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.
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.
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.
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.