного качества спека, наиболее полное использование тепла при спекании.

Основным источником тепла при агломерации железных руд является твердое топливо, горение которого характеризуется нестационарностью и значительной неравновесностью, что приводит к химическому и механическому недожогу, величины которых составляют соответственно 14... 17 и 5...7% от низшей теплоты сгорания технологического топлива. Задача повышения эффективности использования твердого топлива при агломерации может бьггь решена за счет улучшения условий его горения и, в частности, увеличения

23 -

И 5 г 21 19

£ о 17 15

о С и се 13

3 у. а г о 9

......-...................................

,*.......

А В в

1,5

2,5

3,5

4 5 , МДж)кг

Рис.5 Зависимость среднемассового диаметра куска агломерата от значения /сп

, равного отношению С02/С0 ■С02+С0 (5)

значения стехиометрического коэффициента па в уравнении реакции:

{пст+\уС + {пст+Ъ,5)-02=па где Ог, СО2, СО - содержание кислорода и оксидов углерода в газовой фазе, моль; С - количество окисляемого углерода, моль.

Проведя анализ экспериментальных данных об условиях работы ряда агломерационных цехов России, автору удалось установить зависимость показателя пст от расхода воздуха на горение углерода твердого топлива, равного отношению количества воздуха - Ve, поступившего в слой, к количеству горючего углерода в слое - Gc (рис.6).

g 4 с:

Для промышленных агломашин значение удельного расхода воздуха находится в интервале величин 12,5...15,5 м3 на кг углерода топлива. Увеличение расхода воздуха свыше 15,5 м3/кг приводит к

V,/G0, м /кг

Рис.6 Зависимость стехиометрического коэффициента пст от расхода воздуха на горение

13 14 15 16

высоким потерям тепла с технологическими газами и незавершенности теплообмена между газом

и шихтой. В конечном итоге, температура, необходимая для спекания рудных частиц и получения агломерата, в таких условиях не достигается. Однако, увеличение удельного расхода VJGc способствует росту вертикальной скорости спекания и, соответственно, производительности процесса.

Работа агломашин в области значений КД7С менее 12,5 м3/кг лимитируется процессом горения топлива. Вертикальная скорость спекания в этом случае характеризуется низкими значениями, а спек, как правило, имеет высокие прочностные показатели и содержание РеО. Значением стехиометрического коэффициента Пст при таком режиме спекания составляет менее 1, что сопровождается значительным количеством СО в продуктах горения.

Таким образом, работа промышленных агломашин в достаточно узком диапазоне УвЮс обусловлена необходимостью сохранения баланса интресов между производительностью и качеством получаемого агломерата. Экспериментальные точки зависимости пст =/(У,/Ос) с удовлетворительной точностью (Л2=0,926) укладываются на прямую, описываемую выражением:

иот= 0,727'(К„/Сс) - 8,229 , единицы (6)

Представленные данные позволили сформулировать условия наиболее эффективного использования твердого топлива при агломерации железных руд:

^ТГ^*'*5 , мз/кг (7)

Ос 11 СП ■ Ршс ■ Сш

где С,„ - содержание углерода в шихте , доли ед.; р„ас - насыпная масса шихты, т/м3, ит - вертикальная скорость спекания, мм/мин; У1„ -скорость фильтрации газа, м/с; V, - действительный расход воздуха, м3/ч; (?с - расход углерода твердого топлива на спекание, кг/ч

Таким образом, рациональный, с точки зрения использования химического потенциала твердого топлива, расход твердого топлива на агломерацию составляет:

С Г = С. - = 3,87 • и ^ ,% (8)

где Сося - остаточный углерод в спеке, доли ед.

Величина С™ показывает количество углерода твердого топлива, при котором его горение отличается наибольшей эффективностью: минимальной неполнотой горения топлива и наименьшим содержанием СО в уходящих газах. На основании выражения (8) возможно, за счет выбора значения удельного расхода воздуха, реализовать технологический режим агломерации с наиболее эффективным использованием тепловой энергии топлива.

Удельный • расход воздуха и скорость фильтрации зависят от свойств шихты, высоты насыпного слоя и от разрежения под колосниковой решеткой. Газодинамика слоя, применительно к агломерационному процессу, может бьггь описана с использованием уравнения Дарси-Вейсбаха:

СР л Т° 15 соч

я-^'Т" ()

где у/а -скорость фильтрации газа, м/с; ДР - потери напора в слое, Па; р- плотность газа, кг/м3; Я - высота слоя, м; Т„ и Т, - температуры газа в нормальных и реальных условиях, "К; А — коэффициент сопротивления слоя.

Наибольшую сложность при использовании этого уравнения для расчета газодинамического сопротивления плотного слоя составляет оценка коэффициента сопротивления слоя - А, который существенно зависит от характеристик структуры слоя. На основе статистического анализа данных о работе ряда агломерационных фабрик автором была установлена зависимость этого параметра от насыпной массы шихты, высоты слоя и среднего диаметра частиц:

[V 0,37

Й (10) где ртс - насыпная масса слоя, Я — высота слоя, с1„ -средний диаметр частицы.

С использованием разработанных методик было проведено аналитическое исследование процесса агломерации гематитовых руд. Объектом исследования была выбрана шихта, в состав которой вводили гематитовые руды Большетроицкого месторождения. Предмет исследования - процесс ее спекания на промышленной агломашине, при условии обеспечения максимально эффективного использования твердого топлива. Шихта состояла из гематито-вой руды (61,3...63,3%), возврата (30,0%), извести (2,7%) и кокса (4,0...6,0%). Влажность шихты составляет 7,9%. Химический состав аглоспека представлен

БеО (21,3%), оксидом кальция (2,68%), оксидом кремния (2,5%) и другими составляющими при содержании общего железа 66,3%. Максимальный диаметр кусочка кокса был принят 4,0 мм при массовой доле фракции крупнее 3 мм не более 3%. После смешивания и окомкования эквивалентный диаметр комочка шихты составил 4 мм, насыпная масса слоя 1900 кг/м3. Разрежение в подко-лосниковом пространстве принято равным 12000 Па, что соответствует показателям прогрессивных предприятий отрасли. Высоту слоя изменяли в пределах 0,25...0,50 м, что обусловлено необходимостью наиболее эффективной работы агломашин: при снижении слоя ниже 0,25 м происходит значительный рост выхода мелких фракций (-5 мм) и ухудшение качества спека. Повышение слоя свыше указанных величин не приводит к заметному повышению тепловой эффективности процесса. Результаты расчета приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Результаты теплового расчета процесса спекания

№ Показатель Высота слоя, мм

0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5

1 /сп, МДж/кг 1,87 2,82 3,49 3,92 4,19 4,37

2 Барабанная проба +5 мм, % 53,4 59,8 63,9 69,3 74,6 79,1

3 Содержание углерода в шихте, % 3,48 3,77 3,85 3,82 3,74 3,65

4 Удельная производительность, т/^-ч) 1,57 1,31 1,17 1,08 1,02 0,97

На основании полученных данных сформулированы условия рационального производства для выбранного примера, обеспечивающие наиболее эффективное использование твердого топлива, удовлетворительное качество спека по значению барабанной пробы +5 мм и высокую производительность агломашины. Такие условия для гематитовых руд Большетроицкого месторождения при значении разрежения под слоем 12000 Па, соответствуют спеканию шихты в слое высотой 0,35 м при массовой доле углерода топлива в исходном сырье 3,85%. При этом удельная производительность агломерационной машины составила 1,17 т/(м2-ч), а значение барабанной пробы +5 мм — 63,9%.

В пятой главе представлена технология спекания шихты, содержащей гематитовую руду Большетроицкого месторождения, на агломерационной машине ОАО «Чусовской металлургический завод». Основой для разработки технологии послужили выводы предыдущих исследований и результаты опытно-промышленных испытаний на действующем производстве.

Особенности производства агломерата на ОАО «Чусовской металлургический завод» связаны с широкомасштабным использованием металлургических отходов в качестве исходного сырья, подачей горячего возврата в шихту, одностадийной обработкой шихты в барабанном смесителе, а также упрощенной системой контроля и управления технологическим режимом производства агломерата.

Шихта агломерационной машины включает химические отходы ванадиевого передела, коксовую мелочь, отсев известняка, колошниковую пыль, окалину, металлургический шлам, а также возврат агломерата. В связи с исключительно важной ролью агломерационной машины как объекта рециклин-

га промышленных отходов, возможности использования при агломерации ге-матитовой руды Большетроицкого месторождения ограничены. Единственным компонентом сырья агломерационного производства, источником которого служили сторонние поставщики, была окалина. Поэтому гематитовую руду вводили в аглошихту именно взамен окалины, а объем утилизации других железосодержащих компонентов шихты сохранили неизменным.

Постановка эксперимента осуществлялась путем организации производства трех партий агломерата с различным содержанием гематитовой руды в шихте. В ходе исследований производили определение расходных коэффициентов сырьевых компонентов и природного газа на зажигание, замеряли разрежение под слоем, температуры технологических и горновых газов, а также оценивали высоту слоя шихты, температуру шихты и скорость движения спе-кательных тележек. Кроме того, экспериментально определяли свойства исходной шихты и возврата по ISO 4701:1999, а также прочность агломерата по ГОСТ 15137-77. Результаты испытаний представлены в таблице 6.

Таблица 6 - Состав шихты и основные данные об опытных режимах

Показатель Единица измерения Режим №1 Режим №2 Режим №3

Руда гематитовая кг/т 0 95 182,3

Химические отходы кг/т 121 126,6 109,3

0 Коксовая мелочь кг/т 28 44,3 28,3

Отсев известняка кг/т 68 69 50

S Колошниковая пыль кг/т 68 63,3 64,6

в Окалина кг/т 210 95 0

и Металлургический шлам кг/т 129,5 158 113,3

Возврат кг/т 280,5 257,8 366,5

Вода кг/т 95 91 85,7

Разрежение в общем коллекторе Па 7000 7900 7600

Температура технологических газов °С 200 104 118

Расход природного газа м'/ч 82 83 85

Высота слоя мм 200 210 180

Скорость тележек м/мин 1,0 1,0 0,85

Насыпная масса шихты кг/м3 1640 1650 1620

Температура шихты °с 51 51 61

Производительность агломашины т/ч 35 31,2 22,3

Теплосодержание спека в зоне горения МДж/кг 2,70 2,60 3,20

Fe % 54,8 50,5 48,6

Химический состав FeO % 26,5 27,63 24,78

Качество CaO % 8,8 9,87 10,94

агломерата Si02 % 6,3 6,57 7,18

Ca0/Si02 % 1,40 1,50 1,52

Барабанная проба +5 мм % 65,0 62,8 66,5

Режим №1 являлся базовым. В качестве основного железосодержащего компонента шихты при его организации служила окалина прокатного производства. Режим №2 характеризовался частичной заменой окалины на гемати-

товую руду Болыпетроицкого месторождения, при этом их соотношение в шихте поддерживалось равным. Состав шихты технологического режима спекания №3 включал гематитовую руду в количестве, полностью исключающем использование окалины. Исследования режимов осуществляли последовательно, что обусловило постепенную замену окалины в составе аглошихты на гематитовую руду. Дозировка других компонентов при формировании состава сырья диктовалось необходимостью поддержания заданной основности агломерата и обеспечения утилизации железосодержащих отходов.

Как показали промышленные испытания, замена окалины на гематитовую руду Большетроицкого месторождения приводит к росту газодинамического сопротивления слоя и снижению производительности агломашины, а также увеличению затрат тепла на спекание. Офлюсование агломерата известью и доизмельчение руды для организации эффективного окомкования шихты в период испытаний не были производены и именно этим обусловлено снижение газопроницаемости слоя. Увеличение расхода тепла при использовании гематитовой руды связано с тем, что полная замена окалины на гематитовую руду привела к снижению массовой доли FeO и повышению температуры начала плавления шихты. Шихта с использованием гематитовой руды, обладая более высоким значением температуры начала плавления, требует больших затрат тепла на нагрев до этой температуры, особенно при снижении прихода тепла от окисления FeO. Поэтому тепловой режим агломерации шихты с гематитовой рудой был скорректирован путем увеличения расхода топлива на зажигание и спекание, при этом для условий ОАО «ЧМЗ» температура горновых газов повышена с 1160...1180°С до 12Ю...1230°С при полной замене окалины в составе аглошихты на гематитовую руду.

В соответствии с результатами опытно-промышленных испытаний разработан технологический режим агломерации шихт с максимальным использованием гематитовых руд Большетроицкого месторождения в условиях действующего производства ОАО «Чусовской металлургический завод». Он может быть организован при содержании гематитовой руды и рудных отходов в шихте до 18% и 44% от ее массы, соответственно. При этом массовая доля возврата должна составлять 36,6%, что обеспечивает наилучшие условия окомкования и подогрева шихты для формирования слоя с высокой газопроницаемостью. С этой же целью в смесителе шихта должна увлажняться до влажности 8,5%. Расход твердого топлива должен составлять 28,3 кг на тонну шихты, а расход известняка определяются из расчета основности агломерата, равной 1,3.

Исходное сырье должно загружаться на агломерационную машину слоем высотой 200 мм, что составляет наибольшее значение этого показателя в условиях ОАО «ЧМЗ». После загрузки на агломашину шихта поступает в зажигательный горн, режим работы которого должен предусматривать подачу в слой горновых газов с температурой 1220°С. В процессе спекания разрежение в вакуум-камерах должно составлять не менее 7600Па, а температура технологических газов - не менее 110°С. Указанные требования связаны с необходимостью поддержания полноты процесса спекания.

Реализация этой технологии позволит получать агломерат из шихты, содержащую гематитовую руду Большетроицкого месторождения, при этом производительность агломашины составит 22 т/ч по шихте, а содержание РеО в спеке - 25...30%. Полученный агломерат по прочности (показатель барабанной пробы +5 мм — 65%) и основности удовлетворяет требованиям технических условий предприятия.

Для обеспечения устойчивой работы агломашины с использованием ге-матитовых руд в условиях ОАО «ЧМЗ» с более высокими показателями по производительности и качеству агломерата необходимо модернизировать организацию технологического процесса, а также установить оборудование, соответствующее новым тепловым и газодинамическим условиям работы. Среди направлений модернизации в первую очередь следует выделить:

1. Повышение требовательности к химическому и гранулометрическому составу поступающего сырья, устранение в некоторых компонентах шихты крупных фракций, замену объемной дозировки компонентов шихты на весовую, а также организацию грануляции шихты в барабанном окомковате-ле.

2. Повышение вакуума в газоходной системе путем замены двух работающих в параллельном режиме эксгаустеров СДС-1 на один - более мощный эксгаустер.

3. Совершенствование существующей системы контрольно-измерительных приборов, в том числе установка приборов для измерения высоты слоя, температуры и влажности шихты, контроля уровня засыпи шихты в бункерах и др.

Результаты выполненной работы свидетельствуют о перспективности использования гематитовой руды Большетроицкого месторождения в условиях ОАО «Чусовской металлургический завод», а разработанный технологический режим реализован в настоящее время.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

В диссертационной работе, посвященной разработке и исследования особенности процесса агломерации гематитового сырья Большетроицкого месторождения, получены следующие основные научные и практические результаты:

1. Определены особенности минералогического строения и окомкования гематитовой руды Большетроицкого месторождения. Установлено, что гема-титовая руда требует дополнительной подготовки перед грануляцией, поскольку она содержит значительное количество некомкующейся фракции 0,4... 1,6 мм. Показано, что высокое качество аглошихты может быть обеспечено за счет измельчения гематитовой руды и офлюсования ее известью.

2. Разработана методика оценки минералогического состава агломерата и его прочности на основании данных о химическом составе агломерата. Установлено, что наименьшая прочность агломерата соответствует содержанию шлаковой связки в спеке 25...30%, при этом шлаковая связка представлена в основном силикатами и оливинами.

3. Уточнен механизм формирования макроструктуры агломерационного спе-ка при агломерации гематитовых руд. Показано, что тепловой режим спекания может быть охарактеризован с использованием показателя теплосодержания спека в зоне горения. Установлено, что именно значение этой характеристики является решающим в образовании того или иного типа структуры агломерата и формировании прочности спека.

4. Уточнена зависимость соотношения С02/С0 в технологических газах аг-ломашины путем учета удельного расхода воздуха, на основании которой выявлены условия наиболее полного сжигания твердого топлива при агломерации. Определены рациональные условия спекания агломерата из гематитовых руд как с позиций наиболее полного использования горючих составляющих топлива, так и с позиций обеспечения высокого качества спека.

5. Разработана, прошла промышленную апробацию и частично внедрена в производство технология агломерации шихт с использованием до 18% (от массы шихты) гематитовых руд Большетроицкого месторождения. Выявлены пути модернизации технологии агломерации в условиях ОАО «Чу-совской металлургический завод» и предложены способы их реализации для наиболее эффективного использования гематитовой руды.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Основное содержание работы отражено в следующих печатных работах в научных изданиях, рекомендованных ВАК России:

1. И.С. Берсенев, М.П. Ершов, В.И. Клейн, A.A. Кутузов, Д.Н. Шипицын, Ю.Г.Ярошенко Определение порозности шихты и аглоспека на аглома-шинах // Сталь, 2008, №12, с.34-36.

2. И.С. Берсенев, P.A. Полуяхтов, В.А. Горбачев, М.П. Ершов, Г.А. Зиня-гин, Ю.Г.Ярошенко Перспективы использования гематитовых руд для производства железорудного сырья // Сталь, 2008, №12, с.14—16.

3. И.С.Берсенев, В.И.Клейн, В.И.Матюхин, Ю.Г.Ярошенко Методика оценки качества железорудного агломерата по его химическому составу // Известия ВУЗов. Черная металлургия, 2009, №10, с.З-б.

4. И.СБерсенев, Б.А.Боковиков, В.И.Клейн, A.A. Кутузов, Ю.Г.Ярошенко Газодинамические особенности слоя исходной аглошихты // Сталь, 2010, №9, с. 16—18

5. И.С.Берсенев, В.И. Клейн, В.И.Матюхин, Ю.Г. Ярошенко Снижение энергоёмкости агломашин за счет совершенствования их тепловых схем // Энергобезопасность и энергосбережение, 2011, №3, с.22-26.

В других изданиях:

6. И.С.Берсенев, М.П.Ершов, В.И.Клейн, В.И.Матюхин, Ю.Г.Ярошенко Методика расчета среднего минералогического состава железорудного агломерата // Сборник докладов научно-технической конференции «Металлургическая теплотехника как основа энерго- и ресурсосбережения в металлургии», Екатеринбург: ОАО «ВНИИМТ», 2010, с. 118-121

7. И.С.Берсенев, Б.А.Боковиков, В.И.Клейн, А.А. Кутузов, В.И.Матюхин, Ю.Г.Ярошенко Основные характеристики тепловой работы слоя при агломерации // Сборник докладов научно-технической конференции «Металлургическая теплотехника как основа энерго- и ресурсосбережения в металлургии», Екатеринбург: ОАО «ВНИИМТ», 2010, с. 122-127

БЛАГОДАРНОСТИ

Автор выражает благодарность сотрудникам ООО «НПВП ТОРЭКС» и кафедры «Теплофизика и информатика в металлургии» Уральского федерального университета им.первого Президента России Б.Н.Ельцина за ценные замечания и помощь в подготовке диссертации, что в немалой степени способствовало улучшению материала, изложенного в ней. Особо автор благодарит научного руководителя, профессора, доктора технических наук Ю.ГЛрошенко и кандидатов технических наук В.И.Клейна и В.И.Матюхина за сотрудничество и поддержку при выполнении исследований.

Заказ №1182 Тираж: ЮОэкз.

Типография «Евразия» 620037, г.Екатеринбург, ул. Студенческая, 1а, офис 206 (343) 290 77 90

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Берсенев, Иван Сергеевич

Актуальность работы. Условием высокой производительности доменного процесса - самого масштабного способа получения железа из руд -служит использование окускованного сырья, наиболее распространенным видом которого на предприятиях России является железорудный агломерат. Рудные базы, закрепленные ранее за некоторыми агломерационными цехами РФ, в настоящее время близки к истощению, что выдвигает в качестве одной из приоритетных научно-технических задач поиск и ввод в эксплуатацию новых месторождений железорудных материалов. Одним из перспективных направлений развития горно-металлургической отрасли России является использование гематитовых руд, запасы которых в РФ оцениваются величиной более 7 млрд.т (12,6% общероссийских запасов), из них более 1 млрд.т принадлежат Болыпетроицкому месторождению. Использование залежей этого месторождения позволит снизить дефицит рудных материалов. I Современные технологии агломерации, основанные на результатах фундаментальных исследований российских (С.В.Базилевич, Е.Ф.Вегман, В.И.Клейн, В.И.Коротич, А.В.Малыгин, В.П.Пузанов, Ю.А.Фролов, Ю.Г.Ярошенко и др.) и зарубежных (Г.Г.Ефименко, Ф.Каппель, Р.Клима, Д.А.Ковалев, А.А.Сигов, В.А.Шурхал и др.) ученых и практиков, ориентированы на переработку преимущественно магнетитового сырья. В силу значительного отличия минералогического состава и свойств гематитовых руд от традиционных для России магнетитовых материалов, вовлечение руд Большетроицкого месторождения в промышленный оборот требует разработки новых' технологических режимов и модернизации агломерационных цехов. Последнее обуславливает актуальность исследования особенностей процесса спекания гематитовых руд и разработки технологии их агломерации с целью получения качественного агломерата.

Целью диссертационной работы является разработка и исследование технологии спекания гематитовых руд Большетроицкого месторождения на основе изучения тепло- и массообменных процессов при их агломерации.

Для достижения поставленной цели выделены следующие задачи:

2. Исследовать процесс спекания и условия формирования качества аглоспека из гематитовых руд, а также усовершенствовать существующие способы оценки теплового состояния слоя.

3. Установить рациональные условия спекания, позволяющие получать агломерат высокого качества из гематитовой руды при минимальных расходах энергоресурсов и количестве выбросов вредных веществ.

4. Разработать технологию агломерации гематитовых руд Болыпетроицкого месторождения и определить основные технико-экономические показатели работы агломерационного цеха при ее реализации.

Объект исследования — технология агломерации гематитовой руды Болыпетроицкого месторождения.

Предмет исследования - процессы окомкования и агломерации шихт, содержащих гематитовые руды.

Методы исследования. При организации лабораторных исследований процессов окомкования и спекания аглошихт с различной долей гематитовых руд были использованы принципы физического моделирования слоевых процессов. Опытно-промышленный эксперимент технологии спекания выполнен на действующем производстве. Измерения осуществляли стандартными приборами, прошедшими государственную поверку, что определило I достоверность полученных результатов. При обработке экспериментальных данных использован расчетно-теоретический анализ, основу которого составили положения теории тепло- и массообмена, теории металлургических процессов, ! закон сохранения энергии и методы математической статистики, при этом противоречий известным физическим и химическим положениям установлено не было.

Научная новизна результатов работы.

1. Исследован минералогический состав гематитовой руды Болыпетроицкого месторождения и процесс ее окомкования в составе аглошихты. Выявлено, что гематитовая руда обладает более низкой способностью к окомкованию по сравнению с магнетитовыми концентратами.

3. Уточнены особенности влияния теплового режима спекания на макроструктуру и прочность агломерата из гематитовых руд. Установлено, что наиболее существенным фактором, влияющим на прочность агломерата из гематитовой руды Болынетроицкого месторождения, служит теплосодержание спека в зоне горения.

4. Получена количественная зависимость полноты горения твердого топлива при агломерации железных руд от соотношения «расход воздуха-расход топлива». Практическая значимость работы.

1. Результаты лабораторных и опытно-промышленных исследований процессов ' -окомкования и спекания гематитовых руд Большетроицкого месторождения.

2. Закономерности формирования минералогического состава, структуры и прочности железорудного агломерата из гематитовых руд. 3. Технологию агломерации гематитовых руд Большетроицкого месторождения, реализованную в условиях ОАО «Чусовской металлургический завод». Реализация результатов. Технологические режимы агломерации гематитовых руд Большетроицкого месторождения в настоящее время реализованы в условиях ОАО «Чусовской металлургический завод». Методики исследования слоевых процессов, разработанные в диссертации, были использованы сотрудниками ООО «НПВП ТОРЭКС» при разработке технологического задания на капитальный ремонт агломерационного цеха ОАО «Уральская сталь» и технологического регламента производства извести на агломашине №7 Абагурского филиала ОАО «Евразруда».

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на международной научно-практической конференции «Творческое наследие

Б.И.Китаева», УГТУ-УПИ (г.Екатеринбург, 2009 г.) и на научно-технической конференции «Металлургическая теплотехника как основа энерго- и ресурсосбережения в металлургии» ОАО «ВНИИМТ» (г.Екатеринбург, 2010 г.).

Публикации. Основные положения диссертации представлены печатными работами в изданиях, рекомендованных ВАК, и 2 печатными работами других изданий.

Структура и объем диссертации.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

Абагур - Абагурская аглофабрика;

ВГОК - Высокогорский горно-обогатительный комбинат;

ВОЦ - Высокогорский обогатительный цех;

ЗСМК - Западно-Сибирский металлургический комбинат;

КГОК - Качканарский горно-обогатительный комбинат;

ММС - мокрая магнитная сепарация;

НТМК - Нижне-Тагильский металлургический комбинат;

НЛМК - Ново-Липецкий металлургический комбинат;

ЧМЗ, ОАО «ЧМЗ» - Чусовской металлургический завод;

ШКС - шламо-концентратная смесь;

ППП - потери при прокаливании, доли ед.;

Сок - степень окомкования, %;

Ф - содержание фазы в спеке, %;

А - коэффициент гидравлического сопротивления аглослоя; В - «кинематический критерий», единицы;

Ь - коэффициент, характеризующий долю поверхности топливных частиц в смеси с частицами шихтовых материалов в окомкованном состоянии, доли; С - содержание горючего углерода, %;

СО - содержание оксида углерода (СО) в фильтруемом газе, %; С02 - содержание оксида углерода (СО2) в фильтруемом газе, %; с - теплоемкость, кДж/(кг-°С); <1 - диаметр, м(мм);

БеО, Ре2Оэ, СаО, БЮ2 - содержание РеО, Ре203, СаО, 8Ю2 , %; в - расход, кг/ч (т/ч) ; g - удельная производительность, т/(м -ч) ; Н, Ь - высота, м(мм);

1 - интенсивность зажигания, кДж/(м -мин); г - теплосодержание, кДж/кг;

К - коэффициент, единицы; к - константа скорости реакции горения углерода, моль/с; ш - масса, кг; п -коэффициент, единицы;

02 - содержание кислорода в фильтруемом газе, %;

АР - разрежение под колосниками спекательных тележек, Па; (2 - тепло, кДж/кг; Я - радиус, м; t- температура, °C; U -скорость, м/мин;

V - расход воздуха, м /ч , v - удельный расход воздуха, м3/кг спека, W - влажность, % w -скорость фильтрации газового потока через слой, м/с; z - безразмерная величина, единицы; а - коэффициент избытка воздуха, единицы; аСо и аС02~ коэффициенты, характеризующие скорость образования СО и СО2 при горении углерода на поверхности топливной частицы;

Р - объем топлива, отнесенный к единице массы кислорода, м /кг; у - отношение содержания N2 к О2 в просасываемом газе, единицы;

А - изменение; в - пористость, доли; а - значение барабанной пробы, %; х - время, мин; р - плотность, кг/м3; со -частота вращения, об/мин.

Верхние индексы: к - конец; н - начало; нп - непрочный; п - прочный; рац - рациональный; I -суммарный; +1,6 - относится к комочкам шихты фракции +1,6 мм; п - степень; штрих) - относится к объему зоны горения. Нижние индексы: а - агломерат; ас - аглоспек; в - воздух; воспл - воспламенение; вх и вых - на входе и на выходе; г - газ; зг - зона горения; ист - истинный; карб - карбонаты; м - относится к комкуемой фракции шихты; нас - насыпная; общ - общий; ОВР - окислительно восстановительные реакции; ост - остаточный; О2 - относится к кислороду; пл - плавление; сг - скорость грануляции; сп - спекание, спек; ср -средний; ст — стехиометрический; тек - текущий; т - топливо; тг -технологические газы; уд — удельный; ш - шихта; экз — экзотермические; эк — эквивалентный; энд - эндотермические; с - углерод; i - относится к i-той фазе или фракции; мах - максимальный; о - начальный, при нормальных условиях; t -при определенной температуре; +5 - барабанная проба +5 мм; а - при определенном значении коэффициента избытка воздуха.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ АГЛОМЕРАЦИИ ЖЕЛЕЗНЫХ РУД.

1.1 Особенности состава гематитового железорудного сырья и его металлургической переработки.

1.2 Теоретические представления о формировании аглоспека.

1.3 Современные подходы к выбору рациональных технологий агломерации железных руд.

1.4 Выводы и постановка задач исследования.

2 ИССЛЕДОВАННИЕ СВОЙСТВ ГЕМАТИТОВЫХ РУД.

2.1 Некоторые характеристики гематитовых руд.

2.2 Анализ условий окомкования гематитовой руды.

2.3 Экспериментальное исследование процесса окомкования аглошихт с использованием гематитовой руды.

2.4 Выводы.

3 ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА СПЕКАНИЯ ГЕМАТИТОВЫХ РУД.

3.1 Разработка метода расчета минералогического состава железорудного агломерата.

3.2 Совершенствование методики расчета теплового состояния зоны горения.

3.3 Экспериментальное исследование процесса агломерации гематитовых руд Большетроицкого месторождения.

3.3.1 Описание методики исследований и экспериментальной установкиб

3.3.2 Результаты исследований и их анализ.

3.4 Выводы.

4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ АГЛОМЕРАЦИИ ГЕМАТИТОВЫХ РУД.

4.1 Определение рациональных условий горения твердого топлива

4.2 Совершенствование методики оценки газодинамических параметров агломерационного слоя.

4.3 Определение рациональных условий спекания гематитовых руд

4.3.1 Методика и условия исследования.

4.3.2 Результаты исследования и их анализ.

4.4 Выводы.

5 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ АГЛОМЕРАЦИИ ГЕМАТИТОВЫХ РУД.

5.1 Характеристика агломерационного производства ОАО «Чусовской металлургический завод».

5.2 Разработка технологических режимов агломерации гематитовых руд.

5.3 Опытно-промышленные испытания разработанных режимов.

5.4 Выводы.

Введение 2011 год, диссертация по металлургии, Берсенев, Иван Сергеевич

Рост производства, расширение сортамента металлопродукции и существенное повышение ее качества являются приоритетными направлениями развития металлургической отрасли России и служат улучшению ее конкурентоспособности в рыночных условиях. Достижение указанных целей связано с модернизацией существующих мощностей и введением в эксплуатацию новых, более эффективных технологических линий. Современные металлургические предприятия ориентированы на получение стали по двум преобладающим технологическим схемам: 1) доменная печь - кислородный конвертер - непрерывная разливка стали; 2) металлошихта (металлизованный продукт + железный лом) - электропечь - непрерывная разливка стали[1]. В настоящее время наблюдается тенденция изменения структуры мирового баланса производства стали за счет некоторого снижения доли продукции, полученной по трехстадийной схеме «окускование - доменная печь -кислородно-конвертерный процесс». Однако, в обозримом будущем (по меньшей мере, до 2050 года), именно доменная печь будет оставаться основным поставщиком железа для сталеплавильного комплекса России.

Чтобы преимущества доменной печи как металлургического агрегата проявились в наилучшей степени, необходимо обеспечить наиболее эффективные условия для протекания физико-химических процессов при восстановительно-тепловой обработке за счет повышения качества железорудного сырья и кокса, а также внедрения прогрессивных методов ведения доменного процесса. К настоящему моменту технологические резервы интенсификации доменной плавки (вдувание углеводородов, нагрев дутья, обогащение дутья кислородом и др.) либо исчерпаны, либо близки к этому. Поэтому все большее значение приобретает проблема повышения качества доменного сырья [2].

Для предприятий России характерным является высокая (до 80%) доля железорудного агломерата в доменной шихте, что позволяет считать улучшение его металлургических свойств значительным резервом повышения эффективности доменной плавки. В то же время, ряд месторождений, служащих рудной базой агломерационных фабрик, близки к истощению. Например, запасы для карьерной отработки Оленегорского ГОКа будут истощены в течение 6-9 лет, запасы мелких шахт Златоустовского, Высокогорского, Бакальского, Гороблагодатского рудоуправлений и Магнитогорского комбината будут отработаны к 2012 году [3]. Сложившаяся ситуация выдвигает в качестве одной из наиболее актуальных научно-технических задач поиск и вовлечение в металлургических оборот новых видов железорудного сырья.

Перспективным направлением развития рудной базы черной металлургии является использование гематитовых руд, запасы которых в России оцениваются величиной более 7 млрд.т (12,6% общероссийских запасов) [4]. В то же время, объем добычи этого типа сырья непропорционально мал - не более 0,8% от общей добычи железорудных материалов. Среди подготовленных к освоению месторождений гематитовых руд выделяется Болыпетроицкое, расположенное в Шебекинском районе Белгородской области, с запасами по категориям А+В+С1 более 1,5 млрд.т и средним содержанием железа 64%. Это месторождение располагает мартитовыми и железо-слюдко-мартитовыми рудами, залегающими на глубине 400—600 м. Рудные тела, обладая мощностью до 400 м, состоят главным образом из слабосвязанных и рыхлых составляющих, поэтому при эксплуатации этого месторождения используется метод скважинной гидродобычи - способ подземной разработки, при котором руда на месте своего залегания переводится в гидросмесь и транспортируется по скважине на поверхность. Таким образом, рудный материал этого месторождения представлен мелкодисперсным порошком и для его применения в доменной плавке необходимо окускование. Наличие значительных мощностей в агломерационном производстве ряда предприятий при истощении закрепленных за ними ранее рудных баз предопределяет перспективность агломерации р уд Болыпетроицкого месторождения.

Отличие гематитовых руд от традиционных для России магнетитовых материалов составляет более высокая окисленность железа (в форме БегОз), а также минералогический состав рудных зерен. Поэтому использование гематитовых руд и концентратов в условиях аглофабрик требует исследования особенностей физико-химических превращений при спекании и разработки^ технологии агломерации, обеспечивающей высокое качество доменного сырья. Промышленное освоение залежей этого месторождения предусмотрено Стратегией развития металлургической промышленности России до 2020 года [5] и является важной задачей, решение которой будет способствовать снижению дефицита рудного сырья и повышению эффективности металлургической отрасли России.

Актуальность задачи по вовлечению в металлургическое производство руд новых месторождений позволило сформулировать цель диссертационного исследования - разработка технологии агломерации гематитовых руд Болыпетроицкого месторождения на основе изучения особенностей развития тепло-массообменных процессов при их спекании.

В выполнении лабораторных исследований, промышленных испытаний, а также анализе и обсуждении полученных результатов оказали существенную помощь и поддержку сотрудники ООО «НПВП ТОРЭКС» (г.Екатеринбург) и кафедры «Теплофизика и информатика в металлургии» УрФУ, которым автор выражает искреннюю благодарность. Особо автор благодарит за советы, замечания и помощь в формировании структуры исследований и обработке результатов научного руководителя, Заслуженного деятеля науки и техники, профессора, доктора технических наук Ярошенко Юрия Гавриловича, а также кандидата технических наук В.И.Клейна и доцента, кандидата технических наук В.И.Матюхина.

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ АГЛОМЕРАЦИИ ЖЕЛЕЗНЫХ РУД

В современных условиях возможности повышения эффективности металлургического передела железных руд связаны с улучшением качества окускованного сырья, что влечет за собой снижение затрат материальных и энергетических ресурсов в технологиях доменного производства. Использование любых резервов в этом направлении осложняется неудовлетворительным состоянием рудной базы ряда предприятий, истощением запасов существующих месторождений и увеличением транспортного плеча перемещения сырья от мест добычи и, как следствие - ростом транспортной составляющей себестоимости металлопродукции [3]. Одним из перспективных путей развития металлургической отрасли России является вовлечение в оборот новых типов руд, в частности, гематитовых. Для выбора наиболее рациональных способов использования этого вида сырья необходимо проанализировать существующие теоретические и практические достижения в области агломерации железных руд и определить задачи дальнейшей работы.

1 1.1 Особенности состава гематитового железорудного сырья и его металлургической переработки

Прогресс и повышение технико-экономических показателей работы доменных печей неразрывно связан с улучшением металлургических свойств окускованного сырья, что обеспечивает стабильность режимов работы печей, связанную с условиями протекания тепловых и физико-химических процессов. Окускованное сырье с минимальной разрушаемостью позволяет сформировать в '< шахте доменной печи слой с высокой газопроницаемостью и необходимым распределением газового потока по сечению для оптимального использования его восстановительного и теплового потенциалов, приводящего, в конечном итоге, к экономии кокса, самого дорогостоящего компонента шихты. Именно поэтому вопросам улучшения металлургических свойств рудных составляющих в индустриально развитых странах уделяется большое внимание, а величина инвестиций в проекты, связанные с повышением качества железорудных материалов, превышают все другие затраты на увеличение эффективности доменной плавки.

Современный этап развития металлургии характеризуется широкомасштабным освоением месторождений бедных руд, при обогащении которых формируется мелкодисперсный концентрат. В настоящее время подготовка таких концентратов к доменной плавке осуществляется окускованием с получением агломерата или окатышей. Однозначного вывода о превосходстве одного способа окускования над другим не может быть, поскольку они оба обладают преимуществами и недостатками. Выбор той или иной технологии окускования базируется на учете свойств железорудного сырья, таких как содержание в них железа и шлаковых составляющих, на учете гранулометрического состава компонентов сырья после обогащения и пр. В последнее время наблюдается тенденция роста доли доменного сырья, представленного окатышами, полученными окомкованием мелкодисперсных концентратов [8]. На российских предприятиях доля агломерата редко составляет менее 60% и именно он является основным компонентом шихты[3]. Поэтому одним из наиболее эффективных направлений повышения технико-экономических показателей доменной плавки является улучшение металлургических свойств агломерата.

Исходными компонентами для получения агломерата служат руды и концентраты, от свойств которых во многом зависит качество окускованного сырья [6, 7]. По типу основной железосодержащей составляющей руды делятся на гематитовые, магнетит-гематитовые, сидеритовые, а также руды, минералы которых представлены преимущественно гидрооксидами железа. Подавляющее большинство мировых запасов (до 78%) и добычи (66.69%) железных руд представлено гематитовыми и магнетитовыми материалами, полученными при переработке железистых кварцитов и богатых руд, образованных в коре их выветривания [2]. Значительные запасы подобного сырья сосредоточены в России (Курская магнитная аномалия), в Украине (Кривой Рог), в Бразилии (месторождения Итабири и Итабирита) и некоторых других регионах.

Запасы магнетитовых руд и их хорошая обогатимость методами ' магнитной сепарации обусловили то, что сырьем большинства металлургических предприятий России служат продукты переработки магнитных железняков[4]. В то же время, при исчерпании запасов магнетитов повышается конкурентоспособность практически неиспользуемых руд, к числу которых относятся гематитовые. Перспективы вовлечения гематитовых руд в производство чугуна во многом определяются их свойствами: химическим и минералогическим составом, способностью к окомкованию и др.

Основным железосодержащим соединением гематитовых руд является безводный оксид железа Ре203 [10]. Гематитовое сырье, используемое металлургическими предприятиями, характеризуется высоким содержанием железа — 60.68% (85.97% Ре203), а также низкой массовой долей серы и фосфора, что обусловлено их осадочным происхождением [11-14]. Указанное свидетельствует о высокой их металлургической ценности. Такие свойства, как пористость, восстановимость, гранулометрический состав самих руд для металлургов практически потеряли значение, поскольку подавляющее большинство руд подвергается окускованию [2].

Высокопроизводительная работа агломерационных машин для минимизации энергозатрат требует хорошей газопроницаемости слоя шихты, для чего сырьевые компоненты подвергаются окомкованию.

Прочность гранул и скорость формирования их структуры определяется поверхностными свойствами рудных частиц и гранулометрическим составом исходного сырья, при этом природа рудного материала (гематитовый или магнетитовый) влияет на особенности процесса грануляции именно за счет величины удельной поверхности компонентов шихт - чем выше значение этого показателя, тем больше скорость образования комочков шихты и лучше их сопротивляемость нагрузкам [15,16]. Главным отличием природных гематитовых руд от магнетитовых концентратов является наличие в них коллоидных частиц, которые образуют при взаимодействии с водой гели, способствующие росту прочности межчастичных связей в гранулах аглошихты [6, 17, 18]. Например, добавка 25% алюмогематитовой руды к обжиг-магнитному концентрату Лисаковского ГОКа позволила увеличить вертикальную скорость спекания с 13 до 20 мм/мин [19]. Причиной положительного эффекта использования гематитовой руды послужило наличие в ней глинистых частиц, которые при взаимодействии с водой формируют гель л

А1(ОН)з с высоким (до 2000 см /г и более) значением удельной поверхности.

Как показывают исследования [12], при грануляции гематитовых материалов комочки характеризуются меньшим значением оптимальной влажности (6.8%) по сравнению с магнетитовыми концентратами (8. 10%), что связано с более низкой гигроскопичностью гематита относительно кристаллического магнетита. Согласно другой точке зрения [13, 15], величина оптимальной влажности при окомковании тонкоизмельченных магнетитовых и гематитовых материалов составляет 9.9,5%, а тип рудного материала не влияет на конечную влажность материалов. Гигроскопичность же шихты является функцией только величины удельной поверхности концентрата.

Авторами работы [9] проведено экспериментальное исследование 1 процесса агломерации железорудного концентрата из гематитовой руды месторождения Итакпе-Хилл (Нигерия). Химический состав концентрата характеризовался высоким содержанием железа (61,7%), которое находилось в форме гематита (Ре20з=88,4%) и низким содержанием БЮг - 3,7%. Концентрат состоял, в основном, из частиц фракции 0,4. 1,6 мм дендритной и пластинчатой формы, поверхность которых плохо смачивалась водой. Аглошихта из такого материала отличалась высокой (до 8%) величиной оптимальной влажности и рыхлой структурой гранул, которые разрушались при перегрузке, вследствие чего затруднялось окомкование этой руды. Получение шихты, приемлемой с точки зрения газодинамических характеристик слоя, стало возможно только за счет добавки извести (в количестве 4% от массы исходного сырья), образующей при гидратации гель гидрооксида кальция. Исследование влияния замены концентрата мокрого магнитного обогащения на гематитовую руду в шихте Лебяжинского аглоцеха также выявило тенденцию к ухудшению ее комкующих свойств и снижению газопроницаемости слоя [20]. Так, при повышении массовой доли гематитовой руды в шихте до 50% наблюдалось уменьшение вертикальной скорости спекания на 50% при офлюсовании известняком и на 20% при использовании извести. Согласно этой же работе, улучшение комкуемости шихты возможно за счет измельчения руды. Таким образом, способность гематитовых руд к окомкованию зависит от их гранулометрического состава и величины удельной поверхности шихты.

Подготовленная шихта спекается на агломашине, при этом выбор рационального режима термической обработки зависит от теплофизических свойств обрабатываемых материалов.

Исследования свойств гематитовых руд и концентратов выявили, что их физическая теплоемкость на 25.30% ниже теплоемкости магнетитового сырья, поэтому теплопотребность гематитовых материалов при нагреве и спекании меньше. Однако, в окислительной атмосфере, характерной процессов окускования, спекание магнетитовых руд сопровождается экзотермической реакцией окисления Рез04 до Ре20з [15, 21]. Удельная теплота этого внутреннего источника в большинстве случаев превышает разницу в физической теплоемкости магнетита и гематита, что обуславливает более высокие затраты тепла при нагреве гематитового сырья. Кроме того, при спекании гематитовых материалов баланс окислительно-восстановительных реакций смещен в сторону восстановления, что также требует увеличения расхода тепла[6]. Поскольку жидкофазная стадия спекания осуществляется при участии железистых * расплавов с высокой массовой долей БеО, формирование жидкой фазы из гематитовых руд требует предварительного восстановления гематита. В условиях агломашины это достигается при повышенном (в сравнении со спеканием магнетитовых руд) расходе топлива.

Температура начала размягчения гематитовых материалов, как правило, на 50. 100 °С выше по сравнению с магнетитовыми, а интервал плавления более широкий (на 30.80°С)[15]. Поэтому обеспечение требуемой прочности агломерата из гематитовых руд требует повышения максимальной температуры в слое и более длительной высокотемпературной выдержки материала. Увеличение температуры в зоне горения, большая продолжительность термообработки и отсутствие внутреннего источника тепла от окисления РеО приводят к росту расхода тепла при использовании гематитового сырья взамен магнетитового. Например, при агломерации шихт, содержащих гематитовые руды Криворожского месторождения (Украина) [22] и месторождений Западный Каражал и Большой Ктай (Казахстан) [23, 24], наблюдалось повышение удельного расхода твердого топлива при постепенной замене магнетитового материала на гематитовый. О высокой теплопотребности процесса спекания гематитовых аглошихт свидетельствуют также результаты исследования гематитовых руд месторождения Итакпе-Хил (Нигерия) [9] и металлургического завода в Дургапуре (Индия) [25]: удельный расход кокса при спекании этих материалов составил 80.95 кг/т агломерата. Для сравнения, удельный расход твердого топлива при спекании магнетитовых руд составляет 60.75 кг/т, что на 20.25% ниже [7].

Таким образом, особенностями гематитовых руд и их металлургической переработки являются:

1. Повышенное (до 60.68%) содержание железа преимущественно в форме Ре203, при этом пустая порода представлена кремнистой и глиноземистой составляющими при незначительном содержании фосфора и серы.

2. В зависимости от структуры поверхности рудных зерен и происхождения гематитовых материалов, их способность к окомкованию значительно различается и определяется величиной их удельной поверхности и наличием коллоидных частиц.

3. Спекание агломерата из гематитового сырья характеризуется повышенным расходом тепла по сравнению с переработкой магнетитовых руд и концентратов. Это обусловлено отсутствием в гематитовых материалах внутреннего источника тепла от окисления БеО магнетита, а также более высокой (на 80.100°С) температурой начала плавления в сравнении с магнетитовыми рудами.

Вышеописанные свойства гематитовых руд, раскрывая особенности этого типа сырья только на качественном уровне, не учитывая специфику отдельных месторождений. Переход к количественному описанию физико-химических процессов формирования аглоспека из гематитовых руд возможен при анализе свойств сырья конкретного месторождения и исследовании их способности к окомкованию.

1.2 Теоретические представления о формировании аглоспека

Агломерат представляет собой пористое тело, свойства которого определяются распределением в объеме куска составляющих минералов и дефектов структуры, возникших в результате реализации процессов смешения, окомкования, спекания и охлаждения [26, 27]. Основными структурными элементами спека являются минеральный скелет и поровое пространство. Их распределение в объеме куска определяет прочность железорудного агломерата при транспортировке и в условиях доменного процесса. По мнению авторов работы [26], механизм формирования прочностных свойств спека связан именно I

18 с фазовым и химическим составами минерального скелета, образованного на стадиях смешения и окомкования.

Минеральная часть агломерируемого слоя формируется из компонентов исходной шихты, а также соединений, образованных в результате протекания при высокотемпературном спекании различных физико-химических процессов. Получаемый при этом агломерат имеет значительную неоднородность концентрации отдельных элементов и соединений в различных его микрообъёмах. Прочностные свойства и, как следствие, выход мелочи при транспортировке агломерата зависят от множества факторов, к основным из которых следует отнести свойства минеральных фаз и их распределение в объёме спека между отдельными зернами.

Первоначально прочность агломерата связывали с общим содержанием в его структуре какого-либо отдельного минерала, обладающего резко выделяющимися свойствами, характерными для аглоспека в целом. Основным методом исследования служила экспериментальная оценка прочности спека и отдельных фаз. Д.А.Киссин и Т.И.Литвинова [29] отмечают низкие показатели механической прочности и восстановимости стекловидных фаз офлюсованного агломерата и пришли к выводу об их отрицательном влиянии на качество окускованного сырья. Присутствие в структуре агломерата ферритов кальция, по их мнению, как фазы с наиболее высокими механическими свойствами, наоборот, должно способствовать повышению прочностных показателей спека. Сопоставление данных о содержании указанных фаз в спеке с экспериментальными результатами показало, что прочность агломерата не может быть охарактеризована с использованием информации о прочности только одного преобладающего в его структуре соединения. Это послужило' толчком к поиску оптимальных сочетаний минералов в конечной структуре агломерата. В частности, авторы работ [30, 31] пытались установить количественную зависимость прочности агломерата от содержания стекловидных составляющих - силикатов железа и кальция. Однако, в результате их исследований четких выводов о лимитирующем влиянии сочетаний фаз, обладающих наименьшей прочностью, на конечные характеристики спека, также получено не было.

Несмотря на то, что получение однозначной аналитической зависимости изменения физических характеристик агломерата от вида минеральных составляющих шихты и спека весьма затруднительно, оценка влияния химического состава агломерата, и в частности, основности, на его прочность, представляет значительный практический интерес. Именно этим обусловлена попытка экспериментального исследования формирования структуры агломератов различной основности из концентратов Курской магнитной аномалии [33]. Авторами этой работы не установлена явная зависимость прочности агломерата от количества определённой минеральной составляющей или их сочетаний. Им удалось лишь показать, что существует снижение прочности агломерата в интервале основности 1,2. 1,5, связаное с увеличением числа фаз и возникающим при этом напряжённом состоянии спека. Для объяснения этого явления было выдвинуто предположение, что прочность кусочков зависит не столько от прочности отдельных минералов и их сочетаний, сколько от разупрочнения структуры агломерата при изменении их физических свойств.

Механизм разупрочнения авторами этой работы был описан следующим образом. При медленном охлаждении агломерата происходит изменение его прочности за счёт образования в спеке различных модификаций двухкальциевого силиката. В процессе охлаждения при температуре 657°С имеет место полиморфный переход р-модификации силиката кальция в у-фазу. Процессы этой стадии приводят к увеличению объёма кристаллической решётки на величину до 10%, возникновению напряжений внутри спечённой структуры и к её разрушению. Появление внутренних напряжений в спеке было отмечено и при исследованиях искажений кристаллических решёток основных железосодержащих фаз агломерата[34]. Возможности повышения прочности спека, согласно этим данным, связаны с изменением напряжённого состояния его структуры путем реализации соответствующих режимов термической обработки, включая и выбор оптимальных скоростей охлаждения[35].

Развитием теоретических воззрений о связи минералогического состава аглоспека и его прочности явилось мнение о разрушающем влиянии структурных (межфазных) напряжений на структуру кусочков. Эти напряжения вызваны различием коэффициентов теплового линейного расширения минералов и тех соединений, которые образуются в результате полиморфных превращений [36, 37]. При этом, каждый тип напряжений вызывает специфическую форму разрушения спека и ввиду объёмного характера межфазных напряжений, именно их влияние является определяющим при разрушении железорудного агломерата[38].

В пользу этой точки зрения свидетельствуют данные о разрушаемости агломерата в доменной печи. В частности, на низкотемпературной стадии восстановления происходит снижение прочностных показателей агломерата за счет структурных преобразований при фазовом переходе гематита в магнетит, который сопровождается знакопеременным изменением объёма кристаллической решетки. Возникающие при этом напряжения приводят к частичному разрушению спеков и образованию мелочи [39-42].

Повышение прочности агломерата при восстановлении достигается за счет увеличения в его составе РеО[43, 44, 45]. Причины такой особенности железорудных спеков связаны с тем, что в агломерате большая часть закиси железа находится составе силикатов железа и оливинов. Указанные соединения в условиях доменной печи характеризуются пластичностью, что позволяет обеспечить релаксацию возникающих напряжений внутри кусочков агломерата с минимальным образования трещин и мелочи.

Экспериментальные исследования авторов работы [46] показали, что повышение в исходных компонентах аглошихты содержания А120з вызывает снижение прочности агломерата при восстановлении за счет формирования в спеке алюмоферитов кальция. Железо в этих соединениях, обладая хорошей восстановимостью, уже в верхней части шахты доменной печи восстанавливается до вюстита, который образует твердые растворы с алюминатом кальция. Твердые растворы этих веществ легко разрушаются под действием динамических нагрузок, что приводит к образованию мелочи в доменной печи [47]. Позднее, авторами работы [48] было показано, что увеличение содержания в аглошихте А120з способствует образованию алюмоферритов игольчатой формы и росту прочности агломерата. Таким образом, повышение содержания А120з в составе аглошихты увеличивает содержание алюмоферритов кальция в спеке, влияние которых на прочность агломерата в исходном состоянии и при восстановлении противоположно. Повышение массовой доли этих соединений в структуре агломерата ведет к повышению «холодной» прочности и ухудшению механических свойств в условиях доменного процесса.

Вышеизложенное позволяет заключить, что фазовый состав агломерата оказывает существенное влияние на его прочностные свойства через строение минеральной части, структура которой формирует напряжённое состояние спека. Величина создаваемых напряжений определяет характер разрушений и, в конечном итоге, гранулометрический состав готового продукта. Трудность объективной оценки минералогического строения спека экспериментальными методами и определение влияния величины напряжений на прочность агломерата обусловило актуальность разработки некоторыми исследователями методов расчета минералогического состава агломерата на основе информации о его химическом составе[26, 27]. В их основе лежат общеизвестные диаграммы состояния оксидных систем РеО-Ре2Оз-СаО-8Ю2-А12Оз, дополненные эмпирическими данными, учитывающими неравновесность процесса формирования аглоспека. Широкомасштабное использование подобных методик при исследовании процесса агломерации железных руд сдерживается отсутствием достоверных способов оценки прочности агломерата на основании информации о его расчетном минеральном строении. Очевидно, задача разработки методов оценки не только фазового состава спека, но и его прочности, на основании данных о химическом составе, остается актуальной и сейчас.

Противоречия в экспериментальных результатах, обусловившие трудность определения однозначной зависимости между минералогическим составом и разрушаемостью агломерата, могут быть связаны наличием других факторов, например, пористости и трещиноватости агломерата[32, 49]. В ряде случаев эти факторы могут настолько снизить прочность получаемого спека, что влияние минерального состава может оказаться несущественным. Поэтому сложный многофакторный процесс структурообразования с получением в качестве готового продукта железорудного агломерата требует анализа условий формирования макроструктуры, обусловленными как параметрами исходной шихты, так и режимом ее жидкофазного спекания[28].

Первая попытка теоретически связать формируемую при жидкофазном спекании макроструктуру спека и его прочностные показатели была осуществлена С.Т.Ростовцевым[50]. Подтверждение и дальнейшее развитие установленных им качественных зависимостей было получено в работах В.Я.Миллера[51], Д.Г.Хохлова[52], В.И.Коротича[53] и др. В работе [54] выполнена классификация структуры агломерата и установлена связь физических свойств спека и условий его получения на основе «контактной» теории упрочнения. Характеризуя прочность агломерата по его гранулометрическому составу после приложения разрушающих нагрузок и сопоставив её с макроструктурой спека (характеру расположения и строению пор), было выделено три основных типа структур агломерата: мелкопористая, крупнопористая (кавернозная) и монолитная. Формирование того или иного типа структуры связывали с развитием процесса образования расплава и усадки слоя, при этом аглоспек из гематитовых руд характеризовался преимущественно крупнопористой и монолитной макроструктурой.

Формирование мелкопористой структуры (с порами диаметром не более 4 мм) возможно путём спекания мелкой и однородной по крупности шихты, обладающей высокой плотностью (насыпной массой). Такая шихта создаёт условия относительно равномерного распределения газового потока по объёму материала при пониженном расходе топлива на спекание, благодаря чему формируется сравнительно широкий интервал температур плавления расплава с высокой вязкостью. Подобная структура образуется при производстве неофлюсованного агломерата из магнетитового концентрата с добавками мелкого возврата и исходным содержанием в шихте 2,5.3,5% твердого топлива. По мнению А.А.Салыкина[56], условия для формирования малопористой структуры агломерата можно обеспечить при сокращении массовой доли твёрдого топлива с одновременным увеличением продолжительности внешнего нагрева и повышением температуры газов, поступающих в слой.

Крупнопористая структура характеризуется неравномерным распределением пор размером до 10. 15 мм. Её формирование происходит из шихты с пониженной насыпной массой, существенным значением потерь массы при прокаливании и узким интервалом температур плавления с формированием жидкотекучего расплава. Это относится, в первую очередь, к получению офлюсованного агломерата основностью 1,2. 1,5 при «среднем» расходе твердого топлива на спекание.

Монолитная структура состоит из отдельных участков застывшего расплава размером 15.20 мм и более, соединённых между собой перемычками. Ее формирование наблюдается при агломерации высокоосновных шихт с повышенным расходом топлива.

На основании анализа экспериментальных данных С.В.Базилевичем было выдвинуто предположение о существовании однозначной связи между характером пористости спека и типом макроструктуры [55]. Согласно этой гипотезе, основной объем пор в агломерате представлен крупными порами, образованными при усадке микрообъемов шихты. Повышение доли этих пор в общей пористости спека позволяет осуществлять переход от мелкопористой структуры агломерата к блочной и далее - к монолитной. При этом, одним из основных факторов, влияющих на пористость, по мнению С.В.Базилевича, служит подвижность расплава.

Ряд исследователей в качестве характеристики, позволяющей определять прочностные свойства агломерата, использовали среднюю толщину стенки между порами[56, 57]. По их мнению, влияя на этот параметр можно изменять прочностные показатели аглоспека как в исходном состоянии, так и в процессе восстановительно-тепловой обработки. Увеличение толщины 1 стенок и уменьшение степени уплотнения в микрообъёмах способствует росту прочности агломерата. Однако, эти параметры сложно контролировать, поскольку их значения зависят от масштаба выбранного для исследования элемента.

Изучение процесса спекания офлюсованного агломерата показало, что отличительной его особенностью является экстремальный характер зависимости выхода мелочи при испытаниях от количества расплава [58]. Для объяснения такой зависимости была привлечена информация о содержании в составе спека стекловидных и кристаллических фаз, образованных при охлаждении расплава, с использованием которой было определено, что преобладание хрупких стекловидных составляющих в структуре агломерата способствует снижению его прочности. По данным отдельных авторов, количество расплава, обеспечивающее максимальную прочность, должно быть от 50.60% [58] до 70.80% [59, 60]. Данные работы [61] указывают на целесообразность получения прочного агломерата при невысоком расходе твёрдого топлива с перемежающимся расположением частиц исходных компонентов в расплаве.

Указанные исследования являются развитием представлений о влиянии минералогического состава спека на его прочность, дополненные данными о тепловых условиях спекания. Однако, в силу противоречивости экспериментальных результатов, вывод об оптимальном количестве жидкой фазы является неоднозначным и зависит от свойств конкретных компонентов шихты.

Таким образом, макроструктура спека зависит от свойств расплава и теплового режима спекания. В то же время, количественно эти параметры для различных типов руд не определены, что требует для каждого типа сырья проведения экспериментальных исследований.

Особенности кинетики спекания зависят от начальной пористости исходных составляющих шихты, условий образования жидкой фазы и ее количества, взаимной растворимости компонентов, природы расплава и т.д. Поскольку реальные агломерационные расплавы содержат до 50% (по массе) БеО [6], пристальный интерес исследователей вызывало влияние этого ! соединения на прочность агломерата.

Массовая доля закиси железа в составе агломерата определяется степенью развития окислительно-восстановительных процессов в слое, типом сырья, составом и количеством шлакообразующих соединений, а также расходом твёрдого топлива [6, 18, 62]. Однозначная зависимость содержания БеО и прочности агломерата от расхода твердого топлива неоднократно отмечалась исследователями [6, 7 и др.]. Последнее обусловило ее использование в качестве характеристики структуры и прочностных свойств [54]. Так, при спекании богатых по железу неофлюсованных шихт с увеличением расхода топлива происходит возрастание механической прочности спека[65]. При' увеличении основности агломерата до 1,5.2,5 его максимальная способность противостоять механическим воздействиям проявляется при значении БеО равном 8.9%. По данным работы[66] увеличение основности шихт смещает положение максимума прочности в сторону более низкого содержания БеО в спеке. При этом рост прочности до максимального значения связан с обеспечением условий образования расплава, а дальнейшее снижение -формированием хрупкого стекла, склонного к образованию мелочи при приложении к спеку нагрузок.

В то же время, для обеспечения высокой восстановимости спеков, повышения температуры начала их размягчения при восстановлении с целью снижения газодинамического сопротивления столба шихты в доменной печи и сокращения удельного расхода кокса, необходимо стремиться к получению агломерата с низким содержанием закиси железа[63, 64]. Таким образом, условия получения агломерата с высокими прочностью и восстановимостью кардинально различаются.

Экономия коксовой мелочи и уменьшение содержания БеО в спеке возможны за счет подачи в слой подогретого воздуха, что способствует понижению уровня максимальных температур в слое и оптимизации температурно-временных условий спекания[67, 68]. При этом достигается получение агломерата с содержанием БеО не более 6% при высоких показателях прочности и восстановимости спека. Обогащение просасываемого воздуха кислородом, а также использования газовой агломерации и увеличение высоты слоя позволяют получить аналогичные результаты.

Вышеизложенное указывает на то, что прочностные свойства железорудного агломерата не связаны однозначной зависимостью с содержанием в нём закиси железа и обусловлены особенностями организации теплового режима спекания.

Наилучшие тепловой и температурный режимы для получения агломерата, обладающего высокими прочностными качествами с содержанием 3.5% БеО из гематитового сырья гематитового сырья возможны [6 8]:

- при спекании богатых по железу окисленных руд с низким содержанием кремнезема (не более 5,4.5,6% в готовом агломерате);

- при основности агломерата 1,6 и более;

- при многостадийном окомковании шихты;

- при использовании мелкого коксика размером 1.2 мм с накатыванием его на поверхность гранул шихты;

- при повышенной высоте слоя (до 600.700 мм);

- использования двухслойной загрузки с пониженным содержанием твёрдого топлива в нижней части слоя;

- при формировании температурно-временных условий спекания, когда максимальные температуры в слое не превышают 1300°С, а время нахождения шихты при температурах выше 1100°С составляет не менее 2,7 минут.

При использовании данных технологических приёмов гематит исходной шихты, как один из источников разупрочнения агломерата при восстановительно-тепловой обработке, замещается мелкозернистым (игольчатым) ферритом кальция, что приводит к повышению прочностных свойств агломерата. Следует отметить, что представленная выше информация направлена на оптимизацию существующей технологии и не содержит данных об особенностях формирования спека и характеристиках шихты. Поэтому ее следует рассматривать как рекомендации по разработке технологии, которые необходимо дополнить особенностями конкретного вида сырья.

Создание основы для получения прочного агломерата, по мнению авторов работ [69, 70], возможно путём формирования компактных скоплений частиц и гранул исходной шихты размером менее 3 мм. Эти реакционные объёмы становятся активными участниками фазообразования. Более крупные частицы шихты практически не принимают участия в процессе формирования агломерационной структуры, переходя в спек в виде слабоизмененных включений. Активные объёмы, за счет повышенного содержания СаО и Ре2Оз, являются источниками первичного расплава из ферритов кальция, образованных на стадии твердофазного спекания. В пределах этих объёмов процессы фазообразования протекают в условиях, близких к равновесным, и, оказывая влияние на их распределение в слое, возможно осуществлять целенаправленные мероприятия по управлению спеканием включая, в частности, тепловой режим в слое.

Управление тепловым режимом при агломерации осуществляется путем создания определенных температурно-временных условий в слое либо за счет изменения мощности источников тепла, либо за счет продолжительности их воздействия на шихту [6]. Такая постановка задачи, применительно к процессам спекания железорудных материалов, позволяет использовать для характеристики теплового режима два параметра: температуру формирования спека и время выдержки исходного сырья при этой температуре. Использование существующих инженерных методик расчета этих показателей [6, 21, 71-74] связано с необходимостью выявления количественной зависимости прочности спека от условий тепловой обработки шихты на основе эмпирических данных. Кроме того, аналитические методы оценки теплового режима агломерации основаны на ряде допущений (об особенностях теплообмена, полноте горения топлива и пр.), которые при использовании нового типа руд, не исследованного ранее, требует уточнения. Указанные особенности затрудняют выбор рациональных тепловых режимов агломерации гематитовых руд без предварительных исследования процесса спекания.

Таким образом, несмотря на обширный объём информации о закономерностях формирования минералогического и состава структуры железорудных агломератов, не существует единой точки зрения ни на механизм формирования, ни на влияние отдельных факторов процесса спекания на качественные характеристики искусственных структур железорудных спеков. Однако, не вызывает сомнения факт определяющего влияния на процесс спекания и качество железорудного агломерата вещественного состава исходных материалов и его теплового режима. Следовательно, для разработки технологии спекания гематитовых руд необходимо:

1. Усовершенствовать существующие методики расчета минералогического состава агломерационного спека для обеспечения возможности их использования для определения качественных показателей агломерата.

2. Исследовать особенности формирования агломерата из гематитовых руд Большетроицкого месторождения для разработки рациональных режимов их спекания.

1.3 Современные подходы к выбору рациональных технологий агломерации железных руд

Технология производства железорудного агломерата на современных фабриках окускования включает операции, связанные с подготовкой исходных компонентов, их спеканием и обработкой агломерационного «пирога», что обеспечивает коренное преобразование мелкодисперсного рудного сырья в кусковый продукт. Расход тепловой энергии на получение агломерата в масштабах России составляет более 6 млн.т. условного топлива, поэтому аглофабрики являются одними из наиболее энергоемких предприятий. Более того, производство агломерата является мощным источником выбросов пыли, оксидов углерода и азота, а также других вредных соединений, из-за чего агломерационные цеха металлургических предприятий являются основными загрязнителями атмосферы окружающих территорий. Совершенствование тепловых и технологических схем существующих агломерационных машин за счет снижения удельных расходов энергоресурсов при минимальном загрязняющем воздействии на природу и здоровье людей представляет собой одну из главных задач в решении экологических и энергосберегающих проблем на современном этапе развития металлургии России [5].

Важным условием рентабельности металлургических предприятий служит высокопроизводительная работа агрегатов для получения качественного V агломерата. Взаимосвязь производительности, качества спека и удельных '/-* энергозатрат отличается нелинейным характером, что обусловлено развитием физико-химических процессов, протекающих в слое, и сложностью характера их влияния друг на друга. Для изучения этих связей необходимы исследования наиболее важных сторон агломерационного производства.

Одной из наиболее ответственных стадий процесса спекания является зажигание. На этой стадии инициируется горение твердого топлива шихты, а также обеспечиваются благоприятные тепловые условия для спекания верхних горизонтов слоя [72]. К настоящему времени у специалистов отсутствует единая точка зрения на выбор режима и способа зажигания аглошихты. Существуют предложения производить высокотемпературный нагрев и зажигание шихты традиционным способом - просасыванием через слой высокотемпературных продуктов горения газообразного или жидкого топлива, дополненным инфракрасным излучением [75], энергией лазерного луча или плазмой [76, 77], дополнение воздействием магнитного поля на спек [78] и т.д. Несмотря на появление новых способов зажигания, традиционный факельный способ не утратил своих позиций и остаётся основным. Определение продолжительности и выбор температурного режима зажигания шихты производится на основании анализа теплового состояния слоя, дополненного требованиями обеспечения условий полного выгорания углерода у поверхностных горизонтов аглоспека и достижения необходимых параметров термообработки материала [6, 7, 72]. Дискуссионным вопросом остается также выбор состава горновых газов. Выделяют три типа режимов зажигания: нейтральный, восстановительный и окислительный, при этом отдается предпочтение окислительному, как режиму, позволяющему обеспечивать устойчивое горение топлива в слое при минимальных затратах энергоресурсов [6]. Однако, и среди сторонников окислительного зажигания идёт дискуссия о значении минимально допустимой концентрации кислорода в горновых газах, не вызывающей торможения процесса горения твердого топлива. Авторы работы [79] предлагают ограничить нижний предел содержания кислорода в продуктах горения 6%, в монографии [80] определено значение этого показателя 8%, а зарубежные авторы [81, 82] считают целесообразной величину 15%. Вероятнее всего, столь широкий интервал значений вызван различными условиями, в которых работали исследователи (по содержанию углерода в шихте, по виду газообразного топлива, по длине горна и времени зажигания и т.д.). Авторы работы [83], анализируя многочисленные статистические данные, установили, что повышение содержания кислорода в горновых газах свыше 15. 17% малоэффективно. Рост объемной доли кислорода в горновых газах более указанных величин за счет увеличения коэффициента избытка воздуха приводит к снижению температуры в горне до значений, при которых невозможно устойчивое воспламенение твердого топлива. Подача же в факел технического кислорода связана с удорожанием продукции, значительно превышающем положительный эффект этого мероприятия.

При спекании агломерационной шихты с равномерным распределением топлива в объеме слоя нижние горизонты слоя получают гораздо больше тепла, чем верхние, благодаря переносу физического тепла из верхних горизонтов. Это сказывается на равномерности свойств агломерата по высоте спеченного слоя, к формированию низкой прочности агломерата на верху слоя, материал которого впоследствии переходит в возврат, снижая производительность установки, а также к образованию сильно оплавленной структуры агломерата у поверхности колосникового поля.

Для смягчения влияния этого фактора используют двухслойную загрузку шихты с различным содержанием углерода, при этом верхний слой содержит на 1.2% (абс.) больше твердого топлива, чем нижний. Как показали лабораторные испытания и опыт работы аглофабрик, при использовании этого способа общая экономия топлива при агломерации железных руд составляет около 15%[71].

Слабым местом такой технологии является повышение газодинамического сопротивления слоя на границе двух шихт, а также сложность в организации загрузки слоя на аглоленту. Кроме указанного способа, управление распределением топлива в объеме слоя может производиться за счет использованиия роликового укладчика [84], за счет использования электромагнита [85, 86], а также путем регулирования угла наклона отражательного листа загрузочного устройства для организации сегрегации топлива между верхними и нижними пластами слоя шихты [6]. Среди этих технических решений наибольшее распространение на предприятиях России нашел последний, который по мнению Ю.А.Фролова и В.И.Коротича, характеризуется наибольшей эффективностью. Кроме того, преимуществами указанного способа служат простота конструкции и удобство эксплуатации оборудования для его реализации.

Наиболее доступным средством выравнивания температур по высоте слоя является комбинированный нагрев - подача дополнительного физического тепла горячего воздуха, получаемого в отдельно стоящих воздухонагревателях типа «Каупер», либо за счет дополнительного химического тепла при сжигании газа в горелочных устройствах [73], устанавливаемых сразу за зажигательным горном. С помощью воздухонагревателей создаются условия для подачи воздуха с температурой до 1000.1100°С в спекаемый слой. Такой способ обеспечивает увеличение прихода тепла в верхние горизонты слоя, что улучшает условия формирования спека, повышает выход годного агломерата и способствует росту производительности агломашины. При удлинении зоны внешнего обогрева общий расход топлива на процесс агломерации может быть снижен на величину до 10.25%. При подаче горячего воздуха с температурой 300-400°С из охладителя готового агломерата в зажигательный горн и в головную часть агломашины за горном возможно сокращение расхода твердого топлива на 8.10%[87].

Одно из перспективных технических решений, направленных на интенсификацию технологических процессов, связано с применением слоевого сжигания природного газа, позволяющего обеспечить получение заданных температурно-тепловых, а также окислительно-восстановительных условий обработки кусковых материалов по высоте слоя [88, 89, 90]. Научные основы этого направления совершенствования процесса агломерации были заложены и развиты сотрудниками кафедры «Теплофизика и информатика в металлургии» УрФУ под руководством В.И.Лобанова.

Первоначально указанный выше способ повышения интенсивности тепло-и массообмена был использован при производстве железорудных окатышей. Его преимущества перед традиционным обжигом с подачей продуктов сгорания газообразных топлив в слой связаны с более полным использованием тепла и экономией до 4.5% топлива. Кроме того, совместная подача воздуха с относительно низкой температурой и газа в слой позволяют уменьшить площадь зон обжига и снизить конечную температуру окатышей. Последнее указывает на перспективу повышения производительности обжиговых машин.

Свое развитие в агломерации этот способ нашел трудами В.И.Матюхина[90]. Конструктивно сжигание газообразного топлива в слое на агломашине может быть организовано путем подачи природного газа в пространство над слоем специальным газо-воздухораспределительным устройством (ГВРУ). Газ системой труб подается в пространство над слоем, где смешивается с воздухом и засасывается в слой. Расход газа подбирается так, чтобы коэффициент расхода воздуха составлял 5. 7. Такие условия гарантируют режим слоевого сжигания без образования открытого факела.

Промышленные испытания в условиях ОАО «Серовский металлургический завод» [89] показали, что при использовании комбинированного топлива получаемый агломерат имеет менее оплавленную структуру и характеризуется повышенной пористостью. При его использовании наблюдается возрастание количества крупных фракций как в готовом агломерате, так и в барабанной пробе. При расходе природного газа в ГВРУ до 40% от общего расхода газа на агрегат (расход твердого топлива в шихте 2,5.3,0%) производительность процесса агломерации увеличилась на 8,6%(отн.) на каждые 10%(отн.) повышения доли расхода природного газа. Такие показатели достигнуты за счет выравнивания температур по высоте слоя при сжигании газа непосредственно в слое шихты. При более глубоком протекании окислительных процессов произошло также снижение содержания БеО в конечном продукте до 12. 14%. Слоевой способ сжигания газа благоприятно повлиял и на экологические показатели процесса. Так, содержание СО в дымовых газах сократилось на 5,0% и пыли на 1,02% на каждые 10% повышения доли расхода природного газа, сжигаемого с использованием ГВРУ. Одновременно на фоне общего снижения выбросов сернистых соединений, обусловленного уменьшением удельного расхода твердого топлива произошло перераспределение серы между спеком и технологическими газами. Количество серы в готовом продукте сократилось на 17. 18%, а в технологических газах несколько выросла концентрация БОг- Кроме того, увеличился (в пределах допустимых норм) выход оксидов азота, что связано с ростом температуры в зоне горения.

Испытания подобной технологии в условиях ОАО «Южный горнообогатительный комбинат» (Украина) [88] показали, что замена части твердого топлива на газообразное, сжигаемое в слое, позволяет снизить затраты тепла на 0,9% (абс.) и выбросы оксидов серы и азота на 5,3%(отн.) при сохранении качественных показателей агломерата на требуемом уровне.

Получение качественного агломерата (по показателю барабанной пробы, доли крупных фракций и др.) при низких затратах твердого топлива характерно для технологии спекания в высоком слое (до 700 мм) [71, 92]. Преимущества агломерации в таких условиях связаны с ростом доли тепла, регенерируемого в слое, что улучшает энергоэффективность процесса спекания и сопровождается экономией твердого топлива. Кроме того, спек при таких условиях агломерации характеризуется более равномерной структурой по высоте слоя. Ограничения по распространению этого способа связаны, в первую очередь, со снижением газопроницаемости шихты из-за ее уплотнения просасываемым газом. Поэтому организация технологии спекания в высоком слое возможна только для узкого класса грубозернистых руд при высоком вакууме под слоем. Практические возможности повышения слоя железорудных шихт ограничиваются его высотой 600.650 мм[72].

Спекание в высоком слое можно реализовать при использовании способа вакуумно-дутьевой агломерации [91]. Технологический режим спекания в этом случае не зависит от газопроницаемости исходной шихты и позволяет производить агломерацию железных руд в слое высотой 500-600 мм и более без ухудшения качественных показателей конечного продукта. При этом увеличивается производительность агломерационной машины на 35.40%, снижается расход топлива до 25 %, а также имеет место сокращение количества технологических газов на 30.40%. Основным недостатком этого способа является «рыхлость» верхней части слоя агломерата и возможность локального перехода ее в режим фонтанирования на завершающей стадии спекания.

При использовании мелкодисперсного сырья агломерацию в высоком слое , возможно организовать при условии формировании гранулометрического 1 состава шихты, обеспечивающего высокую порозность и низкое газодинамическое сопротивление слоя[93]. Такая шихта не должна содержать пылевидных компонентов и иметь однородный ситовый состав. Сокращение доли мелких фракций в составе аглошихты особенно эффективно при окомковании шихты со связующими веществами (полимеры, известь и др.)[94, 95] и селективном окомковании концентратов с получением мелких окатышей[96]. Эффект от использования этих методов основан на создании благоприятных условий для агрегации мелких частиц в более крупные. Кроме того, организация селективного окомкования (грануляция мелкодисперсных компонентов отдельно от всей массы шихты) дает возможность для улучшения условий формирования расплава. Например, реализация технологии агломерации селективно окомкованной шихты на агломашине в Ойте позволила снизить расход коксовой мелочи на 3,8 кг/т, потребление электроэнергии на 3,8 кВт-ч/т и уменьшить содержание БеО в агломерате на 1,1%(абс.). Производительность агломашины повысилась на 0,5т/сут-м2 [97]. Суть технического решения заключалось в получении гранул шихты, сердцевина которых содержит компоненты с более высокой температурой плавления, а внешние слои обогащены известью, гематитовым концентратом и коксовой пылью. Шихта из смеси гематитовых руд Бразилии и Австралии, окомкованная таким образом, имела температуру образования и развития расплава на 100°С ниже по сравнению с шихтой из того же сырья, но подготовленной по традиционной технологии.

Грануляция агломерационных шихт сопровождается увеличением их влажности до 6% и более. При спекании влага верхних пластов шихты испаряется и уносится технологическими газами. При прохождении газового потока через еще холодную шихту, из него выделяется избыточная влага, которая, накапливаясь, формирует зону переувлажнения. Практика работы агломерационных машин показывает, что присутствие этой зоны является основной причиной снижения газопроницаемости слоя в первоначальный период спекания. Основным способом подавления переувлажнения шихты служит ее подогрев до температур 50.60°С и более, за счет тепла горячего возврата, добавляемого в исходную смесь [98], а также подачи перегретого пара [99] или продуктов горения природного газа в барабанные окомкователи аглошихты[100]. Эффект от этих мероприятий заключается в увеличении производительности агломашины на величину 5. 10% при соответствующем снижении расхода твердого топлива.

Существующие в настоящее время способы интенсификации аглопроцесса (накатывания твердого топлива и извести на поверхность гранул[6], использование обогащенного кислородом дутья [101]), хотя и дают положительный эффект (увеличение производительности на 8.8,5%, снижение расхода твердого топлива на 6%, улучшение качества спека), но также приводят к повышению себестоимости и усложнению процесса получения агломерата.

Улучшение качества агломерата и эффективности его доменного передела возможно за счет обработки спека на агломерационной машине восстановительными газами[102], либо за счет осуществления металлизации агломерата в ходе его спекания при повышенном (до 15-20%) расходе твердого топлива[103]. Опытные плавки металлизованных материалов [104] в экспериментальной доменной печи показали, что каждые 10% увеличения степени металлизации сырья приводят к сокращению расхода кокса на 2,5-4,0%. Однако, производство металлизованного агломерата сопровождается значительным недоиспользованием химической энергии топлива и высоким содержанием монооксида углерода в технологических газах. Это создает существенные препятствия реализации указанной технологии как из-за низкой тепловой эффективности, так и в связи с большим объемом выделяемых вредных веществ.

Снижение техногенной нагрузки агломерационных фабрик на окружающую природную среду может быть достигнуто рециркуляцией технологических газов агломашин[105]. Сокращение выбросов СО за счет рециркуляции может составить до 20 кг на тонну агломерата при экономии твердого топлива до 22,0.29,7 кг/т. Существенным недостатком технологии возврата части аглогазов в слой является их низкий температурный и окислительный потенциал, что приводит к снижению производительности установки. Разделение потоков с различными характеристиками с последующей селективной подачей их в слой позволяет осуществлять рециркуляцию аглогазов без снижения производительности агрегата, при этом уменьшается расход твердого топлива на 2. .5 кг/т агломерата за счет догорания СО технологических газов в слое и их физического тепла. Кроме того, сокращаются выбросы вредных составляющих (в том числе канцерогенных) на 10.20%[106].

Разработка и внедрение технических решений, направленных на совершенствование технологии агломерации требует решения задач обеспечения газоплотности газоходных трактов агломашин. Как показывают исследования [7], на предприятиях России доля подсосов в общем объеме технологических газов агломашин достигает 70.75%. В этих условиях улучшение технико-экономических показателей работы агломашин, например, за счет повышения слоя, затрудняется, поскольку при увеличении высоты слоя и его газодинамического сопротивления воздух будет поступать в вакуумную систему через неплотности, минуя спекаемую шихту. Поэтому вопросы обеспечения газоплотности агломашин являются одними из приоритетных при совершенствовании существующих технологий и разработки новых.

Необходимость модернизации металлургических предприятий во многом определяются развитием их рудных баз. В этой связи выбор технических решений зависит от свойств исходного сырья. Основной тенденцией развития сырьевого комплекса черной металлургии служит повышение качества руд и концентратов за счет обеспечения наибольшего содержания железа в них. Решение этой задачи, в условиях горно-металлургических предприятий России, осуществляется путем использования железорудных концентратов с содержанием железа до 65.70%. Агломерация таких материалов характеризуется низкой удельной производительностью, поскольку шихта на основе мелкодисперсного концентрата формирует плотный слой с невысокой газопроницаемостью, что ограничивает возможности интенсификации процесса спекания. Улучшение газопроницаемости можно добиться вовлечением в оборот кусковых руд, слой шихты из которых обладает высокой порозностью. Кроме того, на некоторых эксплуатируемых месторождениях имеет место истощение запасов руд. Последнее определяет важность вовлечения новых месторождений богатых природных руд и, в первую очередь (в силу значительных запасов), гематитовых.

Таким образом, анализ научно-технической литературы показал, что высокопроизводительная работа агломашин при условии высокого качества окускованного сырья, низких показателей энергопотребления и минимальном вредном воздействии на окружающую среду возможна при реализации следующих технических решений:

1. Увеличения высоты слоя за счет повышения газопроницаемости шихты и реализации прогрессивных методов ее подготовки;

2. Совершенствования стадии зажигания агломерационной шихты путем обеспечения рациональных способов термообработки верхней части слоя с последующим повышением выхода годного агломерата;

3. Обеспечения равномерности температурного и теплового режима спекания по высоте слоя за счет рационального распределения источников тепла в объеме шихты;

4. Улучшения использования химического тепла топлива при агломерации;

5. Утилизации тепла охлаждаемого агломерата, а также химического и физического тепла технологических газов за счет их рециркуляции.

6. Обеспечение газоплотности вакуумных систем агломерационных машин и минимизация подсосов воздуха в них.

7. Повышение качества исходного сырья за счет использования гематитовых

РУД

Указанные элементы технологии в наибольшей степени удовлетворяют условиям высокой эффективности аглодоменного передела. Однако, в зависимости от вида железорудного сырья и его свойств, а также условий конкретных предприятий, количественный эффект от внедрения этих мероприятий будет неодинаковым. Поэтому необходимо исследование процесса агломерации с целью определения наилучших условий спекания шихты, основу которой составляют гематитовые руды Болыиетроицкого месторождения.

1.4 Выводы и постановка задач исследования

Изучение и анализ научно-технических источников показали, что железорудный агломерат и сегодня остается перспективным и конкурентоспособным видом окускованного сырья для доменной плавки, обеспечивающим до 60% от общего потребления рудных компонентов доменных шихт. Чтобы его преимущества смогли проявиться в наибольшей степени, совершенствование технологии агломерации должно быть направлено на улучшение качества продукта и снижение затрат на его производство. Современный этап развития металлургии характеризуется истощением месторождений железных руд, что выдвигает в качестве одной из первостепенных задач поиск новых источников сырья. Одной из наиболее перспективных возможностей повышения рентабельности металлургических предприятий является вовлечение в оборот гематитовых руд, запасы которых в России составляют более 7 млрд. тонн.

Отличие гематитовых руд от традиционных для Российской металлургии магнетитовых материалов заключается в том, что в них железорудные минералы представлены в основном в форме Ре20з. Гематитовые руды по сравнению с магнетитовыми обладают более низкими значениями физической теплоемкости. Однако, при спекании гематитовых руд в слое отсутствует внутренний источник тепла от окисления РеО, что, в сочетании с высокими температурами начала размягчения и широким температурным интервалом плавления, приводит к повышенным затратам тепла на спекание. По другим характеристикам гематитовое сырье ряда месторождений изучено недостаточно подробно, о чем свидетельствуют противоречивые данные исследований, описывающие закономерности развития физико-химических процессов при спекании этих руд.

Конечная структура и свойства получаемого агломерата из гематитовых руд и главное среди них - прочность, зависят от большого количества факторов, основные из которых связаны с видом составляющих минерального скелета, величиной пор и их распределением в спеке, условиями подготовки шихты и режимом спекания. Однако, однозначная связь между прочностными свойствами конечного продукта - агломерата - от этих факторов не установлена.

Получение агломерата с высокими показателями металлургических свойств при экономии энергетических ресурсов и минимизации вредных выбросов достигается за счет организации соответствующей технологии спекания. Однако, выбор рациональных условий ведения процесса агломерации может быть сделан только на основании анализа физико-химических процессов при окомковании шихты и ее спекании в слое с учетом свойств рудного материала.

Для достижения цели настоящего исследования следует обеспечить решение следующих задач:

Заключение диссертация на тему "Разработка и исследование технологии агломерации гематитовых руд Большетроицкого месторождения"

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

В настоящей работе на основании изучения свойств гематитовых руд Болыиетроицкого месторождения, а также тепловых и массообменных процессов при их окомковании и спекании гематитовых руд получены следующие результаты:

1. Определены особенности минералогического строения и окомкования гематитовой руды Болыиетроицкого месторождения. Установлено, что гематитовые руды плохо подвергаются грануляции, поскольку они содержат значительное количество некомкующей фракции 0,4. 1,6 мм. Показано, что высокое качество аглошихты может быть обеспечено за счет измельчения гематитовой руды и ее офлюсования известью.

2. Разработана методика оценки минералогического состава агломерата и его прочности на основании данных о химическом составе агломерата. Установлено, что наименьшая прочность агломерата соответствует содержанию шлаковой связки в спеке 25.30% при минимальном содержании ферритов кальция в ней.

3. Уточнен механизм формирования макроструктуры агломерационного спека при агломерации гематитовых руд. Показано, что тепловой режим спекания в зоне горения является решающим в образовании того или иного типа структуры агломерата и формировании прочности спека. В качестве характеристики теплового режима процесса спекания предложено использовать теплосодержание спека в зоне горения, отражающее количество тепла, усвоенного агломератом при спекании.

4. Уточнена зависимость соотношения СО2/СО в дымовых газах агломашин с учетом газодинамических условий спекания, на основании которых выявлены условия наиболее полного сжигания твердого топлива при агломерации. Определены рациональные условия спекания агломерата из гематитовых руд как с позиций наиболее полного использования горючих составляющих топлива, так и с позиций обеспечения высокого качества спека.

5. Разработана, прошла промышленную опробацию и частично внедрена в производство технология агломерации шихт с использование до 18% (от массы шихты) гематитовых руд Болыпетроицкого месторождения. Выявлены пути модернизации технологии агломерации в условиях ОАО «Чусовской металлургический завод» и предложены способы их реализации для наиболее эффективного использования гематитовой руды.

Библиография Берсенев, Иван Сергеевич, диссертация по теме Металлургия черных, цветных и редких металлов

1. Шульц J1.A. Долгосрочный прогноз развития технологии массового производства стали / Изв. Вузов: Черная металлургия. 2008 -№11.- с.40-48.

2. Шумаков Н.С. Сырые материалы и топливо для доменной плавки (характеристика и методы подготовки) Текст. / Н.С.Шумаков, А.Н.Дмитриев, О.Г.Гараева Екатеринбург: УрО РАН, 2007. - 392 с.

3. Сухорученков А.И. Железорудная промышленность России: состояние и перспективы обеспечения потребности отечественной металлургии и нужд экспорта Текст. / А.И. Сухорученков // Бюл. «Чёрная металлургия». М.: Черметинформация, 2003. - с.3-5.

4. Государственный баланс запасов РФ, 2006.

5. Стратегия развития металлургической промышленности России. Утверждена Приказом Минпромторга России от 18 марта 2009 г. N 150

6. Коротич В.И. Агломерация рудных материалов. Научное издание Текст. / В.И. Коротич, Ю.А.Фролов, Г.Н.Бездежский. Екатеринбург: ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ», 2003. - 400 с.

7. Теплотехнические методы анализа агломерационного процесса Текст. / В.И.Клейн, Г.М.Майзель, Ю.Г.Ярошенко, А.А.Авдеенко; под ред. Ю.ГЛрошенко Екатеринбург: ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ», 2004. - 224 с.

8. Лазаренко Е.К. Курс минералогии / Е.К.Лазаренко. М.: Высшая школа, 1971.-607 с.

9. Щербина В.В. Основы геохимии / В.В.Щербина, 1972. 269 с.

10. Федоров С.А. Производство окатышей из гематитовых руд и концентратов за рубежом / С.А.Федоров, Н.Н.Бережной, В.П.Шевченко / М.: 1974 (Обзорная информация/ин-т «Черметинформация», сер. Окускование руд, вып.З., 20 с.)

11. Витюгин В.М. Оценка комкуемости зернистых материалов / В.М.Витюгин,

12. A.С.Богма // Изв.вузов. Черная Металлургия. 1969. - №4. - с. 18-22.

13. Курунов И.Ф. Перспективы использования в доменной печи неокускованных железосодержащих материалов (обзор) / Металлург. 2003 - №5. - с.37-44.

14. Бережной Н.Н. Производство железорудных окатышей / Н.Н.Бережной,

15. B.В.Булычев, А.И.Костин М.: Недра, 1977 - 240 с.

16. Маерчак Ш. Производство окатышей Текст. / Ш.Маерчак // М.: Металлургия, 1982. 232 с.

17. Коротич В.И.Теоретические основы окомкования железорудных материалов /В.И.Коротич/М.: Металлургия, 1966. 150 с.

18. Пузанов В.П. Структурообразование из мелких материалов с участием жидких фаз Текст. / В.П.Пузанов, В.А.Кобелев // Екатеринбург, 2001. 634 с.

19. Берсенев И.С. Перспективы использования гематитовых руд для производства железорудного сырья / И.С.Берсенев, Р.А.Полуяхтов. В.А.Горбачев, М.П.Ершов, Г.А.Зинягин, Ю.ГЛрошенко / Сталь, 2008, №12, с.14-16.

20. Теплотехника окускования железорудного сырья Текст. / С.Г.Братчиков, Ю.А.Берман, Я.Л.Белоцерковский и др.; под. Ред. С.Г.Братчикова М.: Металлургия, 1970,- 344 с.

21. Горячая прочность агломератов, спечённых из криворожских руд и концентратов/Рутковский Я., Вегман Е.Ф.//Изв.вузов.Чер.металлургия. 1990. -№3. -с.104.

22. Пузанков В.В.Особенности агломерации гематитовых баритсодержащих руд. Автореферат дисс. канд. техн. наук. М.,1967, 22 с.

23. Карагандинский Металлургический комбинат. Отчёт о НИР «Разработка рациональных режимов спекания крупнозернистой шихты», тема №А-20-85., Темиртау.,1986, 66 с.

24. Получение высокоосновного агломерата с монооксидом железа 7-9% из шихты аглофабрики металлургического завода в Дургапуре (Индия)./Сабинин Ю.А., Марехбейн С.А., Левина И.А., Толканов O.A.//. Труды института «Уралмеханобр», Свердловск., 1988, с.34-41.

25. Вегман Е.Ф. Теория и технология агломерации Текст. / Вегман Е.Ф. // М.: Металлургия, 1974. 298 с.

26. Пузанов В.П. Введение в технологии металлургического структурообразования Текст. / В.П. Пузанов, В.А.Кобелев Екатеринбург: УрО РАН, 2005.-501 с.

27. Каплун Л.И. Анализ процессов формирования агломерата и совершенствование технологии его производств Текст. : Автореферат дисс. д.т.н. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2000. 49 с.

28. Киссин Д.А. Механизм минералообразования при спекании офлюсованного агломерата Текст. / Д.А.Киссин, Литвинова Т.И. // Сталь. 1960. - №7.

29. Васильев Г.С. О прочности минеральных фаз железорудных материалов Текст. / Г.С.Васильев, Б.А.Лившиц // Изв.Вузов.Черная металлургия. 1982. -№10. -с.41-43.

30. Каракаш А.И. Влияние состава и свойств жидкой фазы на прочность железорудного агломерата Текст. / А.И.Каракаш // Изв. АН СССР. Металлы. -1976.-№4.-с.6-8.

31. Ржевский В.В. Основы физики горных пород Текст. / В.В.Ржевский, Новик Г.Я. // М.: Недра, 1978. 390 с.

32. Базилевич C.B. Прочность агломерата из руд КМА Текст. / С.В.Базилевич, Куценко В.Ф., Базилевич Т.Н. // Сталь. 1965. - №5. - с.385-392.

33. Похвистнев А.Н. Исследование процесса термической обработки агломерата. Подготовка металлургического сырья к плавке: сборник научных трудов Текст. / А.Н.Похвистнев, Е.Ф.Вегман, В.А.Башкеев и др. // М.: Металлургия. 1969. -с.39-59.

34. Вегман Е.Ф. Термическая обработка агломерата Текст. / Е.Ф.Вегман // Бюллетень ЦНИИТЭИЧМ. 1964. - №11. - с.33-35.

35. Алексеев А.Ф. Исследование напряжённости в системе магнетит-феррит кальция Текст. / А.Ф.Алексеев, А.В.Горбачёв, Г.М.Майзель // Изв. Вузов: Черная металлургия. 1979. - №6. - с. 13-16.

36. Пикулин С. А. Сопротивляемость минеральных фаз и структурных составляющих агломерата разрушению Текст. / С.А.Пикулин, Е.Ф.Вегман // Изв. Вузов: Черная металлургия. 1970. - №10. - с.26-30.

37. Миллер В.Я. Исследование прочности агломерата Текст. / В.Я.Миллер, С.В.Базилевич, И.П.Худорожков, Г.М.Майзель // Сталь. 1961. - с.769-777.

38. Потебня Ю.М. Исследование механизма разрушения агломерата при нагреве в условиях близких наблюдаемых в доменной печи Текст. / Ю.М.Потебня, В.Л.Толстунов, Р.Г.Рихтер и др. // Сталь. 1979. - №4. - с.248-250.

39. Горбачёв В.А. О механизме возникновения напряжения в процессе восстановления гематита Текст. / В.А.Горбачёв, Шаврин C.B. // Изв.АН СССР. Металлы. 1980. - №3. - с.27-29.

40. Пыриков А.И. Изменение свойств агломерата и окатышей при восстановлении Текст. / А.И.Пыриков // Исследования шихтовых материалов в процессе доменной плавки. — М.: Металлургия, 1971. с.25-31.

41. Шашинкеев Л.И. Взаимосвязь фазовых превращений и разрушения агломерата в процессе нагрева и восстановления Текст. / Шашинкеев Л.И. и др. // Изв. АН СССР. Металлы. 1977. - №4. -с.9-12.

42. Влияние микроструктуры на свойства агломерата при восстановлении Текст. / Sato Katsuhiro, Suzuki Satoru, Sawamura Yasumasa, Ono Katsuya // Iron and Steel Inst. Japan. 1982. -V68. - №15. -p.2215-2222.

43. Совершенствование качества агломерата. Изучение свойств агломерата с малым количеством связки. Текст. / Fukukawa Kazuhiro // Iron and Steel Inst. Japan.-1982.- V68.- №4.-p.58.

44. Васильев Г.С. Влияние магнезии на минеральный состав и структуру спека Текст. / Г.С.Васильев, Р.А.Кравченко // Изв. Вузов: Черная металлургия. 1974. - №4. - с.41-43.

45. Беер X. Повышение эффективности процесса и качества агломерата в фирме «Тиссен Сталь» Текст. / Х.Беер, К.Керстинг, К.Ринне // Steel Times International. -1987. -March, -p.l 1-16.

46. Мансурова H.P. Влияние генезиса и основности шихты на минералогический состав и металлургические свойства агломерата Автореферат дисс. к.т.н. М.: МИСиС, 2007.-26 с.

47. Влияние SÍO2 и AI2O3 на агломерацию. Прочность агломерата при восстановлении Текст. / Iron and Steel Inst. Japan. 1981. - V67. - №12. - p.683.

48. Лядова В.Я. Управление процессами фазообразования при агломерации /

49. B.Я.Лядова, Л.З.Ходак, М.С.Модель // Материалы 6-й Всесоюзной конференции «Проблемы теории и технологии подглтовки железорудного сырья для доменного процесса и бескоксовой металлургии». Днепропетровск: ДМТИ. -1990.-c.3-4.

50. Ростовцев С.Т. Агломерация криворожских железных руд Текст. /

51. C.Т.Ростовцев, С.М.Мееров // Домез. 1934. - №4-12. - с.7-39.

52. Миллер В.Я. Теоретические основы агломерации железных руд Текст. / В .Я.Миллер // НТО 4M. т. VII, м.: Металлургиздат. - 1956. - с.152-157.

53. Хохлов Д.Г. Физико-химические особенности процесса получения офлюсованного агломерата и пути улучшения его качества Текст. / Д.Г.Хохлов // Сборник трудов «Окускование железорудного сырья» Свердловск: Уралмеханобр. - вып.12. - 1965. - с.112-129.

54. Коротич В.И. Исследование основных физических процессов при агломерации железорудных материалов просасыванием. Дисс. д.т.н. Свердловск: УПИ, 1966. 314 с.

55. Миллер В.Я. Исследование прочности агломерата Текст. / В.Я.Миллер, С.В.Базилевич, И.П.Худорожков, Г.М.Майзель // Сталь. 1961. - №9. - с.769-777.

56. Базилевич C.B. Агломерация Текст. / С.В.Базилевич, Е.Ф.Вегман // М.: Металлургия, 1967. 368 с.

57. Салыкин A.A. Оптимальный расход твёрдого топлива в условиях комбинированного нагрева шихты Текст. / А.А.Салыкин // Окускование железных руд и концентратов: Тем. Сборник. Свердловск: Уралмеханобр. -1973.-с.З 8-44.

58. Гегузин Я.Е. Физика спекания Текст. / Я.Е.Гегузин // М.: Наука, 1984. 312 с.

59. Муравьева E.JI. Анализ процесса формирования агломерата на основе исследования физико-химических свойств расплавов с целью совершенствования технологии спекания. Автореферат дисс. к.т.н. Свердловск: УПИ, 1995.-24 с.

60. Каплун Л.И. Влияние количества расплава на механическую прочность агломерата Текст. / Л.И.Каплун, Л.К.Герасимов // Изв. Вузов: Черная металлургия. 1989. - №2. - с.8-12.

61. Об изучении свойств агломерационного расплава. Studium lastnosti aglomeratcneej taveminy. Текст. / Sihivcova Alica, Majercak Steian, Juafin E.S., Bazilevic T.M., Dansin V.V., Bakumova K.V. // Huth listy. 1989. - V44. - Inst. -p.2-10.

62. Улучшение качества агломерата на основе минералогических свойств руд. Improvement of sinter quality based on the mineralogical properties ores Текст. / Ishirawa Ya Sushi, Sasari Minoru,

63. Yurihiro, Toda Hideo // Proceedings of 42 Ironmaking Conference. Atlanta. -Apr. 1983. - p. 17-29.

64. Сигов A.A. Агломерационный процесс Текст. / В.А.Шурхал, А.А.Сигов // -Киев: Техника, 1969. 232 с.

65. Гребе К. Высокотемпературное восстановление кислого и основного агломератов Текст. / К.Гребе, X .Кеддайнис, К.П.Штриккер // Черные металлы. 1985. - №15. - с. 3.

66. Такада Ц. Режимы размягчения перед плавками агломерата и окатышей Текст. / Ц.Такада // Iron and Steel Inst. Japan.- 1978. V64. - № ll.-c.86.

67. Юй Кунь. Опыты агломерации суперконцетратов Текст. / Юй Кунь, Е.Ф.Вегман, С.Д.Филимонов // Изв. Вузов: Черная металлургия. 1988. - №7. -с.158-159.

68. Крижевский А.З. Влияние содержания закиси железа в агломерате на его прочность Текст. / А.З.Крижевский, С.И.Михайличенко // Металлург. 1971. -№7.-с. 14-16.

69. Савицкая Л.И. Повышение прочности агломерата при восстановлении Текст. / Л.И.Савицкая//ЦНИИЧМ., «Подготовка сырьевых материалов к металлургическому переделу и производство чугуна» М. 1981. - выпуск № 1.

70. Савицкая Л.И Влияние состава аглошихты на технологию спекания и качество агломерата Текст. / Л.И.Савицкая //ЦНИИЧМ «Подготовка сырьевых материалов к металлургическому переделу и производство чугуна» -М. 1985.- выпуск №1.

71. Мирко В.А. Управление процессами фазообразования при агломерации в условиях изменяющейся сырьевой базы Карагандинского металлургического комбината / В.А. Мирко, В .Я Лядова, Ю.А. Кабанов и др.// Сталь. 1994.-№11.- с.6-12.

72. Модель М.С. Феритообразование в железорудном сырье Текст. / М.С.Модель, В .Я.Лядова, Н.В.Чугунов //М.: Наука, 1990. 152 с.

73. Фролов Ю.А. Теплотехнические аспекты процесса агломерации / Ю.А. Фролов / Сталь, 2003, №12, с.2-11

74. Фролов Ю.А. Теплотехнические аспекты начального периода агломерации / Ю.А. Фролов / Сталь, 2004, №1, с.2-10.

75. Фролов Ю.А. Тепловая обработка и охлаждение агломерата на ленте / Ю.А. Фролов / Сталь, 2004, №2, с.2-9

76. Дмитриева Е. Г. Совершенствование технологии производства агломерата на основе анализа закономерностей горения твердого топлива. Дисс. к.т.н. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2007. 172 с.

77. Способ зажигания агломерационной шихты с помощью инфракрасных излучателей. Infrarot-Zundungs-Verahren fur Erzsinterungsprozes: Заявка 42219469 ФРГ, МКИ5 С22 В4 4/00 Koen Wessel С.; Samancor Ltd №42219469; Заявл.2.07.92, 0публ.5.01.94.

78. Вегман Е.Ф. Влияние плазменного зажигания на температуры в зоне горения твёрдого топлива при агломерации Текст. / Е.Ф.Вегман, А.Р.Жак, Т.В.Деткова, В.В.Гуралов // Известия ВУЗов 4M. 1996. - №11. - с. 15-17.

79. Вегман Е.Ф. О возможности дальнейшего совершенствования конструкций агломерационных лент Текст. / Е.Ф.Вегман, А.Р.Жак, Е.А.Романчиков, А.Н.Пыриков, Т.В.Деткова, В.П.Невраев // Сталь. 1994. - №3. - с.7-12.

80. Переверзницева Е.В. Повышение эффективности производства агломерата за рубежом Текст. / Е.В .Переверзницева // Бюллетень НТИ. 1995. - вып. 10. - с. 15

81. Сельский Б.Н. Совершенствование тепловой работы зажигательных горнов агломашин на ЗСМК Текст. / Б.Н.Сельский, Н.В.Титов, А.Ф.Смольников и др.// Сталь. 1987. №8. с.8-10.

82. Рязанцев А.П. Нагрев агломерационной шихты Текст. / А.П.Рязанцев, М.П.Антошечкин М.:Москва, 1968. - 167 с.

83. Дженнингс Р. Агломерация и производство окатышей Текст. / Р.Дженнингс, А.Грив; под ред. Л.И.Дашевского // М.: ЦНИИ 4M. 1964. - с.13-19.

84. Рауш X. Агломерация и производство окатышей Текст. / Х.Рауш, Ф.Каппель; под ред. Л.И.Дашевского // М.: ЦНИИ ЧМ. 1964. - с.25-29.

85. Базилевич С.В. Комбинированный нагрев шихты при агломерации железных руд Текст. / С.В.Базилевич, Ю.А.Фролов, Г.М.Майзель, Я.Л.Белоцерковский // М.: Бюллетень ЦНИИ ЧМ. 1972. - Серия 3,вып.1. - с. 19.

86. Amano S. Development of new feeding technique of breeze to upper part of sinter ore bed Текст. / S/Amano, H.Kasawara, T.Matsumura et al. // Current Advances in Material and Process. 2000. - 13. - №1 - c.42.

87. Oyama N. Laboratory experiments of the hybrid magnetic segregation feeder for sinter mixture Текст. / N. Oyama, N.Ikawa, k.Ida et al // Current Advances in Material and Process. 2000. - 13. - №4 - c.805.

88. Jinno T. Plant experiments of the hybrid magnetic segregation feeder for sinter mixture Текст. / TJinno, N.Ooyama, k.Ida et al // Current Advances in Material and Process. 2000. - 13. - №4 - c.806.

89. Клейн В.И. Модернизация агломашин с целью сокращения теплоэнергетических затрат и выбросов в атмосферу Текст. / Клейн В.И., Авдеенко А.А., Майзель Г.М. // Сталь. 2003. - №1. - с. 11-12.

90. Шурхал В. А. Агломерационный процесс. Расчеты / В.А.Шурхал,

91. A.К.Елисеев, Ю.Г.Вилкул, Н.И.Гармаш, В.А.Шаповалов // Киев: Наукова думка, 1999.-358 с.

92. Матюхин О.В. Совершенствование технологии производства агломерата воздействием на распределение внутренних и внешних источников тепла Дисс. к.т.н. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2002. 125 с.

93. Использование сжигания газообразного топлива в слое для создания рациональных условий термообработки кусковых материалов. /В.И. Лобанов,

94. B.И. Матюхин, Ю.Г. Ярошенко, В.А. Гольцев В кн.: «Теплофизика и информатика в металлургии: достижения и проблемы» - Екатеринбург, 2000.

95. Агломерация вакуумно-дутьевым способом. /В.И. Раков, В.И. Матюхин и др. //Материалы международной научно-технической конференции «Новые и усовершенствованные технологии для окускования сырья и производства чугуна и ферросплавов», Болгария 1990, 145 с.

96. Повышение производительности и улучшение качества агломерата при спекании шихты в высоком слое с повышенным разряжением. / Б.М. Носовицкий, А.Г. Барушинский, В.И. Ростовский, Г.С. Княгин. Сталь, 1979 г., №10, с. 738-741.

97. Коротич В.И. Газодинамика агломерационного процесса Текст. / В.И.Коротич, В.П.Пузанов. М.: Металлургия, 1969. - 298 с.

98. Процесс получения агломерата с использованием связующего из волокнистого матриала Текст. / Avotins Peter V., Evans Robert E.; Cyfee Technology Corp. №149870. // Пат. 5372632 США, МКИ С 22 В 1/244

99. Жак А.Р. Спекание агломерационных шихт, содеращих микроокатыши Текст. / А.Р.Жак, Пыриков А.Н. // Изв. Вузов. Чер. Металлургия. 1992. -№11. с.3-6.

100. Selective Granulation Technology of Iron ores for controlling Melting Reactions in Sintering Process. / T.Haga, A.Oshio, Shibata et al. //4-th European Coke and Ironmaking Congress. 2000. c.l 18-125.

101. Океке С.И. Исследование вариантов технологии подогрева агломерационной шихты горячим возвратом / Океке С.И., Вегман Е.Ф., Филимонов С.Д. // Изв. Вузов. ЧМ. 1985. - №7. с.42-43.

102. Горский Л. А. Влияние подогрева шихты паром на показатели агломерационного процесса Текст. / Л.А.Горский, Е.С.Пономарев, Т.А.Колесникова // Металлург. 1980. - №4.

103. Гулеев В.А. Подогрев агломерационной шихты газом во вторичных смесителях-окомкователях Текст. / В.А.Гулеев, В.В.Гусев, А.Н.Латашев, О.С.Саянко, В.В.Ткачев. // Сталь. 1980. - №8.

104. Матюхин В.И. Проектирование и расчёт зажигательного горна агломерационной машины: учебное пособие Текст. / В.И.Матюхин, В.И.Клейн, О.В.Матюхин Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2004. 78 с

105. Ростовцев С.Т., Губин Г.В., Авдеев В.Ф. Использование процессов металлизации рудноугольных окатышей. /Окускование руд и концентратов. Сборник научных трудов Свердловск, Уралмеханобр., 1973 г., №1, с. 7-17.

106. Теория металлизации железорудного сырья. /Ю.С. Юсфин, В.В. Даныпин, Н.Ф. Пашков, В.А. Питателев М., «Металлургия», 1982, 256 с.

107. И.Г.Товаровский, В.П.Севернюк, В.П.Лялюк. Анализ показателей и процессов доменной плавки Дншропетровськ: «Пороги», 2000, 420с.

108. Берсенев И.С. Снижение энергоемкости агломашин за счет совершенствования их тепловых схем / И.С.Берсенев, В.И. Клейн, В.И.Матюхин, Ю.Г. Ярошенко // Энергобезопасность и энергосбережение, 2011, №3, с.22-26.

109. Коротич В.И. Сборник задач и примеров по курсу «Теория и технология подготовки сырья к доменной плавке» Свердловск: УПИ, 1978, 122 с.

110. Малыгин A.B. Научные основы и практика совершенствования процесса получения железорудного агломерата с высокими потребительскими свойствами.: автореф. дис.д.т.н./Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 1999.

111. Худорожков И.П. Теоретические основы и исследование зависимости прочности агломерата от структуры: автореф. дис.докт.техн.наук. Свердловск:УПИ, 1974. 41 с.

112. Малышева Т.Я. Петрография железорудного агломерата / Т.Я. Малышева // М.: Наука, 1969. 166 с.

113. Бабушкин Н.М., Тимофеев В.М. Анализ процесса горения топлива в слое агломерационной шихты / Сб.научн.трудов ВНИИМТ. М.: Металлургиздат, 1962. -№7. -с.3-17.

114. Братчиков С.Г., Тумашев В.И. Расчет высоты зоны горения твердого топлива в слое инертных материалов // Изв.ВУЗов. Чер. Металлургия. 1965. -№8. - с. 24-27.

115. Коротич В.И. Горение топлива и окислительно-восстановительные процессы при агломерации железорудных материалов. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1996. 64 с.

116. Дмитриева Е. Г. Совершенствование технологии производства агломерата на основе анализа закономерностей горения твердого топлива. Дисс. к.т.н. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2007. 172 с.

117. Цивилев В.А. К исследованию теплообменых процессов при спекании агломерационной шихты / Цивилев В.А., Коршиков Г.В. // Изв.вузов. Черная металлургия. 1976. - №8. - с. 132

118. Топливо и расчеты его горения. Учебное пособие / С.Н.Гущин, Л.А.Зайнуллин, М.Д.Казяев, Б.П.Юрьев, Ю.Г.Ярошенко; под ред. Ю.Г.Ярошенко -Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 2007. 89 с.

119. Каплун Л.И. Теплофизические характеристики шихты шихтовых железорудных материалов: учебное пособие / Л.И.Каплун, В.М.Абзалов -Екатеринбург, УПИ, 1991. 124 с.

120. Берсенев И.С. Газодинамические особенности слоя исходной аглошихты / И.С.Берсенев, Б.А.Боковиков, В.И.Клейн, A.A. Кутузов, Ю.Г.Ярошенко // Сталь, 2010, №9, с. 16-18

121. Совершенствование агломерационного процесса / Ф.Ф. Колесанов, Н.С.Хлапонин, В.Н.кривошеев, В.И.Чикуров Киев:Техника, 1983. - 110 с.

122. Герасимов Л.К. Спекание шихты, содержащей тонкоизмельченный концентрат. Бюллетень ЦНИИ 4M/ Л.К.Герасимов, В.А.Мирко, А.М.Тычинин и др. // 1986, №22, с.34-36.

123. Герасимов JI.К. Газодинамические характеристики агломерационных шихт. Известия ВУЗов 4M / Л.К.Герасимов, А.Г.Журавлева, Ю.А.Фролов и др. // 1984, №12, с. 19-21.

124. ООО «НПВП ТОРЭКС», отчет по теме «Промышленные испытания, разработка технологии и теплотехнического режима производства агломерата с использованием гематитового концентрата взамен окалины на аглофабрике ОАО «ЧМЗ», договор №651 от 21.12.2006г., 39 с.

125. Берсенев И.С. Методика оценки качества железорудного агломерата по его химическому составу / И.С.Берсенев, В.И.Клейн, В.И.Матюхин, Ю.Г.Ярошенко // Известия ВУЗов. Черная металлургия, 2009, №10, с.3-6.

126. Алексеев Л.Ф. / Л.Ф.Алексеев, И.Р.Винокурова, В.А.Горбачев и др. // Метод оценки предельных напряжений в железорудных окатышах. /Известия ВУЗов 4M, 1984, №10, с.21-22.

127. Картотека института «Уралмеханобр» по агломерационному оборудованию и технологическим показателям 1981-1990 гг.

Похожие работы

Металлургия
05.16.00