Виготовлення сирих обкотишів і їх випробування

Методичні вказівки

До виконання лабораторних робіт з дисципліни

«Технологія виробництва окускованої залізорудної сировини»

для студентів спеціальності 6.090401

«Металургія чорних металів»

Кривий Ріг

2011

Зміст

Лабораторна робота № 1

ОТРИМАННЯ СИРИХ ОБКОТИШІВ І ВИЗНАЧЕННЯ ЇХ ВЛАСТИВОСТЕЙ

Мета роботи – ознайомлення зі способами виготовлення сирих обкотишів з різних шихт і методами визначення їх міцності.

Теоретичні відомості

Для виготовлення обкотишів придатні концентрати, які мають вміст фракцій –50 мкм 85–95% і питому поверхню 160–220 м²/кг. Допустимі коливання цих показників відповідно ± 2% і ± 5,0 м²/кг. Грубіші концентрати утворюють недостатньо міцні гранули, а більш дрібні утворюють нерівномірні грудки невизначеної форми. Останні потребують також спеціальної підготовки до огрудкування – вогневої сушки, високоінтенсивного змішування після сушки і розпушування.

Офлюсування сировини при підготовці значно поліпшує її металургійні властивості – підвищує температуру початку плавлення, що сприяє збільшенню продуктивності доменних печей, а також зменшує вміст сирого вапняку у доменній шихті, що призводить до економії коксу до 40 кг на кожні 100 кг сирого вапняку.

Добавкою вапняку у шихту для огрудкування можливо поліпшити або погіршити її здатність до огрудкування в залежності від тонкості подрібнення вапняку, яку звичайно підтримують рівною 300–500 м²/кг: до грубих концентратів додають більш тонкий вапняк і навпаки.

Бажана основність обкотишів дорівнює 1,2–1,25, тобто рівною приблизно до основності доменного шлаку. Але вміст вапняку у шихті для огрудкування обмежується величиною 15–18%, бо при більшому його вмісті різко зменшується продуктивність випалювальних агрегатів і міцність готового продукту. Отже ступінь основності, як відношення вмісту у шихті основних оксидів (СаО + MgO) до кислих оксидів (SiO₂ + Аl₂О₃), обмежується вмістом останніх. Тому для криворізьких концентратів (7,5–8,5% SiO₂ ), маємо основність обкотишів 0,6–0,8.

Обов'язковою складовою частиною шихти для огрудкування є зміцнюючі домішки. На сьогодні випробувано багато різних зміцнюючих домішок – як мінеральних, так і органічних, але найширшого розповсюдження набув бентоніт. Відоме використання залізного купоросу FeSO₄ для зміцнення обкотишів, які переробляються шляхом одержання губчатого заліза. Обкотиші для металізації часто зміцнюються вапном, гашеним або свіжевипаленим. До органічних зміцнюючих домішок відносяться крохмаль, поліакриламід, торф і буре вугілля. Ці домішки також випробувані в промислових масштабах.

Сирі обкотиші повинні відповідати певним вимогам за розміром і міцністю. Розмір обкотишів характеризується їхнім гранулометричним складом: вміст фракцій 10–15 мм повинен бути 90–95%, фракцій –5 мм і +20 мм пови­нен бути не більше 3–5%.

Міцність сирих обкотишів визначається їх опором стисненню й ударові. Міцність на стиснення повинна бути не меншою за 8–10 Н/обкотиш, щоб вони не сплющувались у шарі висотою до 500–600 мм. Міцність на удар повинна бути такою, щоб кожний обкотиш витримував 5–6 падінь з висоти 500 мм. Саме стільки перевантажень вони повинні здійснити від огрудкувача до випалювального агрегату.

Сирі обкотиші виготовляють учашових (тарілкових) чи барабанних огрудкувачах. Помислові тарілкові огрудкувачі мають діаметр 5,5–7,5 (9,0) м, висоту борту 0,8–0,6 м і кут нахилу 45–60°. Барабанні огрудкувачі мають діаметр 2,8–4,5 м і у 2–4 рази більшу довжину, кут їх нахилу становить 3–8°. Швидкість обертання огрудкувачів і продуктивність відповідно складають 4–12 об/хв. і 30–200 т/год. Чашові огрудкувачі дешевші та менш металоємні, ніж барабанні. Вони мають більшу питому продуктивність на займану площу, але барабанні огрудкувачі більш розповсюдженні за кордоном, бо виробляють обкотиші з більш рівномірним ситовим складом. Барабанні огрудкувачі здатні огрудковувати шихти з більшою вологістю і з більшою її коливаємістю, а також шихти з гіршою здатністю до огрудкування, ніж тарілкові огрудкувачі.

Виготовлення сирих обкотишів і їх випробування

Розрахувати склад шихти для одержання обкотишів на підставі відомого хімічного складу компонентів (табл. 1.1).

Таблиця 1.1

Хімічний склад шихтових компонентів

Вміст у шихті зміцнюючої домішки приймається на підставі промислового досвіду чи випробувань. Бентоніту звичайно у шихті буває 0,5–1,0%. Прийнявши його вміст, можна розрахувати витрату вапняку на його офлюсування.

Основність обкотишів приймається як компроміс між вимогою металургів і можливістю технології огрудкування. У даному випадку при вмісті кремнезему 8,3% у концентраті основність шихти і обкотишів може бути до 0,8. При більш багатому концентраті вона може бути більшою. Складаємо рівняння основності і балансу компонентів:

[K(CaO)_к+B(CaO)_в+Б(CaO)_б+K(MgO)_к+B(MgO)_в+Б(MgO)_б]/ [К(SіО₂)_к+В(SіО₂)_в+Б(SіО₂)_б+К(А1₂О₃)_к+В(А1₂О₃)_в+Б(А1₂О₃)_б] = основність;

К+В+Б=100.

У наведених рівняннях:

К, В, Б – відповідно вміст концентрату, вапняку і бентоніту у шихті, %. Вміст бентоніту приймаємо 1%;

(СаО)_{к, в, б}, (MgO)_{к, в, б}, (SiO₂)_{к, в, б}, (А1₂О₃)_{к, в, б} – відповідно вміст основних і кислих оксидів у концентраті, вапняку і бентоніті.

1. Прийнявши основність рівною 0,8 і взявши з табл. 1.1 значення вмісту оксидів, знаходимо витрати концентрату і вапняку у сухій шихті.

2. Приготувати шихту вагою 10 кг шляхом відмірювання 100 г бентоніту і згідно з розрахунком концентрату і вапняку (з урахуванням їх вологи) і добре їх перемішати.

Тарілковий гранулятор діаметром 1 м очистити від попередніх матеріалів, установити під кутом 47° і надати йому швидкості обертання 18–20 об/хв. Завантажити у гранулятор половину маси шихти.

Зволожуючи рухому шихту тонкими струменями води, утворюють зародки обкотишів: воду подають до перетворення половини шихти у зародки. Після 5–7 хв. огрудкування у нижній частині засипки водяним туманом зволожують гранули до зникнення неогрудкованої шихти. Після цього у гранулятор подають порціями 100–200 г свіжу шихту, уважно зволожуючи гранули водяним туманом внизу засипки. Після витрати всієї шихти і одержання гранул фракції 5–20 мм огрудкування продовжується 3–5 хв. і в рухомому його стані вивантажують гранули на сита з отворами 20 мм, 15 мм, 10 мм, 5 мм.

3. Обкотиші розсівають на ситах і зважують кожну фракцію. Визначають ситовий їх склад. З фракції 10–15 мм беруть по 10 обкотишів для визначення їх міцності на стиснення і удар. Міцність на стиснення вимірюється для кожного обкотиша, сумується і розраховується її середнє значення. Вона вимірюється на пресі з двома паралельними пластинками, одна з яких нерухома, а друга є основою штока, на який ставиться ємність для дробу (рис. 1.1). Після зруйнування обкотишу дріб з ємністю зважуються і вага їх записується. Міцність на удар визначається шляхом скидання кожного обкотиша з висоти 0,5 м до зруйнування і при цьому рахується кількість падінь, яка сумується і визначається середнє значення міцності.

Рис. 1.1. Прилад для визначення міцності обкотишів на стиснення: 1 – станина; 2 – обкотиш; 3 – шток; 4 – пластина; 5 – дріб

4. З фракції 10–15 мм відбирається 100 г обкотишів на визначення їх вологості шляхом зважування до і після сушки. Сушать обкотиші у сушильній шафі при температурі 105–150 °С впродовж часу не менше 1 години.

5. З порції висушених обкотишів відбирають 10 штук на визначення їх міцності на стиснення у сухому стані. Остання визначається аналогічно міцності на стиснення сирих обкотишів. Вона повинна бути у межах 30–50 Н/обкотиш. Результати роботи оформляються у вигляді таблиці 1.2.

Таблиця 1.2

Результати виготовлення обкотишів

Зміст звіту

Короткий опис роботи, схеми установки для одержання сирих обкотишів та визначення їхньої міцності, вологості та ситового складу з розрахунками і таблицями.

Контрольні питання

1. Вимоги до якості шихтових матеріалів для огрудкування.

2. Типи зв’язуючих домішок, які застосовуються при огрудкуванні.

3. Обладнання для виробництва сирих обкотишів.

4. Вимоги до якості обкотишів (сирих та висушених).

Література

1. Бережной Н.Н., Губин Г.В., Дрожилов Л.А. Окомкование тонкоизмельченных концентратов железных руд. М.: Недра, 1971. – 176 с.

2. Бережной Н.Н., Булычев В.В., Костин А.И. Производство железорудных окатышей. – М.: Недра, 1977. – 240 с.

Лабораторная работа № 2

ОБЖИГ СЫРЫХ ОКАТЫШЕЙ

Цель работы — ознакомиться с методом определения температуры «шока» и процессом обжига железорудных окатышей.

Теоретические сведения

В связи с тем, что прочность сырых окатышей недостаточна для ихтранспортировки к плавильным агрегатам, а повышение влажности способствует смерзанию окатышей, при транспортировке в зимний период, их подвергают высокотемпературному обжигу, который в промышленности осуществляется в шахтных печах, на конвейерных машинах и в комбинированных установках «решетка – трубчатая печь». В отечественной практике применяются конвейерные машины площадью 108, 270, 306, 520 м².

В процессе обжига на машине окатыши проходят пять технологических зон: сушка, подогрев, обжиг, рекуперация и охлаждение.

При сушке из окатышей удаляется влага. Слишком быстрая (высокотемпературная) сушка может привести к разрушению окатышей («шоку») из-за бурного выделения паров воды.

B период нагрева окатышей происходит ряд процессов, способствующих их упрочнению: разложение карбонатов, взаимодействие между оксидами железа, пустой породой и флюсом. Важным является завершение окисления магнетита до гематита в области умеренных температур, ибо высокотемпературное окисление из-за образования расплава протекает с пониженной скоростью, а незавершенность окисления определяет неоднородность конечной структуры окатышей, что снижает их качество.

При обжиге окатыш приобретает высокую прочность в результате спекания разрозненных и слабо связанных между собой частиц шихты. С ростом температуры обжига скорость спекания и, следовательно, упрочнения окатышей возрастает. Образующийся при обжиге расплав (20– 25%), смачивающий твердую фазу, значительно ускоряет процесс спекания, заполняя поры, образуя новые гранулы и способствуя ускорению переноса вещества в места контакта. При образовании чрезмерного количества расплава (при завышенной температуре обжига) прочность окатышей снижается, так как прочность связки много ниже прочности частиц окислов железа. Таким образом, существует экспериментальная зависимость прочности окатышей от температуры обжига.

При рекуперации происходит упрочнение окатышей, а в зоне охлаждения они охлаждаются продувкой или прососом воздуха сквозь слой.

Следовательно, на процесс обжига окатышей влияют следующие факторы: скорость сушки и подогрева, степень окисленности, температура, время обжига, а также скорость охлаждения окатышей.

Основными металлургическими свойствами окатышей являются пористость, «холодная прочность» (прочность на сжатие после обжига), Η/окатыш; барабанный показатель (прочность на удар (+5 мм)), %;истираемость (-0,5 мм), %; «горячая прочность» (прочность после восстановления); степень восстановления, %; газопроницаемость и усадка слоя при восстановлении, %; восстановимость.

При определении «холодной прочности» испытанию на сжатие подвергают 10 окатышей, определяя среднее значение. Кондиционными считаются окатыши, имеющие прочность 1600–2000 Н/окатыш.

«Горячая прочность» окатышей характеризует эффективность их проплавки в доменных печах. Если в восстановительных условиях окатыши быстро теряют прочность, это может привести к разрушению окатышей с образованием мелочи (0,5–0,1 мм), что резко снижает газопроницаемость слоя шихты и увеличивает вынос пыли из нее. Прочность окатышей при восстановлении связана главным образом с их структурой: чем плотнее структура и ниже пористость, тем ниже скорость восстановления и тем меньше окатыши разупрочняются при восстановлении. Поэтому для роста «горячей прочности» окатышей целесообразно получать их более плотной структуры, что приводит к снижению пористости и скорости восстановления.

Между «горячей», «холодной» прочностями окатышей и скоростью их восстановления существует зависимость:

,

где Р_Г, Р_Х – соответственно «горячая» и «холодная» прочность окатышей, %;

К – константа, зависящая от типа и состава железорудного концентрата;

R – средняя скорость восстановления к моменту достижения степени восстановления 10–20%, %О₂/мин.