Совершенствование технологии производства окатышей и нового железорудного сырья для современной доменной плавки: теория, технология и оборудование термоупрочнения сырых окатышей и нового железнорудного сырья. В 2 т.Т. 2


СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ОКАТЫШЕЙ И НОВОГО ЖЕЛЕЗОРУДНОГО СЫРЬЯ ДЛЯ СОВРЕМЕННОЙ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ







ТОМ 2



ТЕОРИЯ, ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ТЕРМОУПРОЧНЕНИЯ СЫРЫХ ОКАТЫШЕЙ И НОВОГО ЖЕЛЕЗОРУДНОГО СЫРЬЯ













Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2020

УДК 669.162.26
ББК 34.323
     С56



Авторы:
Ф. М. Журавлев, В. П. Лялюк, Н. И. Ступник, В. С. Моркун, Е. В. Чупринов, Д. А. Кассим

Рецензенты:
академик Академии инженерных наук Украины, заслуженный деятель науки и техники Украины, доктор технических наук, профессор В. А. Петренко; академик Академии горных наук Украины, лауреат премии НАН Украины, доктор технических наук, профессор И. Г. Товаровский;
профессор Национальной металлургической академии Украины, доктор технических наук В. В. Бочка





    С56      Совершенствование технологии производства окатышей и ново       го железорудного сырья для современной доменной плавки. В 2 т.

       Т. 2 : Теория, технология и оборудование термоупрочнения сырых окатышей и нового железнорудного сырья / [Журавлев Ф. М. и др.] -Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2020 - 368 с.
          ISBN 978-5-9729-0456-3 (Том 2)
          ISBN 978-5-9729-0457-0


      Высокие металлургические характеристики готового окускованного материала формируются в двух основных технологических этапах: подготовка сырых окатышей с необходимыми составами и свойствами и термоупрочнение сырых окатышей, обеспечивающее получение готового обожженного материала с нужными металлургическими характеристиками. В первом томе рассматриваются теория, технологии и оборудование для подготовки компонентов шихты с требуемыми физико-химическими характеристиками, их дозирование, смешивание, окомкование с получением сырых окатышей необходимого качества. Во втором томе рассматриваются теория, технологии и оборудование для термоупрочнения сырых окатышей или формирования новых видов окускованных материалов с нужными металлургическими характеристиками.
      Для студентов высших учебных заведений горно-металлургического и экономического профилей, а также специалистов черной металлургии и смежных с ней отраслей.

УДК 669.162.26
ББК 34.323



ISBN 978-5-9729-0456-3 (Том 2)
ISBN 978-5-9729-0457-0

   © Издательство «Инфра-Инженерия», 2020
   © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2020

    ВВЕДЕНИЕ


    Как отмечалось в 1-ом томе, актуальным и наиболее эффективным направлением развития доменного производства, является улучшение подготовки шихтовых материалов, в частности улучшение металлургических характеристик железорудного сырья. В 1-ом томе также рассмотрены основы теории, технологии и используемое основное технологическое оборудование при подготовке и обогащению железных руд, с целью производства концентратов с максимально возможным содержанием железа. Выбор и подготовка по крупности добавок (флюс, связующее, твердое топливо) в шихту, придающих окатышам требуемые металлургические характеристики. Смешивание шихты и её окомкование, получение сырых окатышей с физико-химическими характеристиками, позволяющими выдержать, не разрушаясь и не расплавляясь, режим их термоупрочнения.
    Во 2-ом томе рассмотрены разработанные технология и оборудование для укладки донной и бортовой постели (только в ОКМ), грохочения сырых окатышей с выделением годной фракции и равномерной её укладки, по ширине и высоте слоя, в обжиговые агрегаты, обеспечивающие одинаковую термообработку всех загруженных сырых окатышей. Следует отметить разработку нового укладчика, позволяющего производить двухслойную укладку сырых окатышей с возможностью их сушки только прососом теплоносителя.
    Рассмотрены технологические и конструктивные особенности агрегатов (шахтные печи - ШП, обжиговые конвейерные машины - ОКМ и комбинированные установки “решетка - трубчатая печь - охладитель”) для термоупрочнения сырых окатышей. Приведены их сравнительные технические и экономические показатели работы. Показана эволюция совершенствования конструктивных и теплотехнических решений (от первого до четвертого поколений) отечественных обжиговых конвейерных машин. Современные обжиговые конвейерные машины: работающая МОК-1-592 и разработанная ОК-780 имеют, при соответствующей удельной производительности, минимальные удельные расходы тепла и электроэнергии на 1 т готовой продукции. Следует продолжить совершенствование тепловой схемы ОКМ за счет продолжения разработанных ранее: конструкции и технологии термоупрочнения окатышей путем сжигания газа над слоем и в слое окатышей, а также снижения расхода легированного жаростойкого металла колосников обжиговых тележек ОКМ, путем замены их на разработанные конструкции подин. Рациональная тепловая схема газовых потоков обжигового агрегата играет решающую роль в удельном расходе теплоты на 1 т готовой продукции. Приведены методы расчета внешней газоходной (с дымососами и вентиляторами) и внутренней переточной частей газовоздушной системы обжиговой конвейерной машины. Рассмотрены основные закономерности газодинамики при движении теплоносителя в газовоздушном тракте обжигового агрегата и в слое обжигаемых окатышей. Рассмотрены основы теории, технология, физические, химические, фазовые и структурные преобразования в неофлюсованных и офлюсованных сырых окатышах разного состава в процессе их сушки и термоупрочнения в окислительной атмосфере. Изучены процессы окисления магнетита концентрата, твердофаз

3

ное спекание и рекристаллизация вновь образованных гематитовых зерен, способствующих упрочнению окатышей.
    На основании анализа двойных и тройных диаграмм состояния оксидных систем, а также оптического, рентгеноструктурного и рентгеноспектрального анализов определены источники образования локальных расплавов в окатышах разных составов в процессе их нагрева, за счет низкотемпературных минералов нерудной части концентрата и эвтектических соединений между оксидами шихты. Изучен минеральный состав, структура и металлургические характеристики окатышей разного состава после высокотемпературного обжига. Приведены данные по степени влияния различных технологических факторов на изменения технологических показателей производства и качество обожженных окатышей. Изучено влияние на металлургические характеристики обожженных окатышей технологических факторов в их производстве: глубины обогащения концентратов, минерального состава их нерудной части, степени офлюсования окатышей, вида флюса, ввода твердого топлива в шихту и режимных параметров термоупрочнения сырых окатышей (скорости нагрева, максимальной температуры и продолжительности обжига, скорости охлаждения). Приведены теоретические основы и технологические разработки получения обожженных окатышей из гематитовых руд и концентратов. Показано, что основные технологические параметры производства окатышей из гематитовых концентратов практически мало отличаются (нет необходимости окисления и отсутствие экзотермического эффекта от окисления рудных зерен) от аналогичных (см. выше), при производстве обожженных окатышей из магнетитовых концентратов. На основании проведенных исследований и испытаний подготовлены исходные данные для проектирования цеха по производству окатышей на Криворожском горнообогатительном комбинате окисленных руд, который к 1991 г. был построен на 80 %.
    Учитывая ряд отрицательных металлургических характеристик агломератов и окатышей для доменной плавки, разработаны новые виды окускованных железорудных материалов, позволяющие улучшить технико-экономические показатели работы доменных печей. Разработаны технологии производства неофлюсованных и офлюсованных (определенной основности) обожженных окатышей с остаточным углеродом и с повышенным содержанием железа. Разработаны технологии производства офлюсованных (в широком диапазоне требуемой основности) локальных спеков: из концентратов разной глубины обогащения, с остаточным углеродом и с повышенным содержанием железа. Разработана технология получения железорудного офлюсованного до необходимой степени моносырья для доменного производства - локальных спеков из любых концентратов с остаточным углеродом и повышенным содержанием железа. Указанные виды (локальные спеки) окускованного сырья обладают одновременно всеми лучшими металлургическими характеристиками агломератов и окатышей. Кроме того, что немаловажно, их можно производить в цехах производящих окатыши, при небольших капитальных затратах на их реконструкцию. Проект реконструкции цеха по производству окатышей Криворожского горнообогатительного комбината окисленных руд, для выпуска офлюсованных локальных спеков, был выполнен институтом Механобрчермет.

4

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ, ТЕХНОЛОГИЯ И ОСНОВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ В ПРОИЗВОДСТВЕ ОБОЖЖЕННЫХ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ ОКАТЫШЕЙ

    1.1. Высокотемпературное термоупрочнение сырых окатышей

    Сырые железорудные окатыши, ввиду их низких прочностных характеристик, не могут транспортироваться и использоваться в металлургических переделах (доменной плавке, металлизации, бескоксовой выплавке металла и др.).
    Для придания сырым окатышам необходимых металлургических характеристик они должны быть подвергнуты высокотемпературному термоупрочнению в окислительной, нейтральной или восстановительной атмосферах, для обеспечения характеристик необходимых для дальнейшего их металлургического передела. Технология термоупрочнения сырых окатышей и получение готового продукта с необходимыми металлургическими характеристиками включает в себя: предварительную классификацию (грохочение) с выделением, в зависимости от требований технологий их термоупрочнения и дальнейшей металлургической переработки, годной (8-16 мм, 8-18 мм или 8-20 мм) фракции, с одновременным удалением и возвращением в технологический процесс получения сырых окатышей мелочи (0-8 мм) и крупной фракции (+16 мм, +18 мм или +20 мм). Укладку донной и бортовой постели (в случае технологических требований обжигового агрегата), укладку слоя годной фракции сырых окатышей требуемой высоты в обжиговый агрегат. Сушку, нагрев с определенной скоростью до максимальной температуры, выдержку (обжиг) при максимальной температуре, охлаждение с определенной скоростью слоя обожженных окатышей. Последующую классификацию (грохочение) охлажденных обожженных окатышей по определенным классам крупности с выделением: мелочи - обожженного возврата (0-5 мм) для использования в шихте, донной и бортовой постели (10-15 мм) только при термоупрочнении на конвейерной обжиговой машине, а также готовой продукции (+5 мм) для складирования, усреднения и отгрузки потребителю (см. рис. 127, том 1, глава 5).

    1.1.1. Классификация и укладка сырых окатышей в обжиговый агрегат

    Узел укладки сырых окатышей в обжиговый агрегат должен обеспечивать минимальное разрушение сырых окатышей при перегрузках, равномерный заданный гранулометрический состав загружаемых сырых окатышей, без мелочи и крупных фракций, а также одинаковую высоту слоя на всей обрабатываемой теплоносителем площади обжигового агрегата, для создания одинаковых условий термообработки просасываемым или продуваемым теплоносителем, за счет одинаковых газопроницаемости слоя и скорости фильтрации теплоносителя на всей площади и высоте слоя обрабатываемых им окатышей. Узел укладки со

5

стоит из трех основных, последовательно и синхронно работающих, комплексов механизмов [1-4]:
    -      распределяющих и равномерно укладывающих донную и бортовую постель из соответственно выделенных обожженных окатышей (только в случае термоупрочнения на конвейерной обжиговой машине);
    -      подготавливающих равномерное распределение сырых окатышей по ширине обжигового агрегата и высоте слоя;
    -      выделяющих годную фракцию, с отсевом и возвращением в технологический процесс мелочи (0-8 мм) и крупной +(16-20 мм) фракции (при необходимости), а затем равномерно укладывающих окатыши в обжиговый агрегат по заданным ширине и высоте слоя.
    Для равномерного распределения сырых окатышей в обжиговый агрегат по заданной ширине используют качающийся (при ширине до 3,5 м) или челно-ковый (при ширине более 3,5 м) укладчики.
    Качающийся укладчик представляет из себя, установленный консольно на ступице в головной части конвейер, выполняющий возвратно-поступательные движения хвостовой частью в горизонтальной плоскости, с использованием кривошипно-шатунного механизма (рис. 1).
                      2  4

Рис. 1. Качающийся укладчик сырых окатышей:
1 - конвейер ленточный; 2 - электродвигатель привода ленты конвейера; 3 - редуктор червячный; 4 - муфта;
5 - рама; 6 - лента; 7 - приводной барабан; 8 - натяжной барабан; 9 - роликоопоры конвейера; 10 - опора;
11 - крепление шарнирное; 12 - кривошипно-шатунный механизм; 13 - электродвигатель качания конвейера

    Расстояние между остановками хвостовой части конвейера равно заданной ширине укладки сырых окатышей в обжиговый агрегат. Сырые окатыши, разгружаемые с окомкователей на сборный конвейер, подаются с него на голов

6

ную часть конвейера качающегося укладчика и разгружаются хвостовой его частью на заданную ширину роликового грохота-укладчика. После прохождения грохота-укладчика из сырых окатышей отсевается мелочь (0-6 мм), а годная фракция (6-18 мм, или 6-20 мм) загружаются в обжиговый агрегат заданными шириной и высотой слоя. Технические характеристики челноковых укладчиков для разных по ширине обжиговых агрегатов с разной производительностью приведены в таблице 1.

Таблица 1. Технические характеристики качающихся укладчиков

                  Тип укладчика                     КНЧ       КНЧ       КНЧ   
                                                  800x3000 1400x3000 1600x5000
Производительность, т/ч                            До 200     440       580   
Ширина ленты конвейера, мм                          800      1400      1600   
Скорость движения ленты                             1,03     0,53      0,67   
конвейера, м/с                                                                
Максимальная ширина укладки                         2000     3000      4000   
окатышей, мм                                                                  
Угловая амплитуда качания                            18       18        15    
укладчика, град                                                               
Число двойных качаний                                                         
„ „     _                       _              -1  10,31   10,31       9,87   
поворотной части укладчика, мин                                               
Мощность электродвигателя                                                     
привода, кВт:                                                                 
конвейера                                           3,6       10        14    
поворотной части                                    3,5       3,6       4,5   
Масса, т                                            3,68     4,53      10,2   

     Широкий конвейер с Челноковой головной частью. При использовании обжиговых агрегатов шириной более 3,5 м применение качающихся укладчиков является нецелесообразным, из-за больших инерционных масс, значительных динамических усилий возникающих при реверсе укладчика, увеличения длительности прохождения хвостовой разгрузочной части укладчика из одной конечной точки в другую, невозможность увеличения скорости качания выше определенного значения, что вызывает существенную неравномерность укладки окатышей по длине роликового грохота-укладчика. Поэтому были разработаны, изготовлены и эксплуатируются устройства, позволяющие распределять сырые окатыши по ширине обжигового агрегата практически любой величины. Устройство состоит из короткого передвижного конвейера (челнокового распределителя) и широкого (по ширине обжигового агрегата) ленточного конвейера-питателя (рис. 2, 3). Сырые окатыши, разгружаемые из окомкователей на сборный конвейер, подаются с него на головную часть короткого передвижного конвейера, с которого разгружаются равномерно по всей ширине широкого конвейера слоем регулируемой необходимой высоты. Сырые окатыши с одинаковой шириной и высотой слоя подаются широким конвейером на роликовый грохот-укладчик для загрузки в обжиговый агрегат.

7

Рис. 2. Челноковый распределитель для широкого конвейера-питателя загрузочного устройства сырых окатышей в обжиговый агрегат: 1 - рама; 2 - роликоопоры рабочей ветви; 3 - роликоопоры холостой ветви; 4 - приводной барабан; 5 - натяжной барабан;
6 - грузовое натяжное устройство; 7 - электродвигатель;
8 - клиноременная передача; 9 - рама; 10 - рельсы; 11 - тележка разгрузочная; 12 - колеса ходовые; 13 - барабан разгрузочный;
14 - барабан отклоняющий; 15 - гидроцилиндры

Рис. 3. Широкий конвейер-питатель для челнокового распределителя загрузочного устройства сырых окатышей в обжиговый агрегат:
1 - рама; 2 - барабан приводной: 3 - барабан натяжной;
4 - роликоопоры рабочей ветви; 5 - роликоопоры холостой ветви;
6 - горизонтальные ролики; 7 - боковые ролики; 8 - лоток;
9 - ролики отклоняющие; 10 - винтовое устройство;
11 - электродвигатель; 12 - редуктор; 13 - муфта; 14 - рама подвижной тележки; 15 - роликовый грохот-укладчик

8

    Технические характеристики конвейера с Челноковой головной частью и широкого конвейера-питателя сырых окатышей для разных обжиговых агрегатов приведены в табл. 2.


Таблица 2. Техническая характеристика конвейера с Челноковой головной частью и широкого конвейера-питателя сырых окатышей

                                 УЗТМ    “Лурги”   “Алис- 
        Тип конвейера           (СССР)    (ФРГ)   Чалмерс”
                                                   (США)  
         Конвейер с челноковой головной частью             
Производительность, т/ч          1100      794      550   
Ширина ленты, мм                 1600      1400     1372  
Длина конвейера, м                10      11,35     42,0  
Скорость ленты, м/с             0,8-1,6  0,3-1,0  0,3-1,2 
Длина хода головной части, м      5,2      4,0      5,2   
Количество двойных ходов          5,2      5,2    1,7-6,9 
головной части, м-1                                       
Мощность электропривода, кВт:                             
конвейера                         25        25       29   
ходовой части                     5,5       55      3,7   
Тип привода ходовой части*         Э        Г        Г    
Масса, т                          28       24,9     65,0  
       Широкий конвейер-питатель сырых окатышей            
Производительность, т/ч          1100      794      550   
Ширина ленты, мм                 5200      4600     4900  
Длина конвейера, м                12       17,0     10,8  
Скорость ленты, м/с            0,2-0,005 0,05-0,2 0,04-0,2
Мощность электродвигателя, кВт    10        15       16   

* Э - электромеханический, Г - гидравлический.

    Роликовый грохот-укладчик, как отмечалось выше, выполняет следующие функции в процессе термоупрочнения сырых окатышей: окончательное выравнивание нагрузки по всей ширине обжигового агрегата; эффективный окончательный отсев и возврат в шихту мелочи (0-8 мм) из загружаемых на термоупрочнение сырых окатышей; выделение годной (8-16 мм, 8-18 мм или 820 мм) фракции и загрузка её в обжиговый агрегат; удаление крупной +(1620) мм фракции, если она не была удалена после окомкователей, и возврат её после дезинтеграции в шихту.
    Конструкция роликового грохота-укладчика аналогична роликовому грохоту сырых окатышей после барабанного окомкователя, но отличается от него конфигурацией, большой производительностью, шириной и длиной.


9

    Общий вид роликовых грохотов-укладчиков для разных обжиговых агрегатов приведен на (рис. 4-6). Рабочая поверхность роликового грохота-укладчика сырых окатышей, в отличие от роликового грохота после окомкова-телей (в случае отсева только мелочи), разделена по длине на две части.


Подача донной

Подача бортовой постели (рис. 192)

Рис. 4. Роликовый грохот-укладчик с отсевом только мелочи

Рис. 5. Ролики с индивидуальным приводом грохота-укладчика обжиговых агрегатов (ОКМ и РТПО) для термоупрочнения сырых окатышей: 1 -мотор-редуктор; 2 - опоры роликов; 3 - цапфа ролика;
4 - соединение внутренней трубы ролика с цапфой; 5 - наружная шлифованная бочка ролика; 6 - внутренняя труба ролика;
7, 8 - упругая муфта; 9 - рама грохота

10