БРИКЕТИРОВАНИЕ КАК ПОЛНОПРАВНЫЙ МЕТОД ОКУСКОВАНИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО СЫРЬЯ

В.В. Ожогин /к.т.н, А.А. Томаш /д.т.н./, И.А. Ковалевский /к.т.н./и др.
Приазовский государственный технический университет (Мариуполь, Украина)


Источник: Металлургические процессы и оборудование.-2005. - №2. – с.54-58.


Рост конкуренции, усиление экологических требований, а также усложнение добычи и предварительной подготовки сырья - эти и другие факторы предъявляют вес более высокие требования к металлургической отрасли Украины. Поэтому совершенствование традиционных и разработка новых технологий является необходимым условием устойчивого развития металлургии. Новые интенсивные технологии и процессы предъявляют не только высокие требования к качеству сырья, но и требуют новые его виды. В условиях усиления дефицита малосернистых коксующихся углей и интенсификации процессов все большее значение будут приобретать комплексные рудно-топливные материалы, а процессы предварительного частичного восстановления все шире будут применяться при подготовке сырья [1]. Традиционные методы окускования сырья агломерацией и окатыванием во многом исчерпали свои резервы и возможности. Так при существующем техническом уровне сложно получить мсталлнзованный агломерат или прочные окатыши с высоким содержанием свободного углерода. В то же время подобные материалы получают с помощью брикетирования. Однако брикетирование в чёрной металлургии пока ещё не получило должного признания. Доля сырья, окускованного брикетированием, остаётся на уровне 2 % [2]. В основном это брикетирован¬ные металлизованные материалы, флюсы и ферросплавы для производства стали, см. рисунок 1. Задачей исследования является выявление причин ограниченного распространения брикетирования в чёрной металлургии, а также возможностей и перспектив его развития и свете последних научных достижений. Брикетирование имеет ряд существенных преимуществ, которые позволяют считать его перспективным методом окускования.
1. Брикетирование предъявляет менее жёсткие требования к качеству сырья, позволяет окусковывать сырьё широких классов крупностью 10,0-0,074 мм, а также более крупные или более тонкие фракции практически в любых соотношениях.
2. Процесс технологически прост; некоторую трудность представляет лишь дозирование связующих и их смешивание с брикетируемым материалом.
3. Сохраняются свойства компонентов, входящих в брикет.
4. Брикетирование является экологически чистым способом окускования.
Эта преимущества позволяют эффективно решать такие актуальные задачи, как получение новых, комплексных видов сырья, включающих оксиды железа, восстановитель и флюс, внедрение новых способов обработки сырья, например, металлизацией, снижение вредного влияния металлургических процессов на окружающую среду.


Внешний вид промышленных и лабораторных брикетов
Рисунок 1 – Внешний вид промышленных и лабораторных брикетов: 1-5 — промышленные брикеты: 1 - из мелочи ферромарганца, масса 4,5 кг: 2 — из окалины, масса 2,5 кг: 3 - бокситовый, масса 125 г, 4 - шихтовый для выплавки алюминия, масса 132 г; 5 - из металлизованных окатышей, масса 650 г; 6-10 - лабораторные брикеты: 6 - железоуглеродистый, масса 85 г: 7 - из аглодоменного шлама, масса 55 г; 8 - из конвертерного шлама, масса 32 г: 9 - из стале¬плавильного шлама с окалиной, масса 36 г; 10 - из сталеплавильного шлама. масса 130 г

К основным недостаткам брикетирования обычно относят следующие:
1. Неудовлетворительная прочность брикетов, особенно при высоких температурах в условиях восстановительной атмосферы.
2. Использование дорогих связующих, содержащих вредные примеси.
3. Недостаточная производительность прессового оборудования.
К настоящему времени большинство этих недостатков устранены. Сформированы несколько направлений получения прочных брикетов, к числу которых относят горячее брикетирование, высокотемпературную обработку брикетов, использование термостойких связующих и подбор составов смесей, образующих в брикете прочные соединения. Способы горячего брикетирования и высокотемпературной обработки брикетов обеспечивают основные требования, предъявляемые к доменному сырью. Однако существенное усложнение технологии и рост энергетических затрат пока не позволяет получить высокие технико-экономические показатели. Производство прочных брикетов без высокотемпературного упрочнения обычно связывают с разработкой новых типов связующих, не содержащих вредных примесей. За рубежом получены новые виды полимерных связующих, способные выдержать температуры до 1200 "С и выше, однако они дороги и пока не позволяют говорить о возможности их промышленного использования в металлургии Украины. Альтернативный путь повышения прочности брикетов связан с выявлением оптимальных составов шихтовых смесей, обеспечивающих при прессовании образование комплексных, прочных соединений: алюминатов кальция, четырёхкалыцевого алюмоферрита и др., а также учёт и использование максимального количества факторов, способствующих упрочнению. Это позволяет получать брикеты, превосходящие по прочности агломерат, без использования дорогостоящих связующих [5]. Может считаться решённым и вопрос, связанный с наличием прессов нужных давлений и производительности. Разработки Института чёрной металлургии им. З.И. Некрасова НАН Украины (ИЧМ) [6] и Ново-Краматорского машиностроитсльного завода позволяют констатировать, что в Украине создано недорогое отечественное оборудование. Оно конкурентоспособно в сравнении с западными производителями: давление прессования - до 160 МПа. производительность - до 30 т/ч. При необходимости могут быть созданы прессы производительностью до 100 т/ч и более. Прогресс в области брикетирования и потребность в сырье с новыми свойствами возрождают интерес к брикетированию как методу окускования железорудного сырья. В частности, в России специалистами ООО "ЭкоМашГсо". г. Тула, разработаны и запатентованы несложные, но. по их утверждению, достаточно эффективные технологии брикетирования окалины и других вторичных материалов с использованием цемента. В Украине теоретическую проработку вопросов брикетирования ведут учёные ИЧМ, ПГТУ и других вузов. Практическую реализацию проблемы осуществляют ряд предприятий, в т.ч. фирмы "ДиМст". "Брикет" и др. Брикетирование может успешно развиваться в том случае, если оно будет использовано в сфере металлургического производства, где его преимущества особенно очевидны. В первую очередь 910 относится к утилизации пылевидных отходов. Другими перспективными направлениями, в которых брикетирование может получить приоритетное развитие, являются следующие, см. рисунок 2.


Перспективные направления развития металлургии
Рисунок 2 – Перспективные направления развития металлургии


1.В коксохимическом производстве путем возврата угольной пыли на повторное спекание в брикетированном виде совместно с коксуемым углем и по.тучение брикетированного кокса вместе со слоевым.
2. Управление процессами окомкования и спекания агломерата путем ввода в аглошнхту гранул, полученных брикетированием тонкой части аглошихты с последующим дроблением до фракции 6.0-1.6 мм. Это позволяет спекать агломерат с высоюгм содержанием железа на основе гранулированного концентрата [7].
3. Получение прочных железофлюсовых брикетов, пригодных по механической прочности к использованию и доменном производстве [8].
4. При окусковании отходов известкового производства, в частности отсеза извести и известковой пыли, и их использовании взамен дорогой извести [9].
5. Использование в стхтеплавилъном производстве железофлюсовых и самовосстанавли-ваюшихся железоуглеродистых брикетов [10].
6. При производстве мелаллизованного продукта по схеме "брикетирование - восстановление".
Из зтих направлений наиболее эффективными могут оказаться второе и пятое. Так. ввод в аглошихту [гранул фракции 6.0-1.6 мм в количестве 1 кг на 1 т агломерата приводит к повышению производительности лабораторной улоустановки на 0.5 %, выход годного агломерата увеличивается на 0.1 % [5]. Получение металлизованных материалов снизит остроту проблемы, связанную с дефицитом металлолома в сталеплавильном производстве. В условиях роста цен на металлургическое топливо в качестве восстановителя могут быть использованы малосерннстые и более дешёвые его виды: уголь и торф, а также лигнин, являющийся массовым, практически не используемым отходом гидролизной и целлюлозно-бумажной промышленности. Использование тонконзмельчённых материалов — лигнина и сталеплавильного шлама позволяет достичь высокой степени металлизации, см. рисунок 3.


Аншлифы брикетов, восстановленных при 1200 С
Рисунок 3 – Аншлифы брикетов, восстановленных при 1200 С (слева на право): 1 - в исходном брикете 80 % концентрата, 18 % коксика фракции -1 мм. 2 % мелассы, степень металлизации Рм = 92.9 %; 2 - то же. 80 % сталеплавильного шлама и 20 % лигнина. Pм = 98,4 %; 3 - то же. 80 % аглодоменного шлама и 20 % лигнина. Pм = 97,8 %.

Выводы
Механическая прочность брикетов достигла необходимого уровня требований, предъявляемых к доменному сырью. Прочность на удар, определённая по барабанной пробе, для опытных брикетов составляет 70-78 %, прочность на раздавливание 25-36 МПа. Единичная мощность брикетирующих установок. их технико-экономические характеристики также позволяют рассматривать брикетирование как вполне кон¬курентоспособный и перспективный метод окускования сырья и отходов. Для становления брикетирования как полно¬правного метода окускования необходимо довести "горячую" прочность брикетов до уровня минимальных требований, предъявляемых к окускованному сырью, расширить потребительские свойства брикетов, усовершенствовать технологии подготовки сырья. Эти задачи на современном уровне развития техники вполне решаемы.

Литература

  1. Перспективы производства высококачественного окускованиого железорудного сырья / Ф.М. Журавлёв. В.В. Севернюк. В.П. Ля-люк V Виробництво чавуну на межі століть: Праці V Міжнародного конгресу доменників. -Дніпропетровськ: Пороги. 1999. - С. 86-89.
  2. Носков H.A. Роль брикетирования в проблеме утилизации мстхтлургических отходов // Теория и практика производства чугуна: Сб. трудов международ, конф. доменщиков. -Кривой Рог: КГТМК "Криворожстхть". 2004. -С. 591-594.
  3. Доменное производство: Справочное гада¬ние. В 2-х т. Т. 1. Подготовка руд и доменный процесс/ Под ред. Вегмана Е.Ф.-М.: Металлургия.-1989.-496 с.