автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Разработка технологии получения окускованного железорудного доменного сырья повышенного качества с использованием добавок органических связующих веществ и твердого топлива

О

£ ГОСУДАР<

СУДАРСТВЕННАЯ МЕТАЛЛУРГРХЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

УКРАИНЫ

На правах рукописг1

ЗАХАРЧЕНКО Валентин Николаевич

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ОКУСКОВАННОГО ЖЕЛЕЗОРУДНОГО ДОГЛЕННОГО СЫРЬЯ ПОВЫШЕННОГО КАЧЕСТВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДОБАВОК ОРГАНИЧЕСКИХ СВЯЗУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ И ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

Специальность 05.16.02 "Металлургия черных, металлов"

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Днепропетровск - 1996

- 2 -

Диссертацией является рукопись

Работа выполнена в Государственной металлургической академии Украины

научный руководитель:

официальные оппоненты:

Доктор технических наук,

профессор

Д.А. КОВАЛЕВ

Доктор технических наук,

профессор

Н.Н.БЕРЕЖНОЙ

Кандидат технических наук, ст. науч. сотрудник Н.А.ГЛАДКОВ

ведущее предприятие:

Днепр овский металлу ргический комбинат

Защита состоится 199_7г. в^ час,

на заседании специализированного ученого совета К 03.11.05 при Государственной металлургической академии Украины по адресу: 320635, г.Днепропетровск, пр.Гагарина, 4

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственной металлургической академии Украины .

Автореферат разослан . 199— р.

Ученый секретарь

специализированного совета, ___

канд. техн. наук, доцент ^^^^^^^^р.С.Паниотов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Острый дефицит материальных и энергоресурсов, создавшийся в последнее время в доменном производстве Украины, обусловил поиск и реализацию приемлемых способов сокращения расхода кокса. Одним из наиболее эффективных и надежных путей его снижения является повышение качества подготовленных железорудных материалов, в частности, за счет оптимизации их пористости, обусловливающей рост степени использования тепловой и химической энергии газов в доменной печи.

Управление пористостью окускованных железорудных материалов наиболее целесообразно осуществлять за счет недефицитных углеродсодержащих материалов и органических связующих добавок. Использование их является также источником остаточного углерода в подготовленном железорудном сырье, что в комплексе с оптимальной пористостью заметно повышает его физико-химические и металлургические свойства.

Иель работы. Разработка теоретических основ и технологических приемов улучшения физических и металлургических свойств окускованных железорудных материалов для доменной плавки путем использования недефицитных добавок органических связующи;; веществ и твердого топлива.

Научная новизна:

- с позиции образования пористости дана количественная оценка, произведен выбор и обоснование вида, доли и крупности органических недефицитных добавок, обеспечивающих получение окускованного железорудного сырья повышенного качества;

- теоретически определены и экспериментально обоснованы технологические параметры термообработки гранул, обеспечивающие управляемое развитие порообразования и сохранение части углерода в окатышах; выявлены и обоснованы рациональные способы введения предельных количеств добавок в шихту окомрования;

- построена математическая модель и развита аналитическая интерпретация подходов к установлению оптимальных (прогнозных и фактических) величин прочности и восстанови-

мости окатышей в зависимости от доли лигиосульфонатов в шихте;

- на основе всестороннего изучения методами петрографии и электронной сканирующей микроскопии установлены особенности структуры, характер распределения и формы нор в периферийной, промежуточной и центральной зонах окатышей, отобранных по высоте обжигаемого слоя;

- выявлены закономерности влияния различных порообразу-югцих добавок на физические и металлургические свойства окускованных железорудных материалов;

Практическая ненность работы:

- разработаны методы использования лигнина при производстве окатышей и агломерата с повышенной пористостью и восстановимостью;

- разработана технология производства окатышей с использованием сухого порошка и жидкого раствора лигиосульфонатов на этапе производства сырых гранул, позволившая осуществить полную замену бентонита органическим связующим при регулируемом порообразовании готовой продукции без ухудшения прочностных характеристик сырых и обожженных окатышей;

- разработана технология получения окатышей с улучшены-ми металлургическими свойствами с использованием твердого топлива.

На защиту выносятся следующие положения:

- теоретическое и экспериментальное обоснование методов получения окускованных железорудных материалов повышенного качества с использованием органических порообра-зующих добавок; механизм порообразования в структуре окатышей;

- метод оптимизации качества окатышей (по пористости и восстановимости) с использованием полученной математической модели;

- технологические параметры промышленного производства окатышей повышенной пористости, содержащих углерод;

- результаты промышленного производства окатышей повышенного качества и доменной плавки с их использованием.

Личный вклад в разработку научных положений и дости-

жение практических результатов заключается в том, что автором предложены методики исследований, подготовлены и проведены лабораторные эксперименты, обработка и обобще ние полученных результатов; выявлены закономерности влияния различных порообразующих добавок на физические и металлургические свойства окускованных железорудных материалов и разработана математическая модель для прогноза и оптимизации их свойств; при непосредственном участии автора получены промышленные партии окатышей с повышенными металлургическими свойствами, проведена доменная плавка с их использованием.

Методы исследования. Использованы гостированные способы отбора проб и испытания материалов, методы планирования эксперимента, регрессионного анализа и оптимизации, макроструктурный и петрографический анализы образцов с использованием микроскопии, в т.ч. электронной, высокого разрешения.

Реализация результатов в промышленности. Разработанные технологии получения окатышей с использованием твердого топлива, сухих и жидких лигносульфонатов, опробованы в промышленных масштабах на Полтавском ГГОКе и СевГГОКе.

На доменной печи №4 Краматорского металлургического завода проведена опытная доменная плавка на окатышах, полученных с добавками твердого топлива. За счет повышения качества окатышей и благоприятного изменения сопутствующих технологических факторов достигнуто снижение расхода кокса на 31,7 кг/т чугуна (или на 5,6%).

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на: Всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых "Интенсификация металлургических процессов и повышение качества металлов". -Тула, 1990 г.; Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы теории и технологии подготовки железорудного сырья для доменного процесса и бескоксовой металлургии". -Днепропетровск, 1990 г.; Всесоюзной научно-технической конференции "Теория и практика решения экологических проблем в горнодобывающей и металлургической промышленности". -Дне-

пропетровск, I!) 93 г.; Международной научно-технической конференции "Теория и технология аглодоменного производства". -Днепропетровск. 1995 г.; ежегодных научных семинарах кафедры металлургии чугуна Днепропетровского металлургического института, 1988-1995 гг.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 3 статьях, 1 заявке на изобретение и 7 тезисах докладов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, изложена на 136 страницах, включая 111 страниц машинописного текста, 25 рисунков, 58 таблиц, списка литературы из 41 наименований и 5 приложений на 42 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ. 1. Состояние работ по получению окускованных железорудных материалов повышенной-лористости.

В литературном обзоре проанализированы известные способы повышения пористости и во.сстановимости окускован-ного железорудного сырья, предложенные отечественными и зарубежными исследователями. Общим подходом в этих способах является ввод в шихту для окомкования различных видов и количеств углеродсодержащих материалов органического происхождения, которые в процессе упрочняющего j обжига выгорают, способствуя образованию пор в объеме 1 обжигаемых гранул.

В качестве порообразующих добавок использовали кок-сик, уголь различных марок, в т.ч. древесный и торф, древесные опилки, продукты переработки древесины и сельскохозяйственных отходов (производные целлюлозы, лигнин и соединения на его основе и т.п.). Установлено, что некоторые виды органических добавок, обладающие связующими свойствами, могут частично или полностью заменить бентонит при получении сырых комков. Известны способы, позволяющие с использованием твердого топлива получать окускованное железорудное сырье с высокими металлургическими свойствами, содержащее остаточный углерод.

Практически во всех исследованиях отмечается, что

окускованные железорудные материалы, полученные с применением различных органических добавок, имеют повышенную восстановимость, но с увеличением пористости готового продукта сверх определенной величины наблюдается заметное снижение его прочности как в холодном, так и в горячем состоянии. Это обстоятельство по известным причинам препятствует широкому использованию окускованного сырья повышенной пористости в доменной плавке. Несмотря на большое количество разработок, направленных на улучшение металлургических свойств окускованных железорудных материалов, не выработан единый подход к установлению оптимального количества в них пор. Не уделено также должного внимания размерам и форме пор, их распределению в объеме железорудного материала. До настоящего времени не исследованы в промышленных условиях особенности технологии получения высокопористого углеродсодержащего железорудного сырья, отсутствуют надежные данные об эффективности доменной плавки с его использованием.

В связи с этим, предметом исследований в настоящей диссертационной работе являются вопросы порообразования, формирования структуры гранул и их качества, а также эффективности использования углеродсодержащих материалов повышенной пористости в доменной плавке.

2. Экспериментальные исследования по использованию лигнина при получении железорудных окатышей.

Исследования по получению окатышей проводились в лабораторных условиях по стандартной методике. Количество лигнина, подаваемого в шихту, не превышало 6% от массы концентрата и известняка, а доля твердого углерода не превышала 1% во избежание образования спека в процессе обжига. Крупность сырых окатышей находилась в пределах 10-20 мм, влажность - 9,0+9,5%. Прочностные характеристики сырых окатышей удовлетворяли существующим требованиям. Упрочняющий обжиг проводился по специально разработанной схеме, исключающей температурные выдержки в период нагрева. Ввод лигнина в состав шихты способствовал рассредоточению зоны горения и выравниванию температур обжига

по всей высоте слоя окатышей, что обусловлено переносом в нижние слои тепла, выделяющегося при одновременном горении летучих веществ лигнина и одновременным горением (при нагреве до 1000°С) твердого углерода лигнина. После обжига исследуемые окатыши по сравнению с окатышами, полученными в тех же условиях по традиционной схеме, имели повышенную пористость (-40% против 27% по ГОСТ 26293-84) и восстановимость (48+59% против 40+41% по Линдеру), но несколько худшие показатели механической прочности по ГОСТ 15137-77 и прочности при восстановительно-тепловой обработке по ГОСТ 19575-84. Обожженные окатыши, полученные с использованием лигнина в шихте, содержали 0,02+0,32% остаточного углерода.

Установлено, что минералогический состав, структура и физико-химические свойства обожженных окатышей существенно зависят от способа ввода лигнина, его количества и режима обжига, что подтверждают данные анализа их макро-и микроструктуры. В результате исследований определены приемы и параметры получения окатышей с прогнозируемой и регулируемой пористостью и восстановимостью. Наряду с параметрами процесса обжига пористость и восстановимость являются факторами, определяющими прочностные свойства окатышей и возможность их дальнейшего эффективного использования в доменной плавке.

3. Оценка эффективности использования лигнина при производстве агломерата.

Выявленные особенности поведения лигнина и его влияния на свойства окатышей обусловили целесообразность установления эффективности его использования при производстве агломерата. Исследования проводились в лабораторных условиях по стандартной методике, в т.ч. на укрупненной чаше с массой шихты 35-38 кг. Доля замены коксика лигнином варьировалась в пределах 0+40%. Полученный агломерат подвергался испытаниям на прочность по ГОСТ 15137-77.

По результатам экспериментов, проведенных с использованием метода планирования эксперимента (полный факторный эксперимент ПФЭ З2), получены математические модели

второго порядка, удовлетворительно описывающие влияние содержания топлива в шихте и доли замены коксика лигнином на прочностные характеристики готового агломерата. В качестве параметров оптимизации были выбраны: содержание фракции 0-5 мм после спекания; содержание фракции 0-5 мм, + 10 мм и +5 мм после испытания на прочность.

Исследованиями установлено, что при увеличении доли замены коксика лигнином с 0 до 20% показатель прочности агломерата возрастает с 64,3 до 66,6%. При дальнейшей замене коксика лигнином до 40% этот показатель падает до 61,38%. Показатель истираемости агломерата ( выход фракции -0,5 мм) с заменой коксика лигнином от 0 до 407с непрерывно возрастает соответственно с 7,57% до 8,66%.

Анализ экспериментальных данных показывает, что наиболее оптимальной с точки зрения технико-экономических показателей аглопроцесса является замена до 20% коксика лигнином, что не приводит к ухудшению прочностных характеристик агломерата при улучшении его металлургических свойств.

Таким образом, выполненными исследованиями показана высокая эффективность использования органической порооб-разующей добавки - лигнина при производстве окускованных железорудных материалов.

4. Исследование и разработка технологии использования лигносульфонатов при получении окускованных железорудных материалов.

В лабораторных условиях проведены эксперименты, в которых получали сырые и обожженные окатыши с использованием жидких лигносульфонатов. При проведении лабораторных испытаний, а в последующем и при испытаниях в промышленных условиях ПГГОКа использовались лигно-сульфонаты натрия бисульфитного щелока (ТУ ОП 13-0279121-01-90), выпускаемые ПО "Кондопогабумпром". Лигносульфо-наты вводились в шихту в виде водного раствора при окомко-вании. Концентрация лигносульфонатов в растворе варьировалась в пределах 3,56+36,5%.

В исследованиях установлено, что ввод лигносульфонатов в шихту (бентонит полностью исключался) способствует увеличению прочности сырых окатышей: сопротивление динамическим нагрузкам увеличивается в ~2 раза, а сопротивление раздавливанию в 1,6+1,7 раза по сравнению с обычными окатышами на основе бентонита. Для обожженных окатышей определяли холодную прочность: по сопротивлению на раздавливание; на удар и истирание в барабане по ГОСТ 1513777. Прочность окатышей при восстановительно-тепловой обработке определялась по ГОСТ 19575-84. С целью уточнения механизма влияния лигносульфонатов на формирование конечной структуры окатышей и характеристики готового продукта в каждой серии экспериментов отбирались пробы для проведения макро- и микроструктурного анализа.

На основании экспериментальных данных с использованием метода планирования эксперимента получены полиномы второй степени, описывающие влияние содержания лигносульфонатов (XI) и температуры обжига (Х2) на критерии оптимизации - холодную прочность (П, кН/окатыш) и фактическую восстановимость (В, %) обожженных окатышей:

П = -114,738 + 3,886X1 + 0,19489Х2 - 0,002982X^2 -

-0,152X1 - 0,000081539X2 ; (1)

В = -1727,34 + 156.52Х, + 2,8429Х2 - 0,11351Х,Х2 -

-5,1369Х^ - 0,0011441X2- <2>

Анализ экспериментальных данных и полученных математических моделей показал целесообразность проведения направленного поиска условий повышения качества окатышей на базе расчетов, результаты которых представлены на рис. 1 .

С целью проверки и уточнения результатов лабораторных исследований сырые окатыши, полученные с использованием лигносульфонатов, помещались в специально изготовленные решетчатые контейнеры и подвергались обжигу в промышленных условиях СевГГОКа (обжиговая машина типа Лурги). Опытные окатыши, обожженные в промышленных

Поиск экстремальных значений показателей восстано-вимости В (%) [а] и холодной прочности П (кН/окатыш) [б] в зависимости от расхода лигносульфоната (Л, % по сухой массе) и температуры обжига окатышей (Т, °С)

l'C К25

т/д

ta?.s

№93,75

та

а

в,es <.з

1,95 i,S J %

r;c o2s

mm

Щ5

№3,7.'S

то

v AI

Методы поиска: I - градиента; II - наискорейшего спуска;

III - Гаусса-Зейделя; IV - ПСМ (последовательный симплексный метод). Рисунок 1.

условиях, имели повышенную холодную и горячую прочность и восстановимость по сравнению с окатышами, обожженными в лабораторных условиях.

В дальнейшем были проведены промышленные испытания технологии получения окатышей с использованием лигно-сульфонатов в условиях Полтавского ГГОКа. В соответствии с разработанной схемой, лигносульфонаты подавались из расходного бака с помощью дозатора непосредственно в мельницу на кусковой известняк. При совместном помоле получали флюсо-лигносульфонатную смесь (ФЛС), которая подавалась в шихту для производства окатышей. В качестве железорудной части шихты использовался концентрат текущего производства с массовой долей железа не менее 62,5% и содержанием, %: РеО - 26+29; ЗЮ2 - 11,8+0,7; А1203 - 0,5+ +0,6; СаО - 0,4+0,5;

- 0,7+0,8. В качестве флюса использовался известняк Докучаевского флюсодоломитового комбината с содержанием Са0+М£0 = 53+1%, в том числе МдО не менее 8+1,5%.

В промышленных испытаниях, вместо бентонита в качестве связующего (и порообразующего) использовались лигносульфонаты с расходом ФЛС от 10 до 4 кг/т окатышей. При этом режимные параметры термообработки окатышей на решетке во вращающейся трубчатой печи и кольцевом охладителе не изменялись. Технологические показатели процесса и характеристики обожженных окатышей приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Технологические показатели процесса обжига окатышей в

промышленных условиях ПГГОКа.

Наименование Базовый период с Опытный период с

18.11 по 20.11.91г. 20.11 no21.11.91 г

Среднее Средне- Среднее Средне-

показателей значение квадра- значение квадра-

показателя тичное показателя тичное

отклонение отклонение

1 2 3 4 5

Производство обожженных окатышей, т 2140,4 560,98 1888,4 377,4

Удельный расход смеси, кг/т 0,34 0,18 5,8 2,1

Удельный расход бентонита, кг/т 16,4 2,9 0,0 0,0

Массовая доля в пульпе, %: Реов1Ц 65,1 0,36 64,3 ' 0,24

ею, 8,8 0,38 9.4 0,29

Массовая доля в кеке, %: Рео0щ 65,3 0,23 64,7 0,25

БЮ, 8 .а 0,11 9,76 0,12

Продолжение таблицы 1.

1 2 3 4 5

Массовая доля фракции -0.053 мм 94,6 0,86 94,7 0,16

SI0, 8,4 0,24 9,02 0,29

Массовая доля в сырых окатышах, %:

F вдЗщ 63,9 0,33 63,9 0,15

SI02 9,6 0,29 9,6 0,12

Влага 9,8 0,23 9,5 0,08

Фракция +16 мм 1.7 0,4 4,3 2,3

+9.5-16 мм 96,9 0,18 94,5 2,43

-9,5 мм 1,4 0,28 1.2 0,09

Прочность сырых окатышей:

на сброс, peí 7.7 3,80 7.3 2,6

на сжатие, кг/ок 1.07

Обожженные окатыши:

массовая доля Рво»« 62,8 0,21 62,8 0,28

FeO 1,38 0,68 1,82 1,2

основность, д. е. 0,095 0,008 0,12 0,010

прочность на сжатие, кг/ок 258,5 22,4 272,0 28,2

барабанная проба, %: кп. +0,5 мм 94,7 0.9 96,2 1.6

кл. -0,5 мм 2.9 0,9 2,3 1.6

Технико-экономический прогноз эффективности использования лигносульфонатов в производственных условиях свидетельствует о том, что годовой экономический эффект от внедрения разработанной технологии производства окатышей с применением ФЛС в ЦПО Полтавского ГГОКа в ценах на 1.01.1992 г. может достигать 170 млн. руб.

5. Разработка и промышленные испытания технологии производства окатышей с повышенной пористостью в условиях Полтавского ГГОКа.

На начальном этапе исследований в лабораторных условиях были определены технологические условия подготовки твердого топлива для ввода в шихту, параметры окомкования и обжига окатышей в режиме работы основного технологического оборудования установок "решетка-трубчатая печь" Полтавского ГГОКа. В качестве твердого топлива использовались коксовая мелочь и антрацитовый штыб (уголь марки АШ), поставляемые на аглофабрику Ново-Криворожского ГГОКа, а также бурый.уголь Александрийского месторождения. Использовалось топливо крупностью 0-0,1 мм, содержание его в шихте варьировалось в пределах 0+1%- После обжига охлажденные окатыши подготавливались для опреде-

ления химического состава, физико-механических и металлургических свойств согласно методик ГОСТ 16598-80, ГОСТ 15054-80, ГОСТ 17495-80, ГОСТ 26135-84 и др. При этом устанавливались: истинная, средняя и насыпная плотность; пористость; внешняя удельная поверхность; содержание влаги в сырых окатышах; прочность на сбрасывание; прочность на сжатие; прочность во вращающемся барабане; прочность в процессе восстановления; восстановимость; газопроницаемость и усадка слоя при восстановлении; набухаемость при восстановлении.

Анализ результатов, полученных в лабораторных исследованиях, показал, что ввод твердого топлива в шихту в количестве от 0,1 до 1% не оказывает влияния на прочностные свойства сырых окатышей и величину предельной температуры сушки. Установлено также, что общая пористость обожженных окатышей при вводе антрацита и коксовой мелочи возрастает с 12-15 до 24-28%. Прочность обожженных окатышей (по ГОСТ 15137-85), наиболее высокая при массовой доле твердого топлива 0,1+0,25%, с увеличением его содержания уменьшается. Аналогичная зависимость изменения прочности окатышей наблюдалась при их восстановлении по ГОСТ 19575-84.

По данным лабораторных исследований выработаны практические рекомендации для проведения промышленных испытаний технологии производства окатышей с улучшенными металлургическими свойствами. Промышленные испытания технологии с использованием твердого топлива (коксовая мелочь и уголь марки АШ с выходом летучих до 10%) и наработка опытной партии осуществлялись на IV технологической линии "решетка-трубчатая печь" цеха производства окатышей ПГГОКа. Подготовка топлива осуществлялась по технологии, сущность которой заключалась в совместном его помоле с известняком в шаровой мельнице в соотношении 1:1. Удельный расход флюсоугольной смеси в шихту составлял 8,2 кг/т для коксовой мелочи и 8,6 кг/т для угля АШ. Удельный расход бентонита был меньше в период испытаний с коксовой мелочью на 4,7 кг/т, а в период испытаний с углем АШ - на 6,7 кг/т по сравнению с расходом в базовом периоде работы

технологической линии (16,4 кг/т). Показатели качества шихты и окатышей с твердым топливом, полученных в ходе промышленных испытаний, приведены в таблице 2.

______________Таблица 2.

Характеристики шихты и окатышей с твердым топливом,

полученных в ходе промышленных испытаний.

Окатыши с Окатыши с

Наименование показателей Базовые коксовой антрацитовым

окатыши мелочью штыбом

Массовая доля, %:

в концентрате Явовщ 64,2 64,3 64,2

вЮз 9,5 9,4 9,5

влаги 10,15 10,4 10,3

в сырых окатышах Ре-«щ 63,2 63,0 63,0

БЮз 10,9 10,4 10,2

влаги 10,3 10,0 9,9

Гранулометрический состав сырых

окатышей: кл. 16,0 мм 2,0 2,4 4,7

кл. -16,0+9,5 мм 96,7 96,3 94,1

кл. -9,5 мм 1.3 1.3 1.2

Прочность сырых окатышей:

на сжатие, кг/окатыш 1.5 1,9 1,4

на сбрасывание, раз 10,3 10,7 8,4

Массовая доля в обожженных

окатышах, %: Ре0ещ 62,2 62,5 62,4

РеО 1,9 4,6 4,5

Прочность на сжатие обожженных

окатышей, кг/окатыш 258,5 224,9 228,6

Массовая доля в окатышах кл. -5,0 мм, % 2,85 1,9 2,1

Основность, дол. ед. 0,10 0,13 0,13

Прочность по ГОСТ 15137-81:

показатель прочности (+5,0 мм) 95,9 97,0 97,0

показатель истираемости (-0,5 мм) 2,8 о.з 1,7

Пористость, %: общая 21,6 25,5 25,8

эффективная 15,7 20,6 20,3

Прочность при восстановлении по ГОСТ

19575-84, %;

показатель прочности (+10,0 мм) 19,3 19,8 14,8

показатель разрушаемое™ (0,5-5,0 мм) 64,2 59,3 53,8

показатель истираемости (-0,5 мм) 1,5 2,9 2,7

Восстановимость, % 47,3 60,2 61,8

Химический анализ проб, отобранных после решетки,

трубчатой печи и кольцевого охладителя, показал, что основная часть твердого топлива выгорает в трубчатой печи. Количество остаточного углерода в конечном продукте составило 0,04%.

Методами микроструктурного анализа изучена эволюция

минеральных фаз в процессе обжига в образцах окатышей, отобранных с решетки, трубчатой печи и охладителя. Установлено, что процесс спекания и рекристаллизации мелкой рудной фракции на стадии твердофазного спекания (решетка) и особенно появление в окатышах железосиликаВюго расплава (печь, охладитель) определяют характер пористости окатышей. Сравнительные исследования в отраженном свете величины и морфологии пор на разных температурных стадиях обжига свидетельствуют о том, что в окатышах, упрочненных на решетке, средний размер пор в магнетитовой и гематитовой зонах практически одинаков и не превышает 0,020-0,025 мм. Отдельные поры достигают размера 0,10 мм. Морфология пор - неопределенная, их форма часто подчиняется укладке зерен концентрата.

Характер пористости в гематитовых зонах окатышей с решетки и из печи практически одинаков. Образование большого количества расплава в магнетитовом ядре окатышей из печи является причиной формирования крупной пористости. Средний размер пор возрастает до 0,06-0,08 мм, при наличии пор размером от 0,0015 до 0,12 мм. Процессы, продолжающиеся в окатышах в зоне охлаждения, являются причиной укрупнения микроструктуры в целом и приводят к дальнейшему увеличению средней величины пор в магнетитовом ядре вплоть до 0,13-0,17 мм. Поры в окатышах после обжига в печи и после охлаждения имеют овальную, часто округлую форму. В магнетитовой зоне окатышей вокруг крупных пор и особенно вдоль трещин наблюдается гематит, что свидетельствует о том, что и те, и другие являются проводниками газа при обжиге - воздуха, а в последствии в доменной печи будут служить проводниками газа-восстановителя.

Образцы, отобранные из вращающейся печи характеризуются различным направлением процессов минералообразо-вания. В магнетитовом ядре развиты процессы шлакообразования, в результате чего в этой зоне формируется силикатная связка, являющаяся носителем прочности, особенно при восстановлении. В гематитовой периферии преобладает рудная связка. Пористость на периферии аналогична пористости

окатышей с решетки, а в ядре размеры пор возрастают до 0,06-0,08 мм. На границе двух зон закладываются глубокие концентрические трещины.

В зоне охлаждения продолжаются процессы перекристаллизации рудной фракции при минимальном развитии процессов шлакообразования в гематитовой периферии окатыша. В магнетитовом ядре происходит перекристаллизация мелкой и средней рудной фракции. В результате поверхность рудных контактов уменьшается, силикатных - растет. Размер пор увеличивается до 0,11-0,17 мм. Концентрические трещины в готовой продукции сохраняются. Коксик практически полностью выгорает в процессе термообработки в печи.

6. Результаты доменной плавки окатышей с твердым топливом в условиях Краматорского металлургического завода

Полученная опытная партия окатышей с твердым топливом была проплавлена на доменной печи №4 Краматорского металлургического завода объемом 1033 м3. Шихта состояла из окатышей ПГГОКа (85-90%) и сидерита (15-10%).

Для оценки работы доменной печи с использованием в шихте опытных окатышей были выбраны базовый период с 9 по 17 ноября 1991г. и опытный период с 9 по 17 декабря 1991 г. с примерно равными условиями работы печи по обеспечению коксом. Печь выплавляла передельный чугун с содержанием кремния 0,85-1,65%, на нагретом до 1000°С дутье с использованием природного газа (до 100 мЗ/т чугуна) и повышенным давлением газа под колошником (0,54 ати).

В течение опытного периода технологические параметры плавки сохранялись постоянными, неизменной оставалась и система загрузки. С учетом условий работы доменного цеха устанавливали состав шихты с долей окатышей 90% и сидерита 10%. В качестве добавок использовали скрап и известняк в количествах 100+125 и 330 кг/т чугуна соответственно. Характеристики окатышей, использовавшихся в базовом и опытном периодах доменной.плавки, представлены в таблице 3.

Введение в шихту опытных окатышей способствовало перераспределению потерь давления по высоте печи: уменьшению нижнего перепада и увеличению верхнего. При этом вы-

Таблица 3.

Качество окатышей ПГГОК в сравниваемые периоды плавки.

Показатели качества и их значения

Период Содержание, % Основность Проч- Барабан, ГОСТ 15137-85

Ре БГОз СаО МдО Х-5мм ность, кг/ок Б*5„Ы, % Б-0.5 мм, %

Базовый 62,11 9,73 0,38 0,81 1,6 0,122 252 98,5 0,7

Опьпмый 62,44 9,07 0,39 0,73 2,1 0,124 243 98,4 1,1

нос пыли увеличился на 1 кг/т чугуна. Контрольные определения состава колошниковой пыли показали увеличение содержания в ней железа, что позволяет считать опытные окатыши источником ее дополнительного образования.

Проведенная опытная плавка показала, что использование в шихте доменных печей окатышей с твердым топливом заметно увеличивает развитие косвенного восстановления в доменной печи и способствует уменьшению размеров зоны вязкопластичного состояния материалов, что положительно сказывается на газодинамике процесса, не смотря на некоторое увеличение выноса пыли с колошниковым газом.

Анализ показателей работы печи в базовом и опытном периодах свидетельствует о положительном влиянии опытных окатышей на основные параметры доменного процесса. После приведения к одинаковым условиям, величина экономии кокса составила 5,6% или 31,7 кг/т чугуна, что позволяет рекомендовать опробованную технологию для широкого внедрения на металлургических предприятиях Украины.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ. 1. Разработана методика использования лигнина при производстве окатышей. Введение лигнина в шихту окомкования в количестве, обеспечивающем содержание твердого углерода в ней 1,54-1,65%, обусловливает увеличение пористости и восстановимости гранул в сравнении с обычными окатышами на 5+14% и на 2,0+18,6% соответственно.

Установлено, что минералогический состав^ структура и физико-химические свойства обожженных окатышей существенно зависят от способа ввода лигнина, его

количества и режима обжига, что подтверждают данные макро- и микроструктурного анализов.

2. Показана эффективность применения лигнина при производстве агломерата. При содержании в аглошихте 6% твердого топлива и замене 20% его лигнином, время спекания и температура отходящих газов снижаются соответственно на 21,7% и 20°С (5,6%), что обусловливает рост скорости спекания аглошихты и увеличение производительности аглопроцесса на 27,8 и 59,7% соответственно. Выход годного агломерата при этом повышается на 8,84% (абс.), а показатели прочности и истираемости на 2,31 и 0,54% соответственно.

3. Установлена целесообразность использования до 2,32% жидкого раствора лигносульфонатов на этапе производства сырых окатышей, что позволяет осуществлять полную замену бентонита органическим связующим при регулируемом порообразовании готовой продукции.

4. С использованием методов оптимизации проведен комплекс лабораторных исследований в широком диапазоне изменения факторов процесса обжига и разработана промышленная технология получения обожженных окатышей с улучшенными металлургическими свойствами. Установлено, что оптимальное количество технических лигносульфонатов для подачи в шихту окомкования составляет «1,3% (по сухой массе), что подтверждается результатами опытно-промышленных испытаний и технико-Экономических расчетов, показавших высокую эффективность их применения при производстве окускованного железорудного сырья.

5. В промышленных условиях Полтавского ГГОКа разработана и опробована технология получения окатышей с использованием лигносульфонатов вместо бентонита, что позволяет повысить их металлургические свойства. Технико-экономический прогноз эффективности внедрения технологии производства таких окатышей на фабрике окомкования Полтавского ГГОКа показывает, что суммарный годовой эффект может достигать 170 млн. рублей по ценам, сложившимся на 1 января 1992 г.

6. Разработана и опробована в промышленных условиях Пол-

тавского ГГОКа технология получения окатышей с использованием в шихте твердого топлива, позволяющая улучшить металлургические свойства окатышей. Проплавка в доменной печи Краматорского металлургического завода партии опытных окатышей, полученных с использованием твердого топлива, позволила снизить расход доменного кокса на 5,6% на 1 т передельного чугуна.

основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

1. Исследование возможности применения лигнина при окус-ковании сырья и в доменном производстве/П.КБондаренко, Ю.А.Ступак, Н.В.Терещенко, В.И.Котов, В.Н.Захарченко//Ме-таллургическая и горнорудная промышленность. -1993. -№2. -с.6-8.

2. Математическое моделирование влияния добавок лигносуль-фонатов на металлургические свойства окатышей/В.Н.Захар-ченко, Н.В.Терещешсо, Д.А.Ковалев//Металлургическая и горнорудная промышленность. -1996. -КэЗ. -с.7-9.

3. Заявка №98005766. МКИ 5 С22 В 1/242. Способ окускования рудных материалов с использованием лигносульфонатов/ ILK, Бондаренко, Н.В.Терещелко, Д.А.Ковалев, ЕЛ.Сулименко, A.A. Давидкж, О.А.Гогенко, В.Н.Захарченко и др. -Заявлено 17.05.93; Опубл. в Бюл. 8-1, 1994 г.//Промислова власшсть. -1994. -№8-1.

4. Бондаренко П.К., Валявин С.М., Захарченко В.Н. Использование лигнина при производстве окатышей//Интенсификация металлургических процессов и повышение качества металлов: Тез. докл. Всесоюзн. научн.-техн. конф. -Тула. -1990. -с.6.

5. Котов В.И., Бондаренко П.К., Захарченко В.Н. О возможности использования лигнина при агломерации//Проблемы теории и технологии подготовки железорудного сырья для доменного процесса и бескоксовой металлургии: Тез. докл. Всесоюзн. научн.-техн. конф. -Днепропетровск. -1990. -с.82-83.

6. Бондаренко П.К., Котов В.И., Захарченко В.Н. Оценка возможности использования лигнина при производстве окатышей// Проблемы теории и технологии подготовки железорудного сырья для доменного процесса и бескоксовой металлургии: Тез. докл. Всесоюзн. научн.-техн. конф. -Днепропетровск.

-1990. -с.169-170.

7. Захарченко В.Н., Терещенко Н.В. Производство железорудного металлургического сырт.я с использованием углеродсо-держащих отходов//Теорин и практика решений экологических проблем -в -горнодобывающей и металлургической промышленности: Тез. докл. Всесою.'ш. научн.-техн. конф. "Днепропетровск. -1993. -с.125.

8. Захарченко В.Н., Терещенко Н.В. Моделирование влияния добавок лигносульфонатов на металлургические свойства окатышей//Теория и технология аглодоменного производства: Тез. докл. Международн. научн.-техн. конф. -Днепропетровск, -1995. -с. 127-128.

9. Захарченко В.Н., Давидюк A.A. Исследование процесса получения окатышей с твердым топливом из концентратов Полтавского ГГОКа// Теория и технология аглодоменного производства: Тез. докл. Международн. научн-техн. конф. -Днепропетровск. -1995. -с.132-133.

10. Захарченко В.Н., Абросимов Н.И. Оценка технико-экономических показателей работы ДП-4 КрамМЗ на окатышах ПГГОКа с повышенными металлургическими свойствами// Теория и технология аглодоменного производства: Тез. докл. Международн. научн.-техн. конф. -Днепропетровск. -1995. -с.84-86.

11. Доменная плавка с использованием железорудных окатышей повышенной пористости/В.Н.Захарченко, Д.А.Ковалев. Н.И.Гуртовой//Металлургическая и горнорудная промышленность. -1996. -№3. -с.12-14.

Захарченко В.М. Розробка технологи одержання окусковано! зал1зорудно1 доменно! сировини шдвищено! якост1 з викорис-танням додатшв оргашчних зв'язуючих речовин 1 твердого палива. '

Дисертащя на здобуття вченого ступеня кандидата техтчних наук по спещальност! 05.16.02 - металурпя чорних метал!в. Державна металургшна академ!я Украши, Дншропет-ровськ, 1996. Рукопис 136 е., 58 табл., 25 мал., библюгр. 41 назв.

Ключов1 слова: окускована зал1зорудна сировина, окоти-пл, П0рист1сть, здатшеть до вщновлення, Л1гшн, л1гносульфо-нати, тверде паливо, доменна плавка.

Мштить результата лабораторних дослщжень I дослщно-промислових випробувань, спрямованих на розробку техноло-гш одержання окускованох зал1зорудно1 сировини падвищено1 якость Розроблеш методики використання лшпну, л1гно-сульфонат1в 1 твердого палива (коксик, вугшля марки АШ) при виробництв! окотинпв, яш мають пщвищену пористкггь 1 здатшеть до ввдновлення 1 не поступаються характеристиками мщнос™ окотишам, одержаним по традицшнш технологи. Показана можливють повного виключення бентошту з шихти для виробництва окотинпв. Показана принципова можливгсть використання лн-ншу при виробництв! агломерату.

Проанал^зоваш результати дослщно-промислово! доменно! плавки на окотишах, яш одержат з використанням твердого палива. Наведеш дат розрахунк!в економ!чно1 ефектив-ност1 розроблених технолопй виробництва окотинпв.

.-TM

! - 23 -

Zaharchenko V.N. Development of technology for reserving high-quality agglomerate?}'iron-ore raw materials for blast furnaces with^adding organic binding matters and solid fuel.

The master's thesis on the speciality C5.16.0?, - metallurgy of ferrous metals. State Metallurgical Academy of Ukraine, Dnepropetrovsk, 109'.). Manuscript, p. 136*, tabl. 58, fig. 2C, ref, 41.

Key words: agglomerated iron-ore raw materials, pellets, porosity, reductibility, lignine, liquid sulphuric lignine, solid fuel, blast smelting.

It contains theoretical and experimental investigations results for development of technology for receiving a high-quality agglomerated iron-ore raw materials. The methods of lignine, liquid sulphuric lignine and solid fuel (':ok,e, ante a cite coal) using for production a high-porosity and high-j-eductibility pellets were developed. New pellets are firm as '.veil as traditional pellets. It was shown the possibility of production a non-contained bentojiife clay pellets. It was shown the principle possibility of lignine using for production of sinter.

It was considered the results by experimi-nirJ-inuusfrial blast furnace smelting with using a new pellets, whleh arc-received with using solid fuel. It was shown are results of economical efficiency calculations for new pellets production technologies.