ОСНОВЫ АГЛОМЕРАЦИИ. ЖЕЛЕЗНЫХ РУД

Подготовка компонентов шихты по крупности

Крупность руды

Крупность руды, направляемой в агломерацию, определяет­ся условиями доменной плавки и в случае бедных руд техноло­гической схемой обогащения. В окусковании нуждаются руды, выдуваемые через колошник в виде пыли, а также фракции, снижающие газопроницаемость доменной шихты.

Ситовые анализы колошниковой пыли показывают, что зерна руды размерами больше Зм в поперечнике, даже при больших скоростях газа, почти не выносятся из печи и, следовательно, могут поступать в доменную печь без окускования и лишь зерна руды крупностью меньше 2—3 мм, т. е. фракции 2—0 или 3— 0 мм, необходимо подвергать окускованию. Однако при выборе крупности руды для агломерации приходится руководствоваться не только соображениями выноса колошниковой пыли, но и тех­нологией доменной плавки, а именно — распределением матери­ала по сечению шахты печей и газопроницаемостью столба ших­ты. Исследование Джозефа [30] показывает нерентабельность по­дачи в доменную печь руды крупностью меньше 5 и даже 10 мм ввиду резкого увеличения сопротивления столба шихты потоку газов.

Так, по его данным потеря давления на 1 м высоты печи в за­висимости от размера зерен руды характеризуется следующими цифрами:

Диаметр зерен, мм.................... 1 3 5 10 25 50 75

Уменьшение давления, мм вед. ст. 19300 5200 2810 1218 427 176 108

Приведенные цифры показывают необходимость исключения из доменной шихты фракций руды крупностью менее 10 мм с на­правлением мелочи 10—0 мм в агломерацию. Это требование на­ходит себе оправдание также и в том, что выделить из свежедо - бытой руды фракции, выносимые с газами через колошник, т. е. фракции 2—0 или 3—0 мм, практически невозможно по условиям грохочения. Вследствие влажности руды сетка грохота с отвер­стиями 2—3 мм быстро закупоривается и отделения мелочи не происходит.

Для большинства свежедобытых руд, пропускаемых даже че­рез грохота с электрообогревом сетки, часто бывает затрудни­тельно отсеивать и фракцию 10—0 мм, особенно это относится к бурым железнякам.

Таким образом, как по условиям доменной плавки, так и по условиям грохочения в агломерацию следует направлять рудную мелочь крупностью 10—0 мм. Практика работы агломерационных фабрик показывает, что изменение верхнего предела крупности спекаемой руды от 10 до 5 мм почти не отражается на качестве агломерата. Увеличение же крупности свыше 10 мм, как правило, приводит к ухудшению качества агломерата и поэтому нежела­тельно. Крупные кусочки руды успевают за короткий период воз­действия высоких температур оплавиться лишь с поверхности и при изломе куска средняя часть его легко выкрашивается, обра­зуя мелочь, увлекаемую из печи колошниковым газом.

В работе, проведенной кафедрой металлургии чугуна Днепро­петровского металлургического института [16], определялось вли­яние крупности руды 25—0; 16—0 и 10—0 мм на производитель­ность агломерационных машин. Эта работа имела большое прак­тическое значение, так как на многих агломерационных фабриках в целях увеличения производительности машин стали давать в агломерационную шихту руду крупностью до 30 мм, не нуждаю­щуюся в окусковании. Между тем опыты показали, что повыше­ние верхнего предела крупности спекаемой руды от 10 до 25 мм не дает прироста производительности машин и ухудшает баланс подготовленного кускового материала. Поэтому наблюдавшееся временами на агломерационных фабриках повышение производи­тельности на 4—6% следует считать фиктивным, так как переход от крупности 10—0 мм к крупности 16—0 и 25—0 мм сопровож­дался снижением общего количества выдаваемых агломерацион­ной фабрикой кусковых материалов (агломерат плюс сортирован­ная руда) в среднем на 15—20%- При этом кусковая руда круп­ностью 25—10 мм после прохождения через агломерационную ма­шину повышалась в стоимости более чем на 45—50%, принимая на себя часть затрат, падающих на агломерацию прошедшей че­рез спекательные машины шихты. Кроме того, с увеличением крупности руды свыше 10 мм было обнаружено ухудшение каче­ства агломерата вследствие легкого отделения от агломерата час­тиц крупнее 10 мм, не успевающих расплавиться за короткое время спекания и сохраняющихся в агломерате в обожженном состоянии.

В более поздней работе института «Механобр» [31] исследова­ли влияние на результаты спекания и качество агломерата руды крупностью 12—0; 10—0; 8—0 и 5—0 мм. Исследование проводи­ли на криворожской руде при разном содержании в ней фракций 12—5; 10—5 и 8—5 мм, что достигалось добавкой приготовленных фракций указанной крупности в количестве 15; 30 и 50% к руде крупностью 5—0 мм. Столь широкие пределы содержания круп­нозернистых фракций делали заметным влияние их «а резуль­таты спекания. Приготовленная для опытов руда имела грануло­метрический состав, представленный в табл. 9.

Таблица 9

Гранулометрический состав руды гри исследовании влияния крупности
на результаты спекания

Опыты проводили при. вакууме 1000 мм вод. ст. Результаты опытов приведены в табл. 10.

Цифры табл. 10 показывают, что изменение крупности руды в пределах от 5 до 12 мм мало сказывается на скорости спекания, а изменение в содержании крупнозернистых фракций 12—5; 10— 5 и 8—5 мм в соответствующих классах свыше 30% существенно увеличивает удельную производительность установки. При этом механическая прочность агломерата почти не изменяется. Мак­роскопический осмотр агломерата показал наличие значительно­го количества непрореагировавших кусочков руды крупностью от 5 мм и выше во всех агломератах, но больше их наблюдается в агломерате из руды класса 12—0 мм. Увеличение крупнозер­нистых фракций в шихте сопровождается повышением содержа­ния незатронутых спеканием кусочков руды. На рис. 24 пред­ставлен макрошлиф агломерата из руды крупностью 12—0 мм. Эти неспеченные кусочки понижают механическую прочность агломерата.

Влияние содержания крупных фракций в шихте на произво­дительность спекательного устройства в табл. 10 показано по сравнению со спеканием шихты крупностью 5—0 мм, принятой за 100.

Резкое возрастание удельной производительности наблюда­лось при спекании шихты с содержанием 50% крупнозернистых фракций. Следует учесть, что такое возрастание является в зна­чительной степени фиктивным, так как в этих фракциях содер­жится большое количество рудных зерен, не нуждающихся в окус - ковании.

Таким образом, как практика работы агломерационных фаб­рик, так и результаты исследований указывают на необходимость спекания руд крупностью не свыше 10 мм.

Сказанное относится к богатым рудам, вся подготовка кото­рых к плавке сводится к отсеву мелочи и к дроблению крупных кусков.

Концентраты обогащения в большинстве случаев получаются измельченными до значительно меньшей крупности, которая за­висит от величины рудных минералов и их распределения (вкрап­ленности) в густой 'породе. Чем меньше размер рудных зерен, тем мельче должна дробиться руда, тем тоньше крупность кон­центрата. Последняя нередко бывает ниже 0,15 и даже 0,05 мм. Очевидно, что условия спекания такого концентрата будут отли­чаться от условий спекания естественной мелочи, отсеянной от богатой руды.

Для улучшения физико-химических свойств агломерата из магнетитовых руд В. Я. Миллер и Д. Г. Хохлов рекомендуют из­мельчать руду до крупности 1—0 мм, что повышает восстанови-

мость агломерата в 4—5 раз по сравнению с кусковой, не обож­женной магнетитовой рудой [32], и приближает ее к легковосста­новимым бурым железнякам.

Руды, содержащие серу, измельчаются до крупности, обеспе­чивающей наиболее полное прохождение реакции окисления сульфидов.

Носителями серы в железных рудах являются главным об­разом минералы: пирит — FeS2, пирротин — FeS, барит BaS04 и гипс — CaS04. Реже встречаются халькопирит—CuFeS2, кове - лин —— CuS, кизерит — MgS04. Условия диссоциации каждого из указанных соединений и окисления серы с удалением ее в виде сернистого газа существенно отличаются и поэтому при опреде­лении оптимальной для спекания крупности руд, содержащих серу, следует принимать во внимание в первую очередь минера­логическую форму носителя серы.

Принципиально во всех случаях. выгорание серы будет тем полнее, чем тоньше измельчение руды, так как скорость прохож­дения реакции окисления пропорциональна поверхности реаги­рующей твердой фазы. Однако, начиная с какого-то предела крупности, последующее уменьшение размера зерен обжигаемой руды сопровождается настолько незначительным приростом сте­пени десульфурации, что не оправдывает высоких затрат на из­мельчение руды.

Так, при агломерации железной руды, содержащей 0,84% серы в виде пирита и 0,32% сульфатной серы, содержание серы в агломерате в зависимости от крупности агломерируемой руды изменялось следующим образом:

Крупность руды, мм................................ 12—0 6—0 2—0

Содержание серы в агломерате, % .... 0,11 0,07 0,06

Приведенные цифры показывают нецелесообразность в дан­ном случае измельчения руды ниже 6—0 мм, так как степень обессеривания при такой крупности практически та же, что и при агломерации руды, измельченной до крупности 2—0 мм.

Чрезмерное измельчение руды, содержащей серу, может не только не улучшить, но даже ухудшить ее выгорание вследствие более низкой газопроницаемости шихты из тонкоизмельченной руды и затруднительного доступа воздуха в зону окисления суль­фидов. Особенно это относится к труднокомкующимся рудам или к рудам с низкой прочностью связи комочков, рассыпающих­ся при нагреве шихты, что характерно для многих магнетитовых концентратов.

Необходимо иметь в виду, что температурные условия для успешного выгорания сульфидной и сульфатной серы противопо­ложны. Окисление большинства сульфидов происходит при уме­ренных температурах, в то время как для разложения и окисле­ния сульфатов требуется высокая температура. Чрезмерное по­вышение температуры при агломерации сульфидов приводит к повышенному содержанию серы в агломерате.

Поэтому при определении предела крупности сернистых руд необходимо руководствоваться не только количественным ее со­держанием, но и формой соединения в руде, для того чтобы подо­брать оптимальный режим агломерации.

Выбор крупности, обеспечивающий максимальную полноту выгорания серы, должен устанавливаться опытным путем в ла­бораторной агломерационной установке с последующей провер­кой в промышленных условиях. Лишь в этом случае можно быть уверенным в правильном определении оптимальной крупности руды для успешного ее обессеривания.

Крупность возврата

Возврат — смесь мелкого агломерата и частично неспекшей - ся шихты.

Эта смесь нуждается в повторном спекании. В зависимости от предъявляемых требований к агломерату возврат может быть мельче или крупнее. В практике, принятой в Советском Союзе, под возвратом понимается материал крупностью 25—0 мм, в ко­тором фракция 25—10 мм используется как постель, а фракция 10—0 мм представляет собственно возврат.

Получение возврата при спекании неизбежно, как бы хоро­шо не был отрегулирован процесс. Некоторая неоднородность химического состава шихты, колебание температурных условий вследствие неоднородной газопроницаемости шихты, различные условия нагрева и остывания поверхностного и глубинных слоев агломерата и т. д. — все это отражается на процессе спекания агломерата, которое на одних участках протекает более интен­сивно с образованием крупных, прочных кусков, а на других вследствие недостаточного развития процесса сопровождается получением слабоспеченного, непрочного агломерата. Последний легко разрушается с образованием мелочи, непригодной для до­менной плавки. Таким образом, возврат является неизбежной циркулирующей нагрузкой при агломерационном процессе. Опре­деление целесообразного количества как отсеиваемого, так и до­бавляемого в шихту возврата представляет важную задачу, раз­решение которой в каждом отдельном случае обязательно для производственного персонала агломерационной фабрики. Увели­чение отсева возврата приводит к снижению выхода агломера­та, с другой же стороны, повышенная дозировка возврата в шихту улучшает процесс спекания и увеличивает производитель­ность агломерационных машин (считая по готовому агломе­рату).

Роль возврата состоит в том, что он разрыхляет шихту, повы­шает ее газопроницаемость и улучшает условия спекания. Обыч­но возврат, отсеянный от полученного с машины агломерата без какого-либо изменения его крупности, добавляется в подготов­ленную шихту.

В случаях трудноспекающихся руд или руд, содержащих мно­го серы, что имеет место в цветной металлургии, возникает не­обходимость значительного увеличения добавок возврата в ших­ту, для чего измельчается годный агломерат. В таких случаях представляется возможным регулировать характеристику круп­ности возврата дроблением до заданной крупности.

Положительное влияние возврата на газопроницаемость ших­ты объясняется его зернистостью. Большинство зерен к тому же имеет гладкую оплавленную поверхность, обтекаемую воздухом с меньшим сопротивлением, по сравнению с рудными зернами. Рав­номерно распределенный в шихте. возврат представляет собой ос­нову, предотвращающую чрезмерное уплотнение шихты при за­грузке на машину и усадку под действием вакуума. На измене­ние газопроницаемости влияет ситовая характеристика возврата и в частности содержание фракции 1—0 мм, которая увеличивает сопротивление просасываемому. воздуху при плохой комкуемости шихты.

Как показала промышленная практика и многократные лабо­раторные исследования, возврат оказывает большое влияние на газопроницаемость шихты в пределах добавок его в шихту 20— 25% от веса руды. Добавка сверх этого количества сопровожда­ется обычно незначительным приростом газопроницаемости и в большинстве случаев является нецелесообразной.

При плохо налаженном процессе спекания в возврат поступа­ет сырая неспекшаяся шихта. Такой возврат не в состоянии улуч­шить газопроницаемость шихты и условия спекания.

Другая часть возврата, крупностью от 10 до 25 мм, исполь­зуется как постель, основным назначением которой является:

1. Предохранение колосниковой решетки от непосредствен­ного контакта с зоной горения, что увеличивает срок службы ко­лосников.

2. Создание фильтрующего слоя, задерживающего унос га­зами мелких частиц шихты через зазор между колосниками.

3. Сохранение постоянным живого сечения колосниковой ре­шетки машины благодаря предотвращению приваривания агло­мерата к колосникам.

Каждый из перечисленных пунктов имеет большое практиче­ское значение.

Минимальная крупность постели определяется зазорами меж­ду колосниками в том случае, когда решетка состоит из отдель­ных колосников, или величиной отверстий в секционных колосни­ковых решетках. Новые колосниковые решетки имеют зазоры между колосниками, не превышающие 5—8 мм в поперечнике. По мере эксплуатации кромки колосников обгорают и зазоры увели­чиваются. Существует три способа выделения постели:

1) грохочением возврата с выделением фракции 25—10 мм,

2) сегрегацией крупных частей шихты при загрузке ее на ма­шину;

3) грохочением шихты перед загрузкой в машину на сите с отверстиями 15—18 мм с выделением для постели фракции +15 или + 18 мм. Постель хорошего качества получается выделением из возврата, однако выход из возврата фракции 25—10 мм бы­вает недостаточным для покрытия колосников сплошным слоем постели толщиной 25 мм. Поэтому для увеличения количества по­стели следует крупные фракции возврата раздробить до 12— 15 мм и подавать постель на колосники слошным, но более тон­ким слоем.

Постель, задерживая просыпание мелких частиц шихты, об­легчает работу газоочистных устройств и предохраняет от быст­рого износа ротор эксгаустера, срок службы которого увеличи­вается в два-три раза.

По данным Енакиевской агломерационной фабрики, содержа­ние пыли в газах в зависимости от толщины слоя постели изменя­лось следующим образом:

Высота слоя постели, мм............................... О 10—12 16—20

Содержание пыли в газах, г/м3 ..................... 1,8 0,8 0,45

Наблюдения, проведенные на Магнитогорской фабрике № 1, показали, что запыленность отходящих газов перед эксгаустером при работе без постели в 2—3 раза больше, чем при работе с по­стелью. Продолжительность службы лопаток ротора эксгаустера на фабриках, работающих с постелью на колосниках, достигает 12—16 мес. и больше, тогда как при работе без постели нередки случаи износа лопаток через 3—4 недели.