автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Совершенствование теории и технологии агломерации с целью интенсификации работы аглолент и улучшения качества продукции

Введение. .3.

1.Аналитический обзор современного состояния проблемы определения прочности железорудного сырья при восстановлении. *

Выводы по литературному обзору.26.

2.Метод испытания газопроницаемости железорудного сырья при восстановлении .27.

Выводы по главе.43.

3. Экспериментальное исследование газопроницаемости слоя окатышей сварочного -шлака и руд при восстановлении.44.

Ейводы по главе.63.

4. Экспериментальное исследование газопроницаемости слоя агломерата при восстановлении .64.

Выводы по главе.122.

5.Новый метод высокоцроизводительного спекания агломерата с улучшенными металлургическими свойствами.125.

Выводы по главе.152.

6.Промышленные опыты спекания аглопшхт по новой технологии.153.

Вйводы по главе

7.Выводы по диссертационной работе .I5?*

8.Литератур а.160*

ШТ съезд КПСС, наметивший направление дальнейшего развития экономики страны, обратил особое внимание специалистов промышленности на необходимость ускорения научно-технического прогресса, более рационального использования производственного потенциала, повышения качества продукции.

В области доменного производства одной из наиболее серьёз-!ных проблем является сегодня крайне низкое качество агломерата и окатышей. Несмотря на то, что оптимальная крупность загружаемого в печи железорудного сырья составляет 5-40 мм. для малых и средних печей и 15-40 мм. для наиболее мощных печей, в среднем скиповый агломерат в 1982 году в СССР содержал 16% мелочи (-5 мм.). В окатышах содержание мелочи (-5 мм) колебалось в пределах от 2 до 6$. Столь большое содержание мелочи снижает производительность печей в среднем на 7-8$, что снижает выплавку чухуна в стране на 7,5-8,5 млн. т/год. Однако, "холодная" прочность не вполне точно характеризует поведение сырья в доменной печи при нагреве в восстановительной атмосфере. Как показывают зондирования печей, окаг-тыши, выдерживающие при сжатии на холоду нагрузку 3000-10000 н/окатыш, через 20-30 мин. пребывания в доменной печи разрушаются, превращаясь в черную пыль, что ухудшает газопроницаемость столба шихты и снижает технико-экономические показатели плавки. В меньшей мере это относится и к агломерату, который также разу-прочкяется в рабочем пространстве доменных печей.

Целью настоящей работы было создание метода определения "горячей" прочности сырья вне доменной печи. Как будет показано ниже, для решения этой задачи в производственных условиях ШО "Тулачермет" была создана установка нового типа, позволившая эффективно оценивать качество сырья.

Другая задача исследования заключалась в интенсификации процесса спекания аглошихты в условиях нехватки извести. Розданный в ходе настоящей работы новый способ агломерации двухслойной шихты с обжигом флюсов в верхнем слое, позволяет не только ускорить спекание и повысить качество агломерата, но и коренным образом изменить баланс извести на заводах. Отпадает необходимость в сооружении машин для обжига известняка, возникает возможность значительного повышения качества агломерата и экономии коксовой мелочи.

Диссертационная работа выполнена в ЗУлаНИЙчермет и агломерационном цехе НПО "Тулачермет", а также в лаборатории кафедры руднотермических процессов МИСиС. Автор пользуется случаем, чтобы поблагодарить коллективы этих цехов и лабораторий за большую помощь в проведении настоящей диссертационной работы.

ВЫВОДЫ И ПРВДОШШ:

1. С увеличением расхода твердого топлива в аглошихте "холодная" прочность агломерата улучшается вследствие увеличения содержания магнетита, повышения температур в зоне спекания и уве- < личения времени пребывания аглоспека при повышенных температурах, что способствует более полной кристаллизации связки и повышению однородности структуры агломерата.

2. Газопроницаемость агломерата при восстановлении зависит от температурно-теплового уровня процесса спекания и восстанови-мости агломерата.

При низком расходе топлива, низком температурно-тепловом уровне процесса и повышенной скорости охлаждения, цроцессы образования расплава и выравнивания его состава, а также процессы кристаллизации затруднены, вследствие чего образуется многофазный агломерат с неоднородной структурой, большими внутренними напряжениями и пониженной прочностью. Окисленность железа и восстановимость агломерата повышенные. В результате внутренние напряжения разрушают агломерат с момента начала восстановления.

С увеличением расхода топлива и повышением температурно-теплового уровня процесса улучшаются условия образования прочного спека. Возникающие при кристалло-химических превращениях гематит-магнетит внутренние напряжения мало ослабляют структуру и газопроницаемость агломерата при низкотемпературном восстановлении повышается, а интенсивное разрушение и снижение газопроницаемости сдвигается в сторону больших температур восстановления и внешних нагрузок.

Наиболее интенсивно разрушение агломерата и снижение его газопроницаемости при восстановлении в области до температур 1323 К происходит на стадии восстановления вюстит-металл. Во-первых, хотя внутренние напряжения при восстановлении вюстита меньше, чем цри восстановлении гематита, но скорость восстановления вюстита значительно выше и поэтому суммарные внутренние напряжения значительны. Во-вторых, восстановление вюстита идет при повышенных температурах, когда прочность материала снижается, и повышенных внешних назтрузках.

Снижение газопроницаемости агломерата при восстановлении в твердом (сыпучем) состоянии зависит от степени развития реакции восстановления вюстита. У исследованного агломерата интенсивное разрушение и повышение удельного газодинамического сопротивления начиналось цри достижении степени металлизации 45$. Повышение газопроницаемости при восстановлении высокозакисных агломератов происходит вследствие снижения степени восстановления вюстита.

3. Снижение степени восстановления и увеличение содержания закиси железа в железорудных материалах приведет к снижению температур размягчения материала и увеличению интервала температур от размягчения до расплавления, образованию вязких масс с низкой газопроницаемостью и увеличением перепада давления в этой зоне. В результате при хорошем отсеве мелочи из агломерата и достаточной прочности его при восстановлении в твердом (сыпучем) состоянии "запирающей" зоной станет зона размягчения-плавления. Поэтому повышение "горячей" прочности за счет снижения восстановнмос-ти возможно только при наличии большого количества мелочи в скиповом агломерате и низкой начальной "горячей" прочности при восстановлении до температур размягчения.

4. Повышение качества агломерата, его прочности, восстанови-мости и газопроницаемости при восстановлении, возможно за счет оптимизации температурно-теплового уровня спекания цри одновременном снижении расхода твердого топлива.

Наибольший эффект может быть достигнут спеканием агломерата с двухслойной загрузкой шихты и подачей в верхний слой смеси флюсов с топливом, или смеси флюсов, концентрата и топлива, в нижний - железорудной часта с возвратом и топливом. Причем, верхний слой содержит до 35$ концентрата и 40 * 60$ твердого технологического топлива, остальное - в нижнем. При этом возможно достижение оптимального температурного уровня спекания, что приведет к образованию прочного агломерата, и повышение восстановимости агломерата.

Увеличение внутренних напряжений при восстановлении такого агломерата может быть компенсировано созданием прочной связки, например, увеличением основности агломерата, и др. мерами.

Спекание агломерата по предлагаемой технологии позволит решить проблему обеспечения аглопроизводства известью и повысить качество агломерата.

1. Ямашита Шинроку. Доменные печи большого объема. - )яАс£иа£)1.ol fo^oUtzty, * Х972 г., J& 140, 38-42.

2. Буклан И.З., Балон И.Д., Муравьев В.Н., Мшценко И.М. Исследование процесса восстановления в охлажденной азотом промышленной доменной печи. Сталь, 1970 г., й 3, с 208-213.

3. Г^уравьев В.Н., Ефанова Н.И., Балон И.Д., Буклан И.З., Мищенко И.М. Фазовые превращения цри восстановлении шихтовых материалов в промышленной доменной печи. Сталь, 1970 г., $ 8, с. 683 - 687.

4. Канфер В.Д., Муравьев В.Н. Исследование процесса восстановления в охлажденной промышленной доменной печи. Сталь, 1974 г., 3 II, с. 981 - 986.

5. Балон И.Д., Муравьев В.Н., Никулин Ю.Ф., Буклан И.З., Мищенко Н.М. Фазовые превращения цри восстановлении и шлакообразовании в процессе доменной плавки. Сталь, 1972 г., № 10, с. 883 - 888.

6. Исследование поведения железорудных материалов в шахте доменной печи методом моделирования. Отчет НПО "Тулачермет",шифр 2*2 - I - 80 ^ руководитель работы Е.Ф.Лингарт, Т - 8 - б - Ж

7. М ГР 80020626, Инв. В 02824027047.

8. Фон Энде Г., Гребе К. Поведение компонентов доменной шихты при восстановлении. Черные металлы, 1972 р., В 7, с. 47-58.

9. Ефанова Н.И., Муравьев В.Н., Петухов А.П. Условия разрушения офлюсованного агломерата, вызванного модификационными превращениями минерала двухкальциевого силиката. В сб. "Новое в аглодоменном производстве". Донецк, 1973 г., с. 30-36.

10. Такаси Косунэ, Карэтана Кодама, Такэхиро Хорпо. Влияние химического состава на измельчение агломерата при восстановлении. "Тэцу то хаганэ", 1966 г., т. 52, № 3, с. 498-501.f

11. Сендзиро Ватанабэ, Маями Иосинаса. Зависимость между прочностью агломерата и его микроструктурой в процессе восстановления. -"Тэцу то хаганэ", 1966 г., т. 52, В 3, с. 488-491.

12. Харуо Дцати. Об измельчении агломерата в ходе восстановления при низких температурах. "Тэцу то хаганэ", 1966 г., т. 52, В 3, с. 491-495.

13. Кэндзиро Камбара, Кэйки фудзита, Косей Окинава. Уменьшение размеров зерен агломерата при восстановлении. "Тэцу то хаганэ", 1966 г., т.52, В 3, с. 495-498.

14. Такаси Косугэ, Карэтана Кодама, Такэхиро Хорио. Влияние химсостава на измельчение агломерата при восстановлении. "Тэцу то хаганэ", 1966 г., т. 52, В 3, с. 498-501.

15. Худорожков И.П., Равикович Й.М., Братчиков С.Г., Грошев М.Я. Влияние степени восстановления агломерата на его механическую прочность. Металлург, 1966 г., $ 4, с. 3-5.

16. Похвиснев А.Н., Спектор А.Н., Юсфин Ю.С., Базилевич Т.Н., Пыриков А.Н. Поведение железорудных материалов при восстановлении. Сталь, 1970 г., В 2, с. 97-104.

17. Вебман Е.Ф. Окускование руд и концентратов. Издание 2е, переработанное и дополненное М.Металлургия, 1976 г., с. 223.

18. Гребе К., Кеддаинис Г., Штриккер К.П. Исследование низкотемпературного распада агломерата. Черные металлы, 1980 г., 1 17, с. 25-31.

19. Фон Энде Г., Гребе К., Томмала 3. Чрезмерное разбухание офлюсованных окатышей при восстановлении. Черные металлы, 1971 Г., £ 14, с. 25-35.

20. Гребе К., Кист ер Г. Исследование распада агломерата в доменной печи. Черные металлы, 1971 г., 14, с. 35-44.

21. Хеги Ясунори. Улучшение восстановимости агломерата. Д.°Свойства агломерата с низким FeO и %><-0g на аглофабрике № 3 завода "Тобата" фирмы "Синнитэпу" "Тэцу то хаганэ", 1981 г., 67, № 12, 702.

22. Харуна Юнсуко. Влияние на агломерацию. П. Прочность агломерата при восстановлении, "Тэцу то хаганэ", 1981 г., 67, Ш 12, 683.

23. Спектор А.Н., Похвиснев А.Н., Павлюков Ю.С., Цейтлин М.А. Исследование металлургических свойств офлюсованного агломерата. В сб. "Подготовка доменного сырья к плавке".

24. Металлургия, 1971 г., с. 22-31.

25. Чернышов A.M., Малышева Т.Я., Мореева Г.П., Журавлев Ф.М. О температуре критической прочности окатышей ССГОКа в доменной плавке.,- Металлург, 1969 г., Jfc II, с. 3-5.

26. М. Наука, 1974 г., с. 32-35.

27. Шашенков Л.И., Соколов Г.А., Чернышов A.M., Коссова В.П., Лось П. Е. Разрушение агломерата при восстановлении. -Металлург, 1973 г., № 12, с. IO-II.

28. Соколов Г.А., Шашенков Л.И., Чернышов А.М. Прочность агломерата из различных видов железных руд при восстановительно-тепловой обработке.- В сб. "Восстановительно-тепловая обраг-ботка железорудного и марганцевого сырья". М. Наука, 1974 г., с. 49-53.

29. Бурхардт 0., Кортман Г., Гровер Б. Влияние минералогического состава железорудных окатышей на их качество. Черные металлы, 1970 г., Л 13, с. 3-9.

30. Похвиснев А.Н., Шаров С.И., Весман Е.Ф., Бушина Э.Г., Васин А.А., Фаерман Н.К. Исследование температуры железорудного агломерата. Сталь, 1969 г., $ 10, с. 873-877.

31. Малышева Т.Я., Чудинов М.Г., Лядова В.Я. К вопросу о прочности ферритного агломерата. Известия АН СССР "Металлы", 1971 г., JS 2, с. 16-21.

32. Ефименко Г.Г., Васильев Г.С., Княжанский М.М., Григорьев Э.Н. Изменение прочности окускованных магнезиальных железорудных материалов при их восстановлении. Известия вузов ЧМ, 1973 г., J& 6, с. 26-28.

33. Хильнхюттер Ф.В., Кистер X., Кох К. Влияние окислов кальция и магния на низко температурный распад железорудного агломерата. Черные металлы, 1976 г., № 21, с. 3-9.

34. Хеш Ясунори. Улучшение восстановимости агломерата. Получение агломерата с низким содержанием FbO ж 18t03 да аглофабрике Тобата № 3 фирмы Nippon SteeE "Тэпу то хаганэ", 1981 г., т. 67, JS 12, 701.

35. Камико Ешио. Опытное производство агломерата с низким содержанием шлака и высокой восстановимостью. "Тэцу то хаганэ", 1981 г., т. 67, JS 12, 685.

36. Гребе К., Кистер Г. Исследование распада агломерата в доменной печи. Черные металлы, 1971 г., № 14, с. 35-45.

37. Прочность железорудного агломерата при восстановлении. eg А 1976 Г., 48, с. 33—40.

38. Поль Г., Ч1фскэ Э., Хагедорн К. Использование в доменной шихте окатышей и агломерата различных сортов. Черные металлы, 1966 г., 16 2, с. 3-16.i

39. Ризницкий И.Г., Савельев С.Г., Мнгуцкая С.Л., Тарановский В.В. Анализ зависимостей между показателями гранулометрического состава агломерата и работой доменной печи. Известия вузов ЧМ, 1982 г., 6, с. II-I5.

40. Энгель К., Гребе К., де Хааз Г., Кяеппе В., Винуер Г.

41. Работа доменной печи на различной железорудной шихте. -Черные металлы, 1979 г., J£ 17, с. 3-8.

42. Прокофьев И.А., Товаровский И.Г., Бондаренко В.И., Донсков Е.Г., Тарановский В.В. Работа доменной печи с использованием освобожденного от мелочи высокоосновного агломерата. -- Сталь, 1979 г., 5, с. 332-333.

43. Тараканов А.А., Ефименко Г.Г., Гринштейн Н.Ш., Хомич И.Г., Немченко С.З., Бочка В.В. Особенности газодинамического режима работы Доменной печи объемом 5000 м3. Известия АН СССР "Металлы", 1982 г., J6 5, с. 33-37.

44. Прокстер М.А., Жекели М. Газовый поток через зону размягчения доменной печи. ifJb?u tc<aA. ct^e-i г., 6, & 5, с. 209-220.

45. Гуденау Г. В., Крайбих К., Номия Е. Влияние пластической зоны на распределение газового потока в доменной печи.- Черные металлы, 1977 г., & 22, с. 7-13.

46. Канбара Кенийро, Шигеми Акитоши. Разработка содержимого доменной печи. А/сррсп Зкс/гп. Qzpir. Оёаг-З etans1977 г., J6 10, с. 47-56.

47. Гуденау Г. В., Номия Е. Устранение неравномерности газораспределения в доменной печи. -^ЗасАбес. Н&"H&npг&яс. <Ш49, V/^738,740,742,74^748-7SO.

48. Тошио Юи, Татеока Масатаке, Сигата Масаясу. Работа доменной печи с низким расходом кокса. "Тэцу то хаганэ", 1979 г., т. 65, Ш 10, 1553-1560.

49. Ямагухи Казуёши. Влияние свойств агломерата цри температурах выше 1100° С на ход доменной печи. "Тэцу то хаганэ", 1981 г., 67, № 12, 716.

50. Ямаока Еиро, Хотта Хирохиса, Кайкава Шуи. Метод испытания высокотемпературных свойстб доменной шихты. "Тэцу то хаганэ", 1980 г., т. 66, № 13, с. 1850-1859.

51. Браконир Р., Еуйлот И.В., Рист А. Экспериментальное исследование размягчения и плавления агломерата в доменной печи.-uRei? те.-к. "/¥iance>J 1980 г., 77, В 7, 561-571, П, Ш, ЗУ.

52. Омори Ясуо, Такаси Ешиказу. Методы оценки свойств железорудного окомкованного сырья при температуре выше 1100° С. --Jgtotn. ??Ргое. Jnt Sy^p.M&iaia, ^ /2tiU.t" <286-3OS.

53. Гликсби Г. Моделирование восстановления в доменной печи кислых окатышей при 950-1350° С. Jkonmak. апс7 mci4:."t 1980 г., 7, В 2, 68-75.

54. Сасаки С., Буки Я., Накаями X. Исследование свойств агломерата с пониженным содержанием feO а $10г.- "Тэпу то хаганэ", 1981 г., т. 67, $12, с. 702.

55. Хотта Хирохиса. Изучение высокотемпературных свойств доменной шихты. 4. Влияние FeO на поведение агломерата при высоких температурах. "Тэпу то хаганэ", 1981 г., т. 67, J& 12, с. 704.

56. Махишима Риохи. Влияние (?аО и $Юа на прочность агломерата. "Тэпу то хаганэ", 1981 г., т. 67, J£ 12, с. 689.

57. Карисон В., Илмони Р.А., Бёрквал Б. Влияние щелочей на офлюсованные и неофлюсованные окатыши.-Jfybtw. 77Ргоо. гпЫ Jnst Symp.^&tnia, Ц/cl, /977, frot.2., M Г., М??П 784-802.

58. Сасаки Минору, Хита Юкихиро. Зависимость качества агломерата от его минералогического состава и физико-химических превращений в процессе агломерации. "Тэцу то хаганэ", 1982 г., т. 68, JS 6, с. 563-571.

59. Кокубу Харуо. Влияние основности и<з//дО на высокотемпературные свойства агломерата. "Тэпу то хаганэ", 1981 г.,т. 67, Jfa 12, с. 703.

60. Гребе К., Кедцайнис X., Штринкер К.П. Высокотемпературное восстановление кислого и основного агломерата. Черные металлы, 1981 г., № 15, с. 3-10.

61. Веселый И., Новотный Р. Влияние структуры поверхности на восстановительные свойства агломерата. it/-Luinу1978 г*, 33, & I, с. 8-12.

62. Готлиб А.Д. Доменный процесс. Издание 2е, исправленное и дополненное. Металлургия, 1966 г., с. 503.

63. Полтавец В.В. Доменное производство. М.Металлургия, ' 1972 г., с. 448.

64. Явойский В.И. Теория процессов производства стали.- М.Металлургиздат, 1963 г., с. 820.

65. Чернышов A.M., Еуравлев Ф.М., Дрожилов JT.A., Воропаев Е.М. Методы и устройства для оценки железорудных шихтовых материалов доменной плавки. Черметинформация, 1978 г., серия 3, вып. I, с. 40.

66. Венцель В., Тайсгесе Г. В. Условия испытания железных руд на восстановимость. - Черные металлы, 1967 г., 13, с. 16-18.

67. Чернышов A.M., Мореева Г.П.,.Мелентьев П.Н. Влияние режима нагрева на прочность железорудных материалов при восстановлении. В сб. "Подготовка железорудного сырья к металлургическому переделу". Наука, 1973 г., с. 51-57.

68. Шенк Г., Венцель В., Тайсгесо Г. В., Елок Ф. Определение восстановимости железных руд при прогршлмированш параметров доменного процесса. - Черные металлы, 1965 г., й 16, с. 3-10.

69. Бабарыкин Н.Н. Давление шихты и газа в доменной печи.- Сталь, 1962 г., № 9, с. 777-782.

70. Бабарыкин Н.Н. О давлении шихты и рациональном очертании заплечиков доменной печи. Сталь, 1969 г, JS9, с. 772-778.

71. Корнилова Н.К., Чернышев A.M. О точности определения степени восстановления железорудных материалов. Б сб. "Прямое получение железа и порошковая металлургия", М.Металлургия,1978 г., сб. № 4, с. 18-21.

72. Рамм А.Н. О возможности интенсификации доменной плавки при повышенном давлении газов. Труды ЛПИ им.Калинина "Металлургия чугуна", Металлургиздат, 1955 г., с.118-126.

73. Вегман Е.Ф. Исследование технологии спекания и структуры железорудного агломерата. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. -Москва, 1967г., с.439.

74. Крижевский А.В., Михайличенко С.И. Влияние содержания закиси железа в агломерате на его прочность. Металлург, 1971 г., $ 7, с. 14-16.

75. Мазанек Е., Мидерко М. Оптимизация свойств железорудного агломерата. -Ч-еисЭе&и*" 1976 г., 47, В 8, с. 457-463.

76. Базилевич С.В., Вегман Е.Ф. Агломерация. М.Металлург-издат, 1967 г., с. 368.

77. Каракаш А.И. Влияние состава и свойств шщкой фазы на прочность железорудного агломерата. Известия АН СССР "Металлы", 1976 г., В 4, с. 6-8.

78. Каракаш А.И., Терновой П.В. Вязкость, поверхностное натяжение и плотность агломерационных расплавов. Известия вузов ЧМ, 1977 г., № 10, с. 21-23.

79. Бедфорд П., Ловинг И., Трайце Ф. Изменение гранулометрического состава шихты в доменной печи. п Со/ъ$£. Уъоъ" 1975 г., 24-37, ^Ucutf. 39-108.

80. Вешан Е.Ф. Краткий справочник доменщика. М.Металлургия, 1981 г., с. 240.

81. Для спекания использовали смесь Михайловской аглоруды и концентрата, поступающую с рудного двора. Возврат, обоженный флюса смесь флюса с рудой и железорудный возврат, готовили в лаборатории.

82. Спекание вели с разрежением в коллекторе 6,87 кПа С 700 мм вод.ст.). На 8-й вакуум-камере палеты останавливали, выдерживали 15 минут и снимали. После остывания аглоспека отбирали пробы агломерата на испытание прочности и химанализ.1} f I

83. Испытания, проведенные согласно задач, поставленных и решенных в диссертационной работе, показали, что спекание по предложенному способу позволяет получить в производственных условиях более прочный и восстановимый агломерат.

84. Начальник отдела организации промышленного эксперимента, внедрения новой техники ж . технологии1. И.о.нач.аглоцеха

85. Зав .лабораторией J6 10 За в. групп ой ла б ораторш % 10

86. В.В.Казанский Г.П.Зуев Е.ФДингарт М*А.ВайнштейнdSL1. EJLB E P Ж Д А Ю1. АКТприемки в эксплуатацию.

87. Нач. аглодоменног^ участка ОТК1. Ю.И.Кулик1. УТВЕРЖДАЮ"инженер ЭПК О'ШТулачермет''1. М.1\ Бойконоября 1984г.1. АКТиспользования рекомендаций

88. Заведующий ПКО ТулаНИИчермет1. Начальник цеха