Удосконалювання технології агломерації з метою переробки збагаченого мартенівського шлаку

Размещено на http://allbest.ru

ПРИАЗОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 669.162:662.785

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття вченого ступеня

кандидата технічних наук

УДОСКОНАЛЮВАННЯ ТЕХНОЛОГІЇ АГЛОМЕРАЦІЇ З МЕТОЮ ПЕРЕРОБКИ ЗБАГАЧЕНОГО МАРТЕНІВСЬКОГО ШЛАКУ

Спеціальність 05.16.02 - “Металургія чорних металів”

Русанов Роман Ігорович

Маріуполь - 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі “Металургія чорних металів” (МЧМ) Донбаського гірничо-металургійного інституту (ДГМІ), Міністерство освіти і науки України (м. Алчевськ).

Науковий керівник:доктор технічних наук, професор Петрушов Станіслав Миколайович, Донбаський гірничо-металургійний інститут, Міністерство освіти і науки України, професор кафедри МЧМ.

Офіційні опоненти:доктор технічних наук, професор Ярошевський Станіслав Львович, Донецький національний технічний університет, Міністерство освіти і науки України, професор кафедри “Рудно-термічні процеси і маловідходні технології”

кандидат технічних наук Хлапонін Микола Семенович, Донецький інститут залізничного транспорту Української державної академії залізничного транспорту, Міністерство освіти і науки України, доцент кафедри “Менеджмент і маркетинг”

Провідна установа:Національна металургійна академія України, Міністерство освіти і науки України (м. Дніпропетровськ)

Захист відбудеться “_18_”__червня_____2004 р. у 14⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 12.052.01 Приазовського державного технічного університету за адресою: 87500, Донецька обл., м. Маріуполь, вул. Університетська, 7.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Приазовського державного технічного університету за адресою: 87500, Донецька обл., м. Маріуполь, вул. Анатова, 115.

Автореферат розісланий “_12_”__травня__2004 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

К 12.052.01 д.т.н., професор_______________ Маслов В.О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Чорна металургія України є однією з найважливіших галузей важкої промисловості і впливає на економіку країни. Для подальшого розвитку чорної металургії в сучасних умовах необхідно здійснювати технічне переозброєння підприємств і забезпечувати конкурентноздатність металопродукції на світовому ринку шляхом поліпшення її якості і впровадження ресурсо- і енергозберігаючих технологій.

У сформованих умовах однією з найважливіших задач є залучення в металургійне виробництво різних техногенних відходів. Значна частина цих відходів за довгі роки інтенсивної роботи нагромадилася безпосередньо на металургійних підприємствах у шлакових відвалах і шламовідстійниках.

Одним з таких відходів є мартенівський шлак, споживання якого в промисловості вкрай обмежено. Однак в останні роки рядом підприємств почата розробка його відвалів з виділенням чистого і зашлакованого металу, що є оборотним продуктом при виробництві чавуна і стали. При цьому шлак крупністю менше 10 мм залишається незатребуваним. Тим часом, при збагаченні цього шлаку може бути отриманий продукт, придатний для агломерації.

Дослідження металургійних властивостей цього продукту, оцінка його впливу на хід процесу спікання і показники агломерації і розробка технології виробництва агломерату з його введенням у шихту є актуальною задачею, рішення якої дозволить не тільки зменшити споживання природної залізорудної сировини, знизити собівартість агломерату, але і буде сприяти поліпшенню екологічної ситуації в металургійних районах.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота є результатом науково-дослідної роботи “Розвиток теоретичних основ технології аглодоменого виробництва з використанням вторинних ресурсів”, № держреєстрації 0101U003567, проведеної в Донбаському гірничо-металургійному інституті. Автор був виконавцем зазначеної роботи.

Метою і задачею роботи є теоретичне обґрунтування і розробка практичних рекомендацій ефективності використання збагаченого мартенівського шлаку як замінника природної залізорудної сировини шляхом розробки наукових визначень, методів, розрахункових методик і ресурсо-енергозберігаючей технології його використання при агломерації.

Об'єкт дослідження - технологія підготовки шихти до спікання агломерату і виробництво агломерату.

Предмет дослідження - збагачений мартенівський шлак крупністю до 10 мм і можливість його застосування при агломерації.

Методи дослідження. У ході виконання роботи були використані загальноприйняті і стандартні методики дослідження і визначення хімічних і фізичних характеристик матеріалів, методи планування експериментів і методи математичної статистики при обробці результатів експериментів.

Наукова новизна результатів роботи полягає в наступному:

Уперше, на підставі комплексного дослідження хімічного складу і фізичних властивостей продукту збагачення мартенівського шлаку крупністю до 10 мм (МОС-1), розроблені наукові основи агломерації з введенням у шихту техногенних відходів, що містять металеве залізо в комплексі зі шлакоутворюючими;

Одержали подальший розвиток теоретичні закономірності окислювання металевого заліза, яке входить до складу МОС-1, що протікає у високотемпературній зоні, зоні горіння палива і формування агломерату в умовах температур і концентрації кисню, що змінюються; при цьому визначений тепловий рівень спікання й обґрунтована можливість скорочення витрати твердого палива на агломерацію в кількості 0,25-0,3 кг на 1 кг металевого заліза, що вводиться;

Уперше теоретично й експериментально установлений вплив добавок, що містять металеве залізо на якість одержуваного агломерату; показано, що використання добавки МОС-1 в аглошихті у кількостях більш 20 кг/т дозволяє одержати агломерат, що володіє підвищеною міцністю при відновленні в умовах доменної плавки;

Уперше, на підставі теоретичних розрахунків і експериментальних досліджень, отримана залежність середнього діаметра обгрудкованої аглошихти від кількості продукту МОС-1, що вводиться; установлено, що поза залежністю від співвідношення інших компонентів, середній діаметр шихти після обгрудкування росте прямопропорційно добавці МОС-1, шихта при цьому стає більш однорідною по ситовому складі.

Практичне значення отриманих результатів. На підставі проведених теоретичних розрахунків і в результаті промислових іспитів установлено, що продукт магнітного збагачення мартенівського шлаку є ефективною металовмісною добавкою в агломераційну шихту, що дозволяє, у залежності від способу його введення, заощаджувати природні залізовмісні матеріали в кількості 1-2 % від їхньої витрати на кожні 10 кг продукту, що вводиться. При використанні збагаченого мартенівського шлаку здійснюється розробка шлакових відвалів, які є техногенними родовищами, що впливає на екологічну ситуацію промислових регіонів.

Реалізація результатів роботи здійснена шляхом впровадження в агломераційному цеху ВАТ “Алчевський металургійний комбінат” (АМК) технології виробництва агломерату, що передбачає використання збагаченого мартенівського шлаку, причому його витрата доведена до 40 кг на тону агломерату (рекомендовано збільшення витрати до 80 кг на тону).

Загальний економічний ефект від упровадження технології за 2002 р. та десять місяців 2003 року склав 15,9 млн. грн. за рахунок економії концентрату й агломераційної руди. Середня витрата збагаченого мартенівського шлаку за цей час склала 26 кг/т агломерату.

Результати роботи передані Донбаському гірничо-металургійному інституту для використання при навчанні студентів за фахом “Аглодоменне виробництво” і ТОВ “Інтерпром”, що займається розробкою відвала мартенівського шлаку АМК.

Особистий внесок здобувача. Усі теоретичні й експериментальні дослідження виконані при особистій участі автора чи їм самостійно.

Апробація роботи. Основні положення роботи викладені у формі доповідей на наукових конференціях, семінарах, у тому числі на конференції “Екологія і безпека життєдіяльності - 2002” (м. Затока, Одеська область, 2002 р.), IX міжнародної конференції “Машинобудування і техносфера XXI століття” (м. Севастополь, 2002 р.) і 2-ий міжнародної науково-практичної конференції “Автоматизовані пічні агрегати й енергозберігаючі технології в металургії” (м. Москва, 2002 р.)

Публікації. За темою дисертації опубліковано десять наукових праць, а саме, шість статей, два нормативно-практичних видання і тези доповідей, що включені в два збірники матеріалів конференцій.

Обсяг і структура дисертації. Робота складається з уведення, шості розділів, висновків, переліку посилань (80 джерел) і п'яти додатків. Дисертація включає 135 сторінок машинописного тексту, 21 таблицю, 18 рисунків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

В першому розділі проаналізований досвід утилізації техногенних відходів чорної металургії, показана технологічна, економічна й екологічна доцільність переробки відвальних сталеплавильних шлаків.

Відвальні сталеплавильні шлаки є джерелом дефіцитної мінеральної сировини, вартість якої значно нижче в порівнянні з природній. Їхня переробка дозволяє зменшити потребу промисловості в природній сировині на довгі роки з усіма позитивними наслідками для збереження природи і навколишнього середовища й одержати готовий продукт із меншими витратами. При цьому також звільняються від відходів зайняті ними корисні площі земельних угідь, і ліквідується (чи зменшується) їхній шкідливий вплив на прилягаючі території, що особливо важливо для екологічно забруднених промислових районів.

За роки багаторічної роботи підприємств чорної металургії України через низький ступінь утилізації у відвалах накопичене близько 32 млн. т. сталеплавильного шлаку.

Переробка відвальних сталеплавильних шлаків може здійснюватися по різних схемах, опис яких дано в роботі. Найбільш перспективною є схема переробки з використанням мобільних установок, таких як установка фірми AMCOM LLC, експлуатована фірмою “Інтерпром” на відвалі мартенівського шлаку Алчевського металургійного комбінату з продуктивністю по вихідному шлаку - до 350 т/ годину.

При комплексній переробці відвального мартенівського шлаку з нього виділяється п'ять видів залізовмісного магнітного продукту (металовідходи збагачені сталеплавильні - МОС), що відповідно до затверджених технічних умов поставляються на комбінат, і класифікований по фракціях немагнітний продукт.

Продукти крупністю більш 60 мм (МОС-3, МОС-4 і МОС-5) характеризуються підвищеним вмістом металевого заліза, порівняно низкою зашлакованістю, у цілому відповідають вимогам сталеплавильників і використовуються як скрап, металобрухт і присадка при виробництві стали. Продукт МОС-2 крупністю 10-60 мм використовується як металізована добавка в доменній плавці.

Дрібний продукт МОС-1 крупністю до 10 мм може застосовуватися при агломерації, але донедавна він залишався незатребуваним, у зв'язку з відсутністю достовірних даних про хімічний склад і фізичні властивості матеріалу, їхніх коливаннях, а також малим досвідом використання при агломерації залізних руд мартенівського шлаку, що містить металеве залізо, як в Україні, так і за кордоном.

У зв'язку з цим у роботі поставлені і вирішені задачі визначення металургійної цінності продукту магнітного збагачення мартенівського шлаку для використання його при агломерації, а також дослідження впливу добавки цього продукту на процес спікання агломерату і його якість.

У другому розділі автор подає перелік питань, вирішенню яких присвячено роботу та опис методик, що застосовувались їм при проведенні теоретичних та практичних досліджень.

Відсутність методик проведення достовірного хімічного аналізу шлаку, що містить металеве залізо, не дозволяло повною мірою оцінити ні його хімсклад, ні коливання основних компонентів у ньому, ні його фізичні властивості, що значною мірою визначають доцільність використання збагаченого шлаку при агломерації.

Для визначення вмісту металевого заліза в шлаку автором розроблена методика, заснована на визначенні щільності шлаку в цілому с_шл, його неметалічної складовий с_немет і щільності металу с_мет. Після визначення зазначених щільностей пікнометричним методом, вміст металу в пробі розраховувався по формулі:

, % (1)

Крім того, тут описані методики визначення впливу добавки МОС-1 на процес обгрудкування шихти, проведення експериментальних спікань агломерату та визначення його тривкості.

У третьому розділі представлені результати визначення властивостей продукту МОС-1 і його металургійної цінності.

Хімічний склад неметалічної складової шлаку визначали за стандартною методикою в заводській лабораторії. Склад продукту МОС-1 на всю його масу перераховувався шляхом перемножування вмісту кожного компонента в неметалічної складової шлаку на коефіцієнт k = (100-Fe_мет) / 100. Загальний вміст заліза в пробі розраховувалося по формулі:

, % (2)

Середній вміст основних компонентів, діапазон їх зміни і стандартне відхилення від середнього вмісту в пробах приведені в таблиці 1.

Крім зазначених компонентів у МОС-1 міститься до 3 % Al₂O₃ і до 0,5 % MnО.

Як видно з приведених даних на виході з установки продукт МОС-1 украй неоднорідний по хімічному складі. Однак ця неоднорідність значно знижується в процесі перевантажень матеріалу і його складування на рудному дворі доменного цеху.

Таблиця 1

Вміст основних компонентів у продукті МОС-1

Вміст	Feмет	Feобщ	FeO	Fe2O3	MgO	SiО2	CaО	Основність.
Середнє	39,33	58,03	11,95	13,44	5,90	9,06	9,61	1,13
Мінімальне	18,97	39,63	6,76	4,06	3,90	5,55	5,73	0,49
Максимальне	59,76	69,74	18,77	26,19	9,48	16,85	15,75	1,98
СКО	9,03	5,90	2,85	6,23	1,06	2,23	2,14	0,36

Кореляційним аналізом встановлені взаємозв'язки між вмістом окремих компонентів у МОС-1. Найбільш значимі зв'язки спостерігаються між Fe_общ із Fe_мет (коефіцієнт парної кореляції R = + 0,873), Fe_мет з Fe₂O₃, MgО і SiО₂ (R дорівнює - 0,724, - 0,843 і - 0,779 відповідно), Fe_общ із MgО і SiО₂ (R дорівнює - 0,876 і - 0,759 відповідно), Fe₂O₃ з MgО, SiО₂ і СаО (R дорівнює + 0,511, + 0,578 і - 0,505 відповідно), MgО з SiО₂ (R = + 0,731).

Порівняльна оцінка хімічного складу МОС-1 зі складом залізорудного концентрату й агломераційної руди проведена по двох показниках, - за коефіцієнтом виходу заліза з 100 кг матеріалу в розрахунку на 100 кг агломерату о і кількості “вільного” СаО в матеріалі RO, що розраховувалися по формулах:

(3)

(4)

Порівняння по цих характеристиках хімічних складів концентрату, аглоруди і продукту МОС-1 показало, що він має вихід заліза з 100 кг майже на 1,8 кг вище, ніж аглоруда, при меншому недоліку “вільного” СаО і тому є її ефективним замінником.

У процесі підготовки проб до хімічного аналізу визначені основні фізичні властивості продукту МОС-1.

Середній вміст вологи в МОС-1 склав 3,7 %, а насипна щільність сухого продукту за результатами вимірів у середньому дорівнялась 1,930 г/см ³, змінюючись від 1,436 до 2,319 г/см ³. Насипна щільність матеріалу тим вище, чим він крупніше і чим більше в ньому міститься Fe_мет, Fe_общ.

Середній розмір шматків МОС-1 дорівнює 3,8 мм, у той час як аглоруди - 3,7 мм, а повернення - близько 4,5 мм. При цьому продукт МОС-1 більш однорідний по крупності. Коефіцієнт варіації розміру шматків МОС-1 у середньому дорівнює 0,74 (межі зміни від 0,19 до 1,03), а для аглоруди і повернення його значення звичайно близько 1,3.

У процесах збагачення крупність і однорідність матеріалу багато в чому визначають ефективність процесу і якість одержуваного продукту. У зв'язку з цим у роботі розглянуто взаємозв'язок вмісту в продукті МОС-1 окремих фракцій зі вмістом у ньому основних хімічних компонентів. На підставі результатів кореляційного аналізу встановлено, що вміст великих фракцій розміром більш 4,5 мм і дрібних фракцій крупністю до 2 мм у значній мірі визначають вміст і загального, і металевого заліза в продукті МОС-1. При цьому, чим менше в матеріалі міститься фракції розміром < 2 мм, тим вище в ньому вміст заліза (цей взаємозв'язок характеризується коефіцієнтом кореляції близьким до - 0,7). Взаємозв'язок вмісту великих фракцій і вмісту заліза позитивний (коефіцієнт кореляції для цього зв'язку біля + 0,5).

Зі вмістом дрібних фракцій досить тісно коррелированно вміст таких компонентів як Fe₂O₃, MgО і SiО₂ (коефіцієнти кореляції від + 0,4 до + 0,8).

Вміст СаО в продукті слабо взаємозалежить від його гранулометричного складу, і очевидно розподілено більш-менш рівномірно між усіма фракціями.

У цілому, проведений аналіз показує, що і по фізичних властивостях продукт МОС-1 може розглядатися як ефективний замінник аглоруди при агломерації.

Після вивчення металургійних властивостей продукту МОС-1 розглянуті можливі шляхи його поліпшення і зроблена економічна оцінка одержуваних при цьому результатів.

В четвертому розділі приведені результати теоретичного дослідження впливу добавки продукту МОС-1 в аглошихту на процеси при агломерації.

Насамперед, досліджений вплив добавки МОС-1 у шихту на процес її обгрудкування.

У середньому в продукті МОС-1 міститься до 15 % фракцій, що грудкуються (<0,4 мм) і більш 65 %, що є центрами грудкування (>1,6 мм). В агломераційній руді цих фракцій звичайно до 20 і більш 48 % відповідно. Звідси випливає, що при введенні в шихту продукту МОС-1 у ній збільшується кількість центрів обгрудкування. При цьому також знижується кількість проміжної фракції розміром 0,4-1,6 мм, що не бере участь в обгрудкуванні.

Для оцінки впливу добавки в шихту продукту МОС-1 на крупність і однорідність обгрудкованої шихти, по трохи зміненій методиці В.І. Коротича, розраховано ситовий склад шихти після її обгрудкування при різній частці продукту. У результаті встановлено, що при введенні в шихту продукту МОС-1 крупність обгрудкованої шихти за інших рівних умов зростає пропорційно частці МОС-1 у шихті:

(4)

тут: - середній розмір шматків обгрудкованої і вихідної шихти відповідно, мм; - частка концентрату і МОС-1 у залізорудній частині шихти відповідно.

У той же час введення в шихту МОС-1 значно впливає на однорідність обгрудкованої шихти. В усіх розглянутих випадках коефіцієнт варіації розміру шматків шихти після її обгрудкування був приблизно в 1,7 рази менше в порівнянні з його значенням для шихти без МОС-1

Встановлені в результаті теоретичного аналізу закономірності добре погодяться з експериментальними даними. Введення в шихту продукту МОС-1 дозволяє одержати більш велику обгрудковану шихту, що забезпечує гарну газопроникність шару шихти на агломераційній машині.

Теоретично досліджено вплив витрати МОС-1 на металургійні властивості агломерату при різних варіантах уведення продукту в агломераційну шихту.

По першому варіанті продукт збагачення мартенівського шлаку розглядається як металовмісна добавка, при цьому співвідношення між витратами агломераційної руди і концентрату залишається без зміни.

По другому варіанті МОС-1 розглядається як продукт - еквівалентний замінник агломераційної руди. При цьому аглоруда цілком заміняється МОСом, а питома витрата концентрату залишається незмінна.

Продукт МОС-1 по третьому варіанті може також вводитися при збереженні співвідношення між всіма іншими матеріалами, що входять до складу агломераційної шихти. У цьому випадку відбувається зміна питомої витрати всіх компонентів шихти пропорційно збільшенню витрати продукту МОС-1.

Економія матеріалів (кг) і зміна вмісту заліза в агломераті в розрахунку на кожні 10 кг доданого продукту МОС-1 середнього хімічного складу при основності агломерату 1,25 у залежності від варіанта його введення в шихту подано у таблиці 2.

Таблиця 2

Економія матеріалів (кг) і зміна вмісту заліза в агломераті

Варіант	Концентрат	Аглоруда	Флюсова суміш	ДFeагломерата
I	8,3	2,3	3,0	- 0,05 %
II	-	9,3	4,4	+ 0,05 %
Ш	Пропорційно виходу агломерату з МОС	- 0,03 %

За результатами хімічного аналізу МОС-1 зроблена наближена оцінка впливу коливань хімічного складу продукту на неоднорідність агломерату по вмісту заліза й основності при усіх варіантах уведення шлаку в шихту.

Як критерій неоднорідності використовувалося середньоквадратичне відхилення (СКО) розраховане за стандартною методикою.

Для перших двох варіантів уведення продукту МОС-1 у шихту СКО вмісту заліза в агломераті майже в 1,5 рази вище, ніж при використанні МОС по третьому варіанті.

СКО основності при введенні в шихту МОС-1 по третьому варіанті в залежності від його витрати дорівнює 0,01-0,02, і не може привести до одержання браку по основності.

У реальних умовах, коли склад усіх шихтових матеріалів не стабільний, очевидно, варто очікувати, що коливання хімічного складу МОС-1 при його невеликих витратах практичного впливу на якість агломерату робити не будуть.

Металеве залізо, що потрапляє в шихту з продуктом МОС-1, окислюється, що приводить до збільшення виходу агломерату із шихти на масу приєднаного кисню і зміні його хімічного складу.

При ступені окислювання металевого заліза о до Fe3O4 вихід е агломерату з 1 кг продукту МОС-1 визначається залежністю:

(5)

Складове 0,386?Fe_мет у рівнянні (5) враховує, що 90 % металевого заліза МОС-1 окислюється до Fe₂O₃.

Зміни вмісту Fe в агломераті і його основності при добавці МОС-1 у шихту описуються рівняннями:

(6)

(7)

де g_i, Fe_i і е_i - витрата i-го матеріалу, кг/т агломерату, загальний вміст у ньому заліза (частка) і вихід агломерату з цього матеріалу відповідно.

Відповідно до рівняння (6) ріст вмісту Fe в агломераті буде спостерігатися за умови: Fe_м>(Fe_ш·е_м)/е_ш. В умовах АМК ріст вмісту заліза в агломераті спостерігається при його вмісті в МОС-1 рівному 56-59 %.

З аналізу реакцій окислювання заліза і його оксидів установлено, що в зонах охолодження агломерату й інтенсивного нагрівання шихти маються умови для окислювання металевого заліза, - фактичний парціальний тиск кисню в цих зонах набагато вище рівноважного для реакцій окислювання металевого заліза і його нижчих оксидів. Крім того, контакт металевого заліза зі шлакоутворюючими матеріалами при агломерації приводить до утворення таких легкоплавких мінералів, як Fe₂O₃·CaО, FeО·CaО і FeО·SiО₂. Наявність цих мінералів уможливлює утворення рідкої фази вже при температурах 1000-1200⁰С. У результаті цього в шарі шихти, що спікається утворюється розплав, який сприяє прискоренню процесу окислювання металевого заліза.

Факт практично повного окислювання металевого заліза (ступінь окислювання 98-99 %) при його введенні в агломераційну шихту підтверджений у результаті спеціально проведених досліджень. При їхньому проведенні під час завантаження шихти в установку, на рівномірно розташованих по висоті шару обріях із кроком 20 мм, укладалися металеві зразки різної форми і питомої поверхні крупністю до 10 мм. Положення зразків фіксувалося за допомогою ніхромового дроту, кінці якого з бирками, що визначали місце розташування зразка, були виведені вище шару, що спікався. В усіх випадках, крім тих, коли зразки були зроблені з легованої сталі, зразки окислилися цілком. Ніхромовий дріт у місцях контакту з залізом розплавився, що з'явилося наслідком впливу на нього високої температури в локальних зонах окислювання металевого заліза.

Крім того, умови для окислювання металевого заліза маються також і в зоні запалювання шихти: металеве залізо верхнього шару окисляються по екзотермічній реакції: 3/2Fe+O₂=1/2Fe₃O₄. Розрахунком установлено, що при введенні в агломераційну шихту 10 кг продукту МОС-1 середнього хімскладу температура шару зони запалювання підвищується на 18 ⁰С.

У цілому з проведеного аналізу випливає, що металеве залізо, що міститься в шихті, окислюється двічі. Без обліку окислювання заліза в період запалювання шихти спочатку воно окислюється в зоні сушіння і підігріву шихти до Fe₃O₄, а потім після відновлення в зоні горіння до FeО, повторно окисляється в зоні охолодження аглоспеку і підігріву повітря до Fe₃O₄ і Fe₂O₃. У результаті відбувається розширення високотемпературної зони.

Підвищення температури в зоні охолодження агломерату зменшує швидкість охолодження агломерату, що приводить до зниження кількості склоподібної фази у верхніх шарах і підвищенню міцності агломерату.

У результаті послідовних окислювально-відновних реакцій 1 кг металевого заліза, агломеруємий шар одержує таку кількість тепла, що виділяється при згорянні 0,25 кг коксику. Економія палива при введенні в шихту 1 кг продукту МОС-1 може складати 0,12-0,15 кг.

В п'ятому розділі приведені результати дослідження процесу спікання агломерату в лабораторних умовах із шихти, що містить МОС-1.

Спікалися шихти, залізорудна частина яких складалася з концентрату (80 %) і суміші агломераційної руди і продукту МОС-1 (частка МОС-1 у суміші з аглорудою змінювалася від 0 до 100 % із кроком 25 %). Витрата палива в шихту була постійною для всіх спікань, а витрата вапняку коректувалася для кожного варіанта складу шихти на підставі розрахунків для одержання основності готового продукту рівної 1,25.

При спіканні визначалися втрата маси шихти, усадка шару, швидкість спікання і зміна температур у центральній частині шару на трьох обріях, розташованих із кроком 75 мм починаючи від колосникових ґрат.

Міцність отриманих агломератів визначалася по спеціально розробленій при особистій участі автора методиці, заснованої на закономірностях зміни ситового складу матеріалу при його дробленні. Необхідність розробки такої методики була викликана тим, що застосування стандартної методики для оцінки порочності малої кількості матеріалу або неприйнятно, або не дає достовірного результату.

Заміна агломераційної руди продуктом МОС-1 у розглянутих межах на процес спікання і якість агломерату негативного впливу не робить. Навпроти, агломерат спікається краще, і його міцносні характеристики поліпшуються. Так, при повній заміні аглоруди збагаченим мартенівським шлаком час сушіння і нагрівання шихти скоротився на 1,0-1,2 хв., час горіння палива - на 0,24 хв. Зона горіння при цьому розширилася на 9,7 мм, а максимальна температура в ній підвищилася на 140^оС. Довжина зони з температурою більш 1000⁰С збільшилася на 28 мм. Швидкість спікання в цілому зросла на 2,6 мм/хв. Вміст фракції +10 мм в агломераті збільшився на 1,4 %. По ситовому складі отриманий агломерат став більш однорідний, а його середня крупність зросла на 1,1 мм. Показник міцності агломерату при його дробленні збільшився в 1,2 рази.

Присутність у шихті металевого заліза приводить до зміни теплового рівня процесу агломерації. У зв'язку з цим, у роботі вивчений вплив витрати палива на процес спікання шихти при повній заміні аглоруди продуктом МОС-1.

Вміст вуглецю в шихті цієї серії досліджень змінювався в межах 1,7-8,5 %. У результаті проведених спікань установлено, що залежність швидкості спікання від вмісту вуглецю в шихті Сш має екстремальний характер.

При цьому максимальна швидкість спікання спостерігається при Сш = 3,4-4,0 %.

Вихід агломерату крупністю більш 10 мм при Сш 3,4 % практично однаковий і знаходиться на рівні 80 %. При Сш < 3,4 % вихід фракції + 10 мм різко знижується на 15-20 %, і по крупності агломерат стає дрібнішим і неоднорідним.

Міцність агломерату крупністю більш 10 мм у міру збільшення витрати палива зменшується.

Міцність агломерату значною мірою визначається його хімічним складом. Кореляційним аналізом установлено, що міцність агломерату тим вище, ніж у ньому більше міститься CaО, MgО і Fe2O3 і менше SiО2, FeО і Al2O3.

Для умов спікань шихт із МОС-1 рівняння залежності FeО в агломераті від вмісту вуглецю в шихті й основності агломерату має вид:

металургійний мартенівський агломерат шлак

 , % (8)

Взаємозв'язок вмісту FeО в агломераті зі вмістом вуглецю в шихті й основністю агломерату характеризується парними коефіцієнтами кореляції рівними 0,982 і -0,957 відповідно. Множинний коефіцієнт кореляції, що характеризує взаємозв'язок FeО агломерату з обома величинами дорівнює 0,984.

Відповідно до рівняння (8) при добавці МОС-1 приріст вмісту FeО в агломераті в умовах дослідження описується рівнянням:

, % (9)

При спіканні агломерату із шихти без добавки МОС-1 рівняння приросту вмісту FeО в агломераті в залежності від вмісту вуглецю в шихті має вид:

, % (10)

Приріст вмісту FeО агломерату за рахунок окислювання металевого заліза при введенні МОС-1 в умовах досліджень у залежності від вмісту вуглецю апроксимується вираженням:

, % (11)

В умовах досліджень у шихті містилося близько 5,8 % металевого заліза в перерахуванні на 100 кг агломерату. З огляду на залежність приросту вмісту FeО в агломераті при введенні МОС-1 у шихту від вмісту вуглецю в шихті, ступінь окислювання металевого заліза до FeО прямо пропорційна кількості вуглецю в шихті, і описується рівнянням:

, (12)

З аналізу рівняння (12) випливає, що навіть при високій витраті палива металеве залізо в остаточному підсумку окисляється в основному до Fe₃O₄ і Fe₂O₃. Ступінь окислювання металевого заліза до FeО у реальних умовах спікання й у залежності від складу шихти складає не більш 20-25 %.

У цілому проведені спікання й аналітичні розрахунки показують, що при введенні в шихту продукту МОС-1 витрата палива на агломерацію може бути знижена. За умови збереження теплового рівня процесу таким же, як і при спіканні звичайних шихт економія палива складає 1,2-1,5 кг на 10 кілограм введеного в шихту продукту МОС-1. В умовах АМК при реальних витратах продукту МОС-1 варто очікувати, що якісний агломерат буде виходити при вмісті вуглецю в шихті рівному 3,0-3,2 %.

В шостому розділі приведені результати впровадження розробленої технології агломерації з використанням в аглошихті збагаченого мартенівського шлаку в ВАТ АМК і зроблена економічна оцінка доцільності різних варіантів цієї технології.

В даний час в агломераційному цеху Алчевського металургійного комбінату робиться введення в аглошихту продукту МОС-1 у якості самостійної добавки при збереженні співвідношення між усіма її компонентами.

За 2002 р. та січень - жовтень 2003 р. цехом зроблено 7,7 млн. тон агломерату, при середній витраті продукту МОС-1 у шихту рівній 26 кг/т агломерату. Середньомісячна питома витрата МОС-1 змінювалася від 13 до 34 кг/т агломерату, а в окрему добу доходила до 50-60 кг.

У результаті деяких труднощів, постачання шихтових матеріалів в агломераційний цех нестабільне і їхній запас на рудному дворі не забезпечує нормального усереднення штабеля концентрату, у який вводиться МОС-1.

Але навіть у сформованій ситуації аналіз виробничих даних показує, що в результаті збільшення витрати МОС-1 при практично однакових витратах всіх інших компонентів в аглошихті, виробництво агломерату росте. У розглянутий період продуктивність аглоцеху значною мірою визначалася витратою МОС-1. Взаємозв'язок продуктивності з витратою МОС-1 характеризується коефіцієнтом парної кореляції 0,532. Приблизно такий же зв'язок спостерігається між продуктивністю і витратою колошникового пилу (коефіцієнт кореляції 0,53). Вплив витрат інших матеріалів, крім концентрату, на зміну продуктивності набагато менше.

Ріст питомої продуктивності в розрахунку на одну годину фактичної роботи агломашини в розглянутий період складав 0,027 т/м²·г на 1 % введеного в шихту збагаченого мартенівського шлаку.

Для оцінки впливу витрати МОС-1 в аглошихту на хімічний склад і якість агломерату була проаналізована зміна вмісту в ньому основних компонентів у квітні та жовтні 2002 року, коли добавка МОС-1 була мінімальною (13 кг/т) і максимальною (34 кг/т).

Проводити кількісну оцінку впливу добавки МОС-1 на хімічний склад і однорідність агломерату в умовах неритмічності постачань шихтових матеріалів при значних коливаннях складу некоректно. Проте, аналіз виробничих даних показує, що чим більше вводиться продукту МОС-1 у шихту, тим більше однорідний агломерат. Очевидно, це зв'язано з тим, що при збільшенні витрати МОС-1 він в обсязі штабеля концентрату розподіляється більш рівномірно, і коливання його витрати в шихту знижуються.

По виробничим даним при збільшенні витрати збагаченого мартенівського шлаку в аглошихту на 21 кг/т агломерату вміст заліза в агломераті збільшилося майже на 0,5 %, а його основність не змінилася. Агломерат став більш однорідний (середньоквадратичне відхилення вмісту заліза в агломераті знизилося на 0,43 %).

Вплив добавки МОС-1 у шихту на питому витрату палива установити не удалося, тому що склад паливної суміші (коксовий дріб'язок і антрацитовий штиб) у цеху навіть у межах доби сильно змінюється аж до 100 % вмісту в суміші одного з видів палива. Крім того, антрацитовий штиб поставляється в цех декількома постачальниками, має низька якість (підвищена зольність і високий вихід летучих речовин).

Розрахунок економічного ефекту від застосування добавки МОС-1 зроблений по балансі заліза і СаО в шихті й агломераті. У результаті балансу встановлено, що за 2002 р. та 10 місяців 2003 р. з МОС-1 отримано 207 тис. т. агломерату. Собівартість цього агломерату при існуючих цінах близько 37 грн. Загальний економічний ефект виробництва агломерату із шихти, що містить МОС-1 за2002 р. та січень - жовтень 2003 р. склав 15,9 млн. грн.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі приведено теоретичне узагальнення і принципово нове рішення актуальної наукової задачі агломераційного виробництва - одержання агломерату стабільного хімічного складу і низкою собівартості, що володіє підвищеною міцністю, на підставі визначення впливу нового компоненту - продукту магнітного збагачення мартенівського шлаку крупністю до 10 мм (МОС-1) - на процеси, що відбуваються при агломерації і формування складу готового продукту.

Розроблено методику визначення вмісту металевого заліза в збагаченому мартенівському шлаку. Отримано балансові співвідношення, що установлюють взаємозв'язки між основними компонентами агломерату і шихти, що містить металеве залізо. Встановлено, що сумарний вміст окисленого і металевого заліза в продукті магнітного збагачення мартенівського шлаку крупністю до 10 мм (МОС-1) знаходиться в межах 39,6-69,7 % при середньому його вмісті близько 58 %. Основність продукту складає 1,0-1,2.

Уперше установлений вплив фізичних властивостей збагаченого мартенівського шлаку на процес обгрудкування шихти і її кінцевий гранулометричний склад. Визначено, що введення МОС-1 впливає на процес обгрудкування. При цьому середній діаметр гранул обгрудкованої шихти змінюється прямо пропорційно кількості продукту, що вводиться, поза залежністю від співвідношення інших матеріалів, а коефіцієнт варіації розміру гранул обгрудкованої шихти зменшується майже в два рази, тобто шихта стає більш однорідної по своєму ситовому складі.

Запропоновано методику і проведено оцінку економічної доцільності різних варіантів зміни гранулометричного і хімічного складу МОС-1. Визначено, що найбільш оптимальним є варіант повної заміни аглоруди продуктом МОС-1, при якому спостерігається ріст вмісту заліза в агломераті на 0,05 % на кожні 10 кг уведеного продукту при незмінній продуктивності агломашини.

На підставі теоретичних і експериментальних досліджень умов окислювання металевого заліза при агломерації встановлені основні закономірності формування хімічного складу агломерату, у першу чергу в залежності від вмісту твердого палива, основності шихти і кількості металевого й окисленого заліза в шихті. Визначено, що збільшення вмісту вуглецю в шихті на 1 відсоток приведе до збільшення FeО в агломераті на 2,5-3 %.

Доповнено і розширено уявлення про зміну теплового рівня процесу агломерації в результаті додаткового надходження тепла від практично повного окислювання металевого заліза МОС-1, що дозволяє знизити витрату палива на агломерацію на 0,10-0,15 кг/т на 1 кг продукту, що вводиться в шихту. Крім того, введення в шихту МОС-1 дозволяє знизити витрату сирого флюсу, тому що його основність набагато вище, ніж у природних залізорудних матеріалів, що також сприяє зниженню витрати твердого палива.

Розроблено і впроваджено в промислову практику технологію виробництва агломерату із шихти, що містить збагачений мартенівський шлак. За запропонованою технологією на Алчевському металургійному комбінаті за 2002 р. та 10 місяців 2003 р. зроблено 7,7 млн. тон агломерату. Загальний економічний ефект виробництва агломерату із шихти, що містить МОС-1, склав 15,9 млн. грн., пайова участь автора 10 %.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В РОБОТАХ

Петрушов С.Н., Русанов И.Ф., Русанов Р.И. Утилизация мартеновских шлаков на Алчевском металлургическом комбинате. // Сб. научн. трудов ДГМИ. - 2002. - № 15. - С. 234-241.

(Особистий внесок здобувача: автором проведений літературний огляд, сформульовані загальні висновки,)

Петрушов С.Н., Русанов И.Ф., Русанов Р.И. Оценка металлургической ценности обогащенного мартеновского шлака крупностью до 10 мм. // Сб. научн. трудов ДГМИ. - 2002. - № 15. - С. 242-248.

(Особистий внесок здобувача: автором визначені взаємозв'язки змісту компонентів у продукті МОС-1).

Петрушов С.Н., Русанов И.Ф., Русанов Р.И. Гусаков А.В., Каратун В.А. Саминин Л.Ф. Перспективы разработки техногенных месторождений на примере переработки шлаков сталеплавильного производства Алчевского меткомбината. // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2002. - № 4. - С. 123-125.

(Особистий внесок здобувача: автор зробив розрахунки шихти для агломерації, хімічного складу готового агломерату).

Петрушов С.Н., Русанов Р.И. Анализ возможных путей улучшения агломерационного процесса путем изменения крупности обогащенного мартеновского шлака. // Сб. научн. трудов ДГМИ. - 2002. - № 16. - С. 98-104.

(Особистий внесок здобувача: автор зробив розрахунки шихти для аглопроцесу при різній крупності продукту).

Использование мартеновских шлаков АМК в аглодоменном производстве / С.Н. Петрушов, В.Н. Дорофеев, Р.И. Русанов, А.В. Гусаков, В.А. Каратун, Л.Ф. Саминин. - Алчевск: Ладо, 2002. - 81 с.

(Особистий внесок здобувача: автор зробив розрахунки показника міцності, обробив результати дослідження).

Петрушов С.Н., Русанов Р.И. Переработка шлаков сталеплавильного производства - путь к решению проблем улучшения экологии. // Вестник Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности (МАНЭБ). - 2002. - т. 7. № 3(51). - С. 89-91.

(Особистий внесок здобувача: автор здійснив планування і проведення експериментів по визначенню впливу добавки збагаченого мартенівського шлаку на тепловий рівень агломерації).

Петрушов С.Н., Русанов Р.И. Утилизация сталеплавильных шлаков - решение одной из экологических проблем современности. // Матер. междунар. конф. “Экология и безопасность жизнедеятельности” Затока, Одесская обл. 22-27 августа 2002 г. - Алчевск. - 2002. - С. 12-16.

(Особистий внесок здобувача: автор провів літературно-патентний огляд, сформулював висновки).

Русанов И.Ф., Русанов Р.И. Влияние добавки продукта МОС-1 в аглошихту на химический состав и качество агломерата. // Вестник Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности (МАНЭБ). - 2002. - т. 7. № 7(55). - С. 101-104

(Особистий внесок здобувача: при участі автора визначено вміст компонентів у продукті МОС-1).

Петрушов С.Н., Русанов Р.И., Русанов И.Ф., Лупанов Д.В. Энергосбережение при применении металлизированных техногенных отходов в агломерации // Матер. 2-ой междунар. научно-практ. конф. “Автоматизированные печные агрегаты и энергосберегающие технологии в металлургии”. Москва. 3-5 декабря 2002 г. - М.: МИСиС. - 2002. - С. 255-257.

(Особистий внесок здобувача: автор здійснив планування і проведення опитних спіканнь агломерату з добавкою збагаченого мартенівського шлаку).

Агломерация шихты с обогащенным мартеновским шлаком. / С.Н. Петрушов, Р.И. Русанов, В.М. Шулика. - Алчевск: Ладо, 2003. - 104 с.

(Особистий внесок здобувача: - автором проведений літературний огляд, зроблені розрахунки теплового балансу процесу агломерації, сформульовані загальні висновки).

АННОТАЦИЯ

Русанов Р.И. Совершенствование технологии агломерации с целью переработки обогащенного мартеновского шлака. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.16.02. - Металлургия черных металлов. - Приазовский государственный технический университет. Мариуполь, 2004 г.

Диссертация посвящена решению актуальных задач в области использования обогащенных мартеновских шлаков крупностью менее 10 мм (МОС-1) при агломерации железных руд и концентратов путем определения металлургической ценности продукта магнитного обогащения сталеплавильного шлака и исследования влияния добавки этого продукта на процесс спекания агломерата и его качество.

В работе разработана методика для определения достоверного химического состава продукта обогащения мартеновского шлака, изучены его физические свойства и определены взаимосвязи содержания отдельных компонентов с гранулометрическим составом продукта. Установлено, что по своему химическому составу и физическим МОС-1 может являться эффективным заменителем природных железосодержащих материалов. На основании данных о распределении химических компонентов по фракциям предложены варианты улучшения качества продукта путем изменения его крупности. Рассмотрены варианты ввода продукта МОС-1 в аглошихту и установлено влияние его расхода на содержание железа в агломерате и его неоднородность. Сделан вывод, что при использовании продукта в качестве полного заменителя агломерационной руды содержание железа в агломерате увеличивается при незначительном росте его колебаний. В ходе исследований выведено уравнение, описывающее влияние добавки МОС-1 на процесс окомкования аглошихты. Установлено, что вне зависимости от соотношения материалов в железорудной части аглошихты, при вводе продукта процесс окомкования улучшается.

Установлено, что поступающее в шихту с продуктом МОС-1 металлическое железо в ходе процесса агломерации окисляется практически полностью, что приводит к изменению химического состава агломерата.

Приведены результаты исследования процесса спекания агломерата в лабораторных условиях с вводом в шихту продукта МОС-1 в ходе которых установлено, что замена агломерационной руды продуктом МОС-1 на процесс спекания и качество агломерата отрицательного влияния не оказывает. Напротив, показатели процесса и прочность агломерата улучшаются. Экспериментальные исследования и аналитические расчеты показали, что при вводе в шихту продукта МОС-1 расход топлива на агломерацию может быть снижен. При условии сохранения теплового уровня процесса таким же, как и при спекании обычных шихт экономия топлива составляет 1,2-1,5 кг на 10 килограмм введенного в шихту продукта МОС-1. Доказано, что качественный агломерат будет получаться при содержании углерода в шихте равном 3,0-3,2 %.

Приведены результаты внедрения предложенной технологии использования обогащенного мартеновского шлака в агломерационном цехе ОАО АМК, при анализе которых установлено, что за 2002 г. и январь - октябрь 2003 г. среднемесячный удельный расход МОС-1 изменялся от 13 до 34 кг/т агломерата, а в отдельные сутки доходил до 50-60 кг. Рост удельной производительности в расчете на час фактической работы агломашины в рассмотренный период составил 0,027 т/м² ч на 1 % введенного в шихту обогащенного мартеновского шлака. В результате расчета экономэффекта установлено, что себестоимость агломерата, произведенного из МОС-1 при существующих ценах 37 грн. Общий экономический эффект производства агломерата из шихты, содержащей МОС-1 за 2002 г. и январь - октябрь 2003 г. составил 15,9 млн. грн.

Ключевые слова: мартеновский шлак, утилизация, окомкование, агломерация, тепловой уровень, прочность агломерата.

АНОТАЦІЯ

Русанов Р.І. Удосконалювання технології агломерації з метою переробки збагаченого мартенівського шлаку. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.02. - Металургія чорних металів. - Приазовський державний технічний університет. Маріуполь, 2004 р.

Дисертацію присвячено рішенню актуальних задач в області використання збагачених мартенівських шлаків крупністю менш 10 мм (МОС-1) при агломерації залізних руд і концентратів шляхом визначення металургійної цінності продукту магнітного збагачення сталеплавильного шлаку і дослідження впливу добавки цього продукту на процес спікання агломерату і його якість.

У роботі визначено хімічний склад продукту збагачення мартенівського шлаку, вивчені його фізичні властивості і визначені взаємозв'язки вмісту окремих компонентів із гранулометричним складом продукту. Установлено, що по своєму хімічному складі і фізичних властивостях металовідхід збагачений сталеплавильний крупністю до 10 мм (МОС-1) може бути ефективним замінником природних залізовмісних матеріалів.

При введенні продукту процес обгрудкування поліпшується. Встановлено, що металеве залізо, що поступає в шихту з продуктом МОС-1 у ході процесу агломерації окислюється практично повністю, що приводить до зміни хімічного складу агломерату.

Приведено результати дослідження процесу спікання агломерату в лабораторних умовах із введенням у шихту продукту МОС-1 у ході яких встановлено, що заміна агломераційної руди продуктом МОС-1 на процес спікання і якість агломерату негативного впливу не робить. Навпроти, показники процесу і міцність агломерату поліпшуються.

При впроваджені результатів роботи у аглоцеху ВАТ АМК загальний економічний ефект виробництва агломерату із шихти, що містить МОС-1 за 2002 р. та січень - жовтень 2003 р. склав 15,9 млн. грн.

Ключові слова: мартенівський шлак, утилізація, обгрудкування, агломерація, тепловий рівень, тривкість агломерату.

ANNOTATION

Rusanov R.I. Perfecting of technology of an agglomeration sintering with the purpose of processing of an upgrading open-hearth slag. - Manuscript.

Thesis for the technical science Candidate degree on a speciality 05.16.02. - Metallurgy of ferrous metals. - Priazovski State Technical University. Mariupol, 2004.

The thesis is dedicated to a solution of actual problems in the field of usage of enriched open-hearth slags by fineness of aggregate less than 10 mm at an agglomeration sintering of campaniles and concentrates by definition of metallurgical value of a product of a wet magnetic dressing open-hearth of scoria and exploration of influence of the additive of this product on a sintering process of a sinter and its quality. In work the elemental composition of a product upgrading of an open-hearth slag, its studied physical characteristics and definite intercouplings of the contents of separate components with a particle-size distribution of a product is determined. Is fixed, that on the elemental composition and physical characteristics slag enriched open-hearth fineness of aggregate up to 10 mm can be by an effective substitute of natural iron-bearing materials.

During idealized and experimental researches is fixed, that without dependence from a ratio of stuffs in an iron-ore part agglomaterial, at introduction of a product the palletizing process is improved. Is fixed, that the metal iron, which one goes in mix material with a product during a sintering process is oxidized, that results in gain in yield of a sinter from mix material and change of its elemental composition. The findings of investigation of process sintering of a sinter in laboratory conditions with introduction in mix material of a product is adduced during which one is fixed, that the replacement of agglomerate ore by a product on a sintering process and quality of a sinter of negative influence does not make. Vice-versa, the parameters of process and durability of a sinter are improved.

At gated in outcomes of work in agglomerate JSC AMP blanket economic benefit of manufacture of a sinter from mix material, which one contains product for2002 and January - October, 2002 has compounded 15.9 mln. UAH.

...