Глава 4 Подготовка железорудного сырья и топлива

Окускование – процесс превращения мелких железорудных материалов (руд, концентратов, колошниковой пыли) в кусковые необходимых размеров для улучшения работы агрегата. Широко используют 2 способа окускования: 1)агломерация; 2)окомкование (окатывание).

1) агломерация – процесс окускования мелких руд, концентратов, и колошниковой пыли спеканием в результате сжигания топлива в слое спекаемого материала или подвода высокотемпературного тепла из вне, при этом удаляется вредные примеси, разлагаются карбонаты, и получается кусковой пористый офлюсованный материал.

Способы агломерации:

а) присасывание воздуха;

б) во вращающихся печах;

в) во взвешенном состоянии;

г) с подачей воздуха снизу;

д) с подачей воздуха сверху.

Кроме железосодержащих материалов агломерационную шихту вводят известняк 15%-20%, возврат (мелкий агломерат) 20%-30%, твердое топливо 4%-6% и другие добавки. Шихту перед спекание подготавливают, чтобы обеспечить усреднение необходимой крупности дозирования компонентов шихты, смешивание и окомкование её. Подготовленную шихту направляют на спекание, осуществляемое на колосниковой решетке, на которую загружают «постель» высотой 30-35 мм, состоящую из возврата крупностью 10-25 мм; затем загружают шихту толщиной 250-300-350 мм. Под колосниковой решеткой создают разрежение, в результате чего с поверхности в слой засасывается наружный воздух. Для начала процесса специальным зажигательным устройством нагревают поверхностный слой шихты до 1200-1300°С и топливо воспламеняется.

В зоне горения температура достигает 1500°С. Продукты сгорания отдают тепло нижним слоям и уходят с температурой 150°С. Топливо сгорает до окиси углерода:

C+O₂=CO₂ ; CO₂+C=2CO.

Образующаяся окись углерода восстанавливает окислы железа:

3Fe₂O₃+CO=2Fe₃O₄+CO_{2 ;} Fe₃O₄+CO=3FeO+CO₂

В зоне высоких температур магнитная закись восстанавливается углеродом

Fe₃O₄+C=3FeO+CO

В шихте находится сера в виде сульфида железа FeS₂ (пирит), а иногда в виде сульфатов CaSO₄*2H₂O (гипс) и BaSO₄ (барит).

Пирит в условиях агломерации выделят серу при температуре около 1000°С

3FeS₂+O₂=Fe₃O₄+6SO₂

Гипс и барит разлагаются при температуре 1200-1400°С :

CaSO₄=CaO+SO₂↑ ; BaSO₄=BaO+SO₃↑

На формирование структуры агломерата оказывает влияние процесс его охлаждения. Для получения более прочного агломерата его нужно охлаждать медленно.

В настоящее время получают офлюсованный агломерат, чтобы исключить применение известняка в доменной плавке.

Основными преимуществами применения офлюсованного агломерата является:

1.Исключение из доменной плавки эндотермической реакции разложения карбонатов.

CaCO₃=CaO+CO₂ – Q, что снижает расход кокса

2.Улучшается восстановительная способность газов, из-за снижения двуокиси углерода, получаемое от разложения карбонатов.

3.Улучшается востановимость агломерата в результате вытеснения известью окислов железа из трудновостановимых силикатов железа.

4.Улучшается процесс шлакообразования из-за хорошего контакта агломерата.

5.Уменьшается количество материалов загружаемых в печь, в результате сокращается расход кокса на 6-15%.

Процесс агломерации обычно осуществляется на агломерационных лентах, состоящих из специальных колосниковых спекательных тележек – паллет, которые передвигаются со скоростью около 4 м/мин по рельсам, закрепленных на металлоконструкциях.

2) Производство окатышей относится к способам окускования и состоит из 2 стадий:

а) получение сырых окатышей

б) упрочнение окатышей (подсушка при 300-600°С и обжиг при 1200-1300°С)

Исходную шихту: возврат, концентрат, известняк загружают в бункер, откуда с помощью дозаторов она выдаётся на сборный транспортёр и поступает в смесительный барабан. После смешивания шихта поступает в окомкователь (гранулятор). Для лучшего окомкования к шихте добавляют связывающее вещество бетонит (мелкодисперсная глина). Сырые окатыши после гранулятора подают на обжиговую машину. Обычно применяют ленточную конвейерную машину, подобную агломерационной, где окатыши проходят стадии сушки, подогрева и обжига.

Горючее, употребляемое для доменной плавки, служит не только для нагрева шихты и её расплавления, но и является основным химическим элементом для восстановительных процессов в печи. Требуется прочное и неспекающееся твердое топливо. Его можно лишь частично заменить другим (жидким, газообразным и др.)

Требования к твердому топливу:

1. Высокая температура сгорания и пирометаллургическая способность.

2. Достаточная прочность и термостойкость.

3. Неспекаемость в условиях доменного процесса.

4.Достаточная чистота по содержанию вредных примесей.

Таким топливом является кокс. Его получают сухой перегонкой каменных углей в коксовых печах или камерах коксования. Угольную шихту перед спеканием измельчают в дезинтеграторах. Кокс получают в печах, представляющих собой камеры с объемом 30м³ и массой шихты 22т. Коксовые печи собирают в коксовые батареи, в каждой батарее по 40-70 печей. Процесс коксования осуществляется при температуре около 1000°С. Период коксования 14,5 -16 часов. Из 1 тонны шихты получают 750-800кг кокса, 320-330м³ коксового газа (55-58% Н₂; 20-23% СН₄; около 8% N₂). Производительность батареи достигает 1500т в сутки.