ПРИАЗОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Русанов Роман Ігорович

УДК 669.162:662.785

УДОСКОНАЛЮВАННЯ ТЕХНОЛОГІЇ АГЛОМЕРАЦІЇ З МЕТОЮ

ПЕРЕРОБКИ ЗБАГАЧЕНОГО МАРТЕНІВСЬКОГО ШЛАКУ

Спеціальність 05.16.02 - “Металургія чорних металів”

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття вченого ступеня

кандидата технічних наук

Маріуполь - 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі “Металургія чорних металів” (МЧМ) Донбаського гірничо-металургійного інституту (ДГМІ), Міністерство освіти і науки України (м. Алчевськ).

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Петрушов Станіслав Миколайович, Донбаський гірничо-металургійний інститут, Міністерство освіти і науки України, професор кафедри МЧМ.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Ярошевський Станіслав Львович, Донецький національний технічний університет, Міністерство освіти і науки України, професор кафедри “Рудно-термічні процеси і маловідходні технології”

кандидат технічних наук Хлапонін Микола Семенович, Донецький інститут залізничного транспорту Української державної академії залізничного транспорту, Міністерство освіти і науки України, доцент кафедри “Менеджмент і маркетинг”

Провідна установа: Національна металургійна академія України, Міністерство освіти і науки України (м. Дніпропетровськ)

Захист відбудеться “_18_”__червня_____2004 р. у 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 12.052.01 Приазовського державного технічного університету за адресою: 87500, Донецька обл., м. Маріуполь, вул. Університетська, 7.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Приазовського державного технічного університету за адресою: 87500, Донецька обл., м. Маріуполь, вул. Анатова, 115.

Автореферат розісланий “_12_”__травня__2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

К 12.052.01 д.т.н., професор _______________ Маслов В.О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Чорна металургія України є однією з найважливіших галузей важкої промисловості і впливає на економіку країни. Для подальшого розвитку чорної металургії в сучасних умовах необхідно здійснювати технічне переозброєння підприємств і забезпечувати конкурентноздатність металопродукції на світовому ринку шляхом поліпшення її якості і впровадження ресурсо- і енергозберігаючих технологій.

У сформованих умовах однією з найважливіших задач є залучення в металургійне виробництво різних техногенних відходів. Значна частина цих відходів за довгі роки інтенсивної роботи нагромадилася безпосередньо на металургійних підприємствах у шлакових відвалах і шламовідстійниках.

Одним з таких відходів є мартенівський шлак, споживання якого в промисловості вкрай обмежено. Однак в останні роки рядом підприємств почата розробка його відвалів з виділенням чистого і зашлакованого металу, що є оборотним продуктом при виробництві чавуна і стали. При цьому шлак крупністю менше 10 мм залишається незатребуваним. Тим часом, при збагаченні цього шлаку може бути отриманий продукт, придатний для агломерації.

Дослідження металургійних властивостей цього продукту, оцінка його впливу на хід процесу спікання і показники агломерації і розробка технології виробництва агломерату з його введенням у шихту є актуальною задачею, рішення якої дозволить не тільки зменшити споживання природної залізорудної сировини, знизити собівартість агломерату, але і буде сприяти поліпшенню екологічної ситуації в металургійних районах.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота є результатом науково-дослідної роботи “Розвиток теоретичних основ технології аглодоменого виробництва з використанням вторинних ресурсів”, № держреєстрації 0101U003567, проведеної в Донбаському гірничо-металургійному інституті. Автор був виконавцем зазначеної роботи.

Метою і задачею роботи є теоретичне обґрунтування і розробка практичних рекомендацій ефективності використання збагаченого мартенівського шлаку як замінника природної залізорудної сировини шляхом розробки наукових визначень, методів, розрахункових методик і ресурсо-енергозберігаючей технології його використання при агломерації.

Об'єкт дослідження - технологія підготовки шихти до спікання агломерату і виробництво агломерату.

Предмет дослідження - збагачений мартенівський шлак крупністю до 10 мм і можливість його застосування при агломерації.

Методи дослідження. У ході виконання роботи були використані загальноприйняті і стандартні методики дослідження і визначення хімічних і фізичних характеристик матеріалів, методи планування експериментів і методи математичної статистики при обробці результатів експериментів.

Наукова новизна результатів роботи полягає в наступному:

1.

2.

3.

4.

Практичне значення отриманих результатів. На підставі проведених теоретичних розрахунків і в результаті промислових іспитів установлено, що продукт магнітного збагачення мартенівського шлаку є ефективною металовмісною добавкою в агломераційну шихту, що дозволяє, у залежності від способу його введення, заощаджувати природні залізовмісні матеріали в кількості 1-2 % від їхньої витрати на кожні 10 кг продукту, що вводиться. При використанні збагаченого мартенівського шлаку здійснюється розробка шлакових відвалів, які є техногенними родовищами, що впливає на екологічну ситуацію промислових регіонів.

Реалізація результатів роботи здійснена шляхом впровадження в агломераційному цеху ВАТ “Алчевський металургійний комбінат” (АМК) технології виробництва агломерату, що передбачає використання збагаченого мартенівського шлаку, причому його витрата доведена до 40 кг на тону агломерату (рекомендовано збільшення витрати до 80 кг на тону).

Загальний економічний ефект від упровадження технології за 2002 р. та десять місяців 2003 року склав 15,9 млн. грн. за рахунок економії концентрату й агломераційної руди. Середня витрата збагаченого мартенівського шлаку за цей час склала 26 кг/т агломерату.

Результати роботи передані Донбаському гірничо-металургійному інституту для використання при навчанні студентів за фахом “Аглодоменне виробництво” і ТОВ “Інтерпром”, що займається розробкою відвала мартенівського шлаку АМК.

Особистий внесок здобувача. Усі теоретичні й експериментальні дослідження виконані при особистій участі автора чи їм самостійно.

Апробація роботи. Основні положення роботи викладені у формі доповідей на наукових конференціях, семінарах, у тому числі на конференції “Екологія і безпека життєдіяльності - 2002” (м. Затока, Одеська область, 2002 р.), IX міжнародної конференції “Машинобудування і техносфера XXI століття” (м. Севастополь, 2002 р.) і 2-ий міжнародної науково-практичної конференції “Автоматизовані пічні агрегати й енергозберігаючі технології в металургії” (м. Москва, 2002 р.)

Публікації. За темою дисертації опубліковано десять наукових праць, а саме, шість статей, два нормативно-практичних видання і тези доповідей, що включені в два збірники матеріалів конференцій.

Обсяг і структура дисертації. Робота складається з уведення, шості розділів, висновків, переліку посилань (80 джерел) і п’яти додатків. Дисертація включає 135 сторінок машинописного тексту, 21 таблицю, 18 рисунків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

В першому розділі проаналізований досвід утилізації техногенних відходів чорної металургії, показана технологічна, економічна й екологічна доцільність переробки відвальних сталеплавильних шлаків.

Відвальні сталеплавильні шлаки є джерелом дефіцитної мінеральної сировини, вартість якої значно нижче в порівнянні з природній. Їхня переробка дозволяє зменшити потребу промисловості в природній сировині на довгі роки з усіма позитивними наслідками для збереження природи і навколишнього середовища й одержати готовий продукт із меншими витратами. При цьому також звільняються від відходів зайняті ними корисні площі земельних угідь, і ліквідується (чи зменшується) їхній шкідливий вплив на прилягаючі території, що особливо важливо для екологічно забруднених промислових районів.

За роки багаторічної роботи підприємств чорної металургії України через низький ступінь утилізації у відвалах накопичене близько 32 млн. т. сталеплавильного шлаку.

Переробка відвальних сталеплавильних шлаків може здійснюватися по різних схемах, опис яких дано в роботі. Найбільш перспективною є схема переробки з використанням мобільних установок, таких як установка фірми AMCOM LLC, експлуатована фірмою “Інтерпром” на відвалі мартенівського шлаку Алчевського металургійного комбінату з продуктивністю по вихідному шлаку - до 350 т/ годину.

При комплексній переробці відвального мартенівського шлаку з нього виділяється п'ять видів залізовмісного магнітного продукту (металовідходи збагачені сталеплавильні - МОС), що відповідно до затверджених технічних умов поставляються на комбінат, і класифікований по фракціях немагнітний продукт.

Продукти крупністю більш 60 мм (МОС-3, МОС-4 і МОС-5) характеризуються підвищеним вмістом металевого заліза, порівняно низкою зашлакованістю, у цілому відповідають вимогам сталеплавильників і використовуються як скрап, металобрухт і присадка при виробництві стали. Продукт МОС-2 крупністю 10-60 мм використовується як металізована добавка в доменній плавці.

Дрібний продукт МОС-1 крупністю до 10 мм може застосовуватися при агломерації, але донедавна він залишався незатребуваним, у зв'язку з відсутністю достовірних даних про хімічний склад і фізичні властивості матеріалу, їхніх коливаннях, а також малим досвідом використання при агломерації залізних руд мартенівського шлаку, що містить металеве залізо, як в Україні, так і за кордоном.

У зв'язку з цим у роботі поставлені і вирішені задачі визначення металургійної цінності продукту магнітного збагачення мартенівського шлаку для використання його при агломерації, а також дослідження впливу добавки цього продукту на процес спікання агломерату і його якість.

У другому розділі автор подає перелік питань, вирішенню яких присвячено роботу та опис методик, що застосовувались їм при проведенні теоретичних та практичних досліджень.

Відсутність методик проведення достовірного хімічного аналізу шлаку, що містить металеве залізо, не дозволяло повною мірою оцінити ні його хімсклад, ні коливання основних компонентів у ньому, ні його фізичні властивості, що значною мірою визначають доцільність використання збагаченого шлаку при агломерації.

Для визначення вмісту металевого заліза в шлаку автором розроблена методика, заснована на визначенні щільності шлаку в цілому сшл, його неметалічної складовий снемет і щільності металу смет. Після визначення зазначених щільностей пікнометричним методом, вміст металу в пробі розраховувався по формулі:

, % (1)

Крім того, тут описані методики визначення впливу добавки МОС-1 на процес обгрудкування шихти, проведення експериментальних спікань агломерату та визначення його тривкості.

У третьому розділі представлені результати визначення властивостей продукту МОС-1 і його металургійної цінності.

Хімічний склад неметалічної складової шлаку визначали за стандартною методикою в заводській лабораторії. Склад продукту МОС-1 на всю його масу перераховувався шляхом перемножування вмісту кожного компонента в неметалічної складової шлаку на коефіцієнт k = (100-Feмет) / 100. Загальний вміст заліза в пробі розраховувалося по формулі:

, % (2)

Середній вміст основних компонентів, діапазон їх зміни і стандартне відхилення від середнього вмісту в пробах приведені в таблиці 1.

Крім зазначених компонентів у МОС-1 міститься до 3 % Al2O3 і до 0,5 % MnО.

Як видно з приведених даних на виході з установки продукт МОС-1 украй неоднорідний по хімічному складі. Однак ця неоднорідність значно знижується в процесі перевантажень матеріалу і його складування на рудному дворі доменного цеху.

Таблиця 1

Вміст основних компонентів у продукті МОС-1

Вміст | Feмет | Feобщ | FeO | Fe2O3 | MgO | SiО2 | CaО | Основність.

Середнє | 39,33 | 58,03 | 11,95 | 13,44 | 5,90 | 9,06 | 9,61 | 1,13

Мінімальне | 18,97 | 39,63 | 6,76 | 4,06 | 3,90 | 5,55 | 5,73 | 0,49

Максимальне | 59,76 | 69,74 | 18,77 | 26,19 | 9,48 | 16,85 | 15,75 | 1,98

СКО | 9,03 | 5,90 | 2,85 | 6,23 | 1,06 | 2,23 | 2,14 | 0,36

Кореляційним аналізом встановлені взаємозв'язки між вмістом окремих компонентів у МОС-1. Найбільш значимі зв'язки спостерігаються між Feобщ із Feмет (коефіцієнт парної кореляції R = + 0,873), Feмет з Fe2O3, MgО і SiО2 (R дорівнює - 0,724, - 0,843 і - 0,779 відповідно), Feобщ із MgО і SiО2 (R дорівнює - 0,876 і - 0,759 відповідно), Fe2O3 з MgО, SiО2 і СаО (R дорівнює + 0,511, + 0,578 і - 0,505 відповідно), MgО з SiО2 (R = + 0,731).

Порівняльна оцінка хімічного складу МОС-1 зі складом залізорудного концентрату й агломераційної руди проведена по двох показниках, - за коефіцієнтом виходу заліза з 100 кг матеріалу в розрахунку на 100 кг агломерату о і кількості “вільного” СаО в матеріалі RO, що розраховувалися по формулах:

(3)

(4)

Порівняння по цих характеристиках хімічних складів концентрату, аглоруди і продукту МОС-1 показало, що він має вихід заліза з 100 кг майже на 1,8 кг вище, ніж аглоруда, при меншому недоліку “вільного” СаО і тому є її ефективним замінником.

У процесі підготовки проб до хімічного аналізу визначені основні фізичні властивості продукту МОС-1.

Середній вміст вологи в МОС-1 склав 3,7 %, а насипна щільність сухого продукту за результатами вимірів у середньому дорівнялась 1,930 г/см 3, змінюючись від 1,436 до 2,319 г/см 3. Насипна щільність матеріалу тим вище, чим він крупніше і чим більше в ньому міститься Feмет, Feобщ.

Середній розмір шматків МОС-1 дорівнює 3,8 мм, у той час як аглоруди - 3,7 мм, а повернення - близько 4,5 мм. При цьому продукт МОС-1 більш однорідний по крупності. Коефіцієнт варіації розміру шматків МОС-1 у середньому дорівнює 0,74 (межі зміни від 0,19 до 1,03), а для аглоруди і повернення його значення звичайно близько 1,3.

У процесах збагачення крупність і однорідність матеріалу багато в чому визначають ефективність процесу і якість одержуваного продукту. У зв'язку з цим у роботі розглянуто взаємозв'язок вмісту в продукті МОС-1 окремих фракцій зі вмістом у ньому основних хімічних компонентів. На підставі результатів кореляційного аналізу встановлено, що вміст великих фракцій розміром більш 4,5 мм і дрібних фракцій крупністю до 2 мм у значній мірі визначають вміст і загального, і металевого заліза в продукті МОС-1. При цьому, чим менше в матеріалі міститься фракції розміром < 2 мм, тим вище в ньому вміст заліза (цей взаємозв'язок характеризується коефіцієнтом кореляції близьким до - 0,7). Взаємозв'язок вмісту великих фракцій і вмісту заліза позитивний (коефіцієнт кореляції для цього зв'язку біля + 0,5).

Зі вмістом дрібних фракцій досить тісно коррелированно вміст таких компонентів як Fe2O3, MgО і SiО2 (коефіцієнти кореляції від + 0,4 до + 0,8).

Вміст СаО в продукті слабо взаємозалежить від його гранулометричного складу, і очевидно розподілено більш-менш рівномірно між усіма фракціями.

У цілому, проведений аналіз показує, що і по фізичних властивостях продукт МОС-1 може розглядатися як ефективний замінник аглоруди при агломерації.

Після вивчення металургійних властивостей продукту МОС-1 розглянуті можливі шляхи його поліпшення і зроблена економічна оцінка одержуваних при цьому результатів.

В четвертому розділі приведені результати теоретичного дослідження впливу добавки продукту МОС-1 в аглошихту на процеси при агломерації.

Насамперед, досліджений вплив добавки МОС-1 у шихту на процес її обгрудкування.

У середньому в продукті МОС-1 міститься до 15 % фракцій, що грудкуються (<0,4 мм) і більш 65 %, що є центрами грудкування (>1,6 мм). В агломераційній руді цих фракцій звичайно до 20 і більш 48 % відповідно. Звідси випливає, що при введенні в шихту продукту МОС-1 у ній збільшується кількість центрів обгрудкування. При цьому також знижується кількість проміжної фракції розміром 0,4-1,6 мм, що не бере участь в обгрудкуванні.

Для оцінки впливу добавки в шихту продукту МОС-1 на крупність і однорідність обгрудкованої шихти, по трохи зміненій методиці В.І. Коротича, розраховано ситовий склад шихти після її обгрудкування при різній частці продукту. У результаті встановлено, що при введенні в шихту продукту МОС-1 крупність обгрудкованої шихти за інших рівних умов зростає пропорційно частці МОС-1 у шихті:

(4)

тут: - середній розмір шматків обгрудкованої і вихідної шихти відповідно, мм; - частка концентрату і МОС-1 у залізорудній частині шихти відповідно.

У той же час введення в шихту МОС-1 значно впливає на однорідність обгрудкованої шихти. В усіх розглянутих випадках коефіцієнт варіації розміру шматків шихти після її обгрудкування був приблизно в 1,7 рази менше в порівнянні з його значенням для шихти без МОС-1 (рис. 1).

Рис. 1. Графік залежності зміни середнього діаметру шихти при її обгрудкуванні від складу залізорудної частини. 1 - співвідношення концентрат - аглоруда 80 - 20; 2 - співвідношення концентрат - аглоруда 70 - 30; 3 - співвідношення концентрат - аглоруда 60 - 40.

Встановлені в результаті теоретичного аналізу закономірності добре погодяться з експериментальними даними. Введення в шихту продукту МОС-1 дозволяє одержати більш велику обгрудковану шихту, що забезпечує гарну газопроникність шару шихти на агломераційній машині.

Теоретично досліджено вплив витрати МОС-1 на металургійні властивості агломерату при різних варіантах уведення продукту в агломераційну шихту.

По першому варіанті продукт збагачення мартенівського шлаку розглядається як металовмісна добавка, при цьому співвідношення між витратами агломераційної руди і концентрату залишається без зміни.

По другому варіанті МОС-1 розглядається як продукт - еквівалентний замінник агломераційної руди. При цьому аглоруда цілком заміняється МОСом, а питома витрата концентрату залишається незмінна.

Продукт МОС-1 по третьому варіанті може також вводитися при збереженні співвідношення між всіма іншими матеріалами, що входять до складу агломераційної шихти. У цьому випадку відбувається зміна питомої витрати всіх компонентів шихти пропорційно збільшенню витрати продукту МОС-1.

Економія матеріалів (кг) і зміна вмісту заліза в агломераті в розрахунку на кожні 10 кг доданого продукту МОС-1 середнього хімічного складу при основності агломерату 1,25 у залежності від варіанта його введення в шихту подано у таблиці 2.

За результатами хімічного аналізу МОС-1 зроблена наближена оцінка впливу коливань хімічного складу продукту на неоднорідність агломерату по вмісту заліза й основності при усіх варіантах уведення шлаку в шихту.

Як критерій неоднорідності використовувалося середньоквадратичне відхилення (СКО) розраховане за стандартною методикою.

Для перших двох варіантів уведення продукту МОС-1 у шихту СКО вмісту заліза в агломераті майже в 1,5 рази вище, ніж при використанні МОС по третьому варіанті (рис. 2).

СКО основності при введенні в шихту МОС-1 по третьому варіанті в залежності від його витрати дорівнює 0,01-0,02, і не може привести до одержання браку по основності.

У реальних умовах, коли склад усіх шихтових матеріалів не стабільний, очевидно, варто очікувати, що коливання хімічного складу МОС-1 при його невеликих витратах практичного впливу на якість агломерату робити не будуть.

Металеве залізо, що потрапляє в шихту з продуктом МОС-1, окислюється, що приводить до збільшення виходу агломерату із шихти на масу приєднаного кисню і зміні його хімічного складу.

Таблиця 2

Економія матеріалів (кг) і зміна вмісту заліза в агломераті

Варіант | Концентрат | Аглоруда | Флюсова суміш | ДFeагломерата

I | 8,3 | 2,3 | 3,0 | - 0,05 %

II | - | 9,3 | 4,4 | + 0,05 %

Ш | Пропорційно виходу агломерату з МОС | - 0,03 %

Рис. 2. Зміна СКО вмісту Fe в агломераті в залежності від витрати МОС-1 в шихту.

При ступені окислювання металевого заліза о до Fe3O4 вихід е агломерату з 1 кг продукту МОС-1 визначається залежністю:

(5)

Складове 0,386?Feмет у рівнянні (5) враховує, що 90 % металевого заліза МОС-1 окислюється до Fe2O3.

Зміни вмісту Fe в агломераті і його основності при добавці МОС-1 у шихту описуються рівняннями:

(6)

(7)

де gi, Fei і еi - витрата i-го матеріалу, кг/т агломерату, загальний вміст у ньому заліза (частка) і вихід агломерату з цього матеріалу відповідно.

Відповідно до рівняння (6) ріст вмісту Fe в агломераті буде спостерігатися за умови: Feм>(Feш·ем)/еш. В умовах АМК ріст вмісту заліза в агломераті спостерігається при його вмісті в МОС-1 рівному 56-59 %.

З аналізу реакцій окислювання заліза і його оксидів установлено, що в зонах охолодження агломерату й інтенсивного нагрівання шихти маються умови для окислювання металевого заліза, - фактичний парціальний тиск кисню в цих зонах набагато вище рівноважного для реакцій окислювання металевого заліза і його нижчих оксидів. Крім того, контакт металевого заліза зі шлакоутворюючими матеріалами при агломерації приводить до утворення таких легкоплавких мінералів, як Fe2O3·CaО, FeО·CaО і FeО·SiО2. Наявність цих мінералів уможливлює утворення рідкої фази вже при температурах 1000-12000С. У результаті цього в шарі шихти, що спікається утворюється розплав, який сприяє прискоренню процесу окислювання металевого заліза.

Факт практично повного окислювання металевого заліза (ступінь окислювання 98-99 %) при його введенні в агломераційну шихту підтверджений у результаті спеціально проведених досліджень. При їхньому проведенні під час завантаження шихти в установку, на рівномірно розташованих по висоті шару обріях із кроком 20 мм, укладалися металеві зразки різної форми і питомої поверхні крупністю до 10 мм. Положення зразків фіксувалося за допомогою ніхромового дроту, кінці якого з бирками, що визначали місце розташування зразка, були виведені вище шару, що спікався. В усіх випадках, крім тих, коли зразки були зроблені з легованої сталі, зразки окислилися цілком. Ніхромовий дріт у місцях контакту з залізом розплавився, що з'явилося наслідком впливу на нього високої температури в локальних зонах окислювання металевого заліза.

Крім того, умови для окислювання металевого заліза маються також і в зоні запалювання шихти: металеве залізо верхнього шару окисляються по екзотермічній реакції: 3/2Fe+O2=1/2Fe3O4. Розрахунком установлено, що при введенні в агломераційну шихту 10 кг продукту МОС-1 середнього хімскладу температура шару зони запалювання підвищується на 18 0С.

У цілому з проведеного аналізу випливає, що металеве залізо, що міститься в шихті, окислюється двічі. Без обліку окислювання заліза в період запалювання шихти спочатку воно окислюється в зоні сушіння і підігріву шихти до Fe3O4, а потім після відновлення в зоні горіння до FeО, повторно окисляється в зоні охолодження аглоспеку і підігріву повітря до Fe3O4 і Fe2O3. У результаті відбувається розширення високотемпературної зони.

Підвищення температури в зоні охолодження агломерату зменшує швидкість охолодження агломерату, що приводить до зниження кількості склоподібної фази у верхніх шарах і підвищенню міцності агломерату.

У результаті послідовних окислювально-відновних реакцій 1 кг металевого заліза, агломеруємий шар одержує таку кількість тепла, що виділяється при згорянні 0,25 кг коксику. Економія палива при введенні в шихту 1 кг продукту МОС-1 може складати 0,12-0,15 кг.

В п’ятому розділі приведені результати дослідження процесу спікання агломерату в лабораторних умовах із шихти, що містить МОС-1.

Спікалися шихти, залізорудна частина яких складалася з концентрату (80 %) і суміші агломераційної руди і продукту МОС-1 (частка МОС-1 у суміші з аглорудою змінювалася від 0 до 100 % із кроком 25 %). Витрата палива в шихту була постійною для всіх спікань, а витрата вапняку коректувалася для кожного варіанта складу шихти на підставі розрахунків для одержання основності готового продукту рівної 1,25.

При спіканні визначалися втрата маси шихти, усадка шару, швидкість спікання і зміна температур у центральній частині шару на трьох обріях, розташованих із кроком 75 мм починаючи від колосникових ґрат.

Міцність отриманих агломератів визначалася по спеціально розробленій при особистій участі автора методиці, заснованої на закономірностях зміни ситового складу матеріалу при його дробленні. Необхідність розробки такої методики була викликана тим, що застосування стандартної методики для оцінки порочності малої кількості матеріалу або неприйнятно, або не дає достовірного результату.

Заміна агломераційної руди продуктом МОС-1 у розглянутих межах на процес спікання і якість агломерату негативного впливу не робить. Навпроти, агломерат спікається краще, і його міцносні характеристики поліпшуються. Так, при повній заміні аглоруди збагаченим мартенівським шлаком час сушіння і нагрівання шихти скоротився на 1,0-1,2 хв., час горіння палива - на 0,24 хв. Зона горіння при цьому розширилася на 9,7 мм, а максимальна температура в ній підвищилася на 140оС. Довжина зони з температурою більш 10000С збільшилася на 28 мм. Швидкість спікання в цілому зросла на 2,6 мм/хв. Вміст фракції +10 мм в агломераті збільшився на 1,4 %. По ситовому складі отриманий агломерат став більш однорідний, а його середня крупність зросла на 1,1 мм. Показник міцності агломерату при його дробленні збільшився в 1,2 рази.

Присутність у шихті металевого заліза приводить до зміни теплового рівня процесу агломерації. У зв'язку з цим, у роботі вивчений вплив витрати палива на процес спікання шихти при повній заміні аглоруди продуктом МОС-1.

Вміст вуглецю в шихті цієї серії досліджень змінювався в межах 1,7-8,5 %.

У результаті проведених спікань установлено, що залежність швидкості спікання від вмісту вуглецю в шихті Сш має екстремальний характер. При цьому максимальна швидкість спікання спостерігається при Сш = 3,4-4,0 %. Вихід агломерату крупністю більш 10 мм при Сш 3,4 % практично однаковий і знаходиться на рівні 80 %. При Сш < 3,4 % вихід фракції + 10 мм різко знижується на 15-20 %, і по крупності агломерат стає дрібнішим і неоднорідним. Міцність агломерату крупністю більш 10 мм у міру збільшення витрати палива зменшується.

Міцність агломерату значною мірою визначається його хімічним складом. Кореляційним аналізом установлено, що міцність агломерату тим вище, ніж у ньому більше міститься CaО, MgО і Fe2O3 і менше SiО2, FeО і Al2O3.

Для умов спікань шихт із МОС-1 рівняння залежності FeО в агломераті від вмісту вуглецю в шихті й основності агломерату має вид:

, % (8)

Взаємозв'язок вмісту FeО в агломераті зі вмістом вуглецю в шихті й основністю агломерату характеризується парними коефіцієнтами кореляції рівними 0,982 і -0,957 відповідно. Множинний коефіцієнт кореляції, що характеризує взаємозв'язок FeО агломерату з обома величинами дорівнює 0,984.

Відповідно до рівняння (8) при добавці МОС-1 приріст вмісту FeО в агломераті в умовах дослідження описується рівнянням:

, % (9)

При спіканні агломерату із шихти без добавки МОС-1 рівняння приросту вмісту FeО в агломераті в залежності від вмісту вуглецю в шихті має вид:

, % (10)

Приріст вмісту FeО агломерату за рахунок окислювання металевого заліза при введенні МОС-1 в умовах досліджень у залежності від вмісту вуглецю апроксимується вираженням:

, % (11)

В умовах досліджень у шихті містилося близько 5,8 % металевого заліза в перерахуванні на 100 кг агломерату. З огляду на залежність приросту вмісту FeО в агломераті при введенні МОС-1 у шихту від вмісту вуглецю в шихті, ступінь окислювання металевого заліза до FeО прямо пропорційна кількості вуглецю в шихті, і описується рівнянням:

, (12)

З аналізу рівняння (12) випливає, що навіть при високій витраті палива металеве залізо в остаточному підсумку окисляється в основному до Fe3O4 і Fe2O3. Ступінь окислювання металевого заліза до FeО у реальних умовах спікання й у залежності від складу шихти складає не більш 20-25 %.

У цілому проведені спікання й аналітичні розрахунки показують, що при введенні в шихту продукту МОС-1 витрата палива на агломерацію може бути знижена. За умови збереження теплового рівня процесу таким же, як і при спіканні звичайних шихт економія палива складає 1,2-1,5 кг на 10 кілограм введеного в шихту продукту МОС-1. В умовах АМК при реальних витратах продукту МОС-1 варто очікувати, що якісний агломерат буде виходити при вмісті вуглецю в шихті рівному 3,0-3,2 %.

В шостому розділі приведені результати впровадження розробленої технології агломерації з використанням в аглошихті збагаченого мартенівського шлаку в ВАТ АМК і зроблена економічна оцінка доцільності різних варіантів цієї технології.

В даний час в агломераційному цеху Алчевського металургійного комбінату робиться введення в аглошихту продукту МОС-1 у якості самостійної добавки при збереженні співвідношення між усіма її компонентами.

За 2002 р. та січень - жовтень 2003 р. цехом зроблено 7,7 млн. тон агломерату, при середній витраті продукту МОС-1 у шихту рівній 26 кг/т агломерату. Середньомісячна питома витрата МОС-1 змінювалася від 13 до 34 кг/т агломерату, а в окрему добу доходила до 50-60 кг.

У результаті деяких труднощів, постачання шихтових матеріалів в агломераційний цех нестабільне і їхній запас на рудному дворі не забезпечує нормального усереднення штабеля концентрату, у який вводиться МОС-1.

Але навіть у сформованій ситуації аналіз виробничих даних показує, що в результаті збільшення витрати МОС-1 при практично однакових витратах всіх інших компонентів в аглошихті, виробництво агломерату росте. У розглянутий період продуктивність аглоцеху значною мірою визначалася витратою МОС-1. Взаємозв'язок продуктивності з витратою МОС-1 характеризується коефіцієнтом парної кореляції 0,532. Приблизно такий же зв'язок спостерігається між продуктивністю і витратою колошникового пилу (коефіцієнт кореляції 0,53). Вплив витрат інших матеріалів, крім концентрату, на зміну продуктивності набагато менше.

Ріст питомої продуктивності в розрахунку на одну годину фактичної роботи агломашини в розглянутий період складав 0,027 т/м2·г на 1 % введеного в шихту збагаченого мартенівського шлаку (рис. 3).

Для оцінки впливу витрати МОС-1 в аглошихту на хімічний склад і якість агломерату була проаналізована зміна вмісту в ньому основних компонентів у квітні та жовтні 2002 року, коли добавка МОС-1 була мінімальною (13 кг/т) і максимальною (34 кг/т).

Проводити кількісну оцінку впливу добавки МОС-1 на хімічний склад і однорідність агломерату в умовах неритмічності постачань шихтових матеріалів при значних коливаннях складу некоректно. Проте, аналіз виробничих даних показує, що чим більше вводиться продукту МОС-1 у шихту, тим більше однорідний агломерат. Очевидно, це зв'язано з тим, що при збільшенні витрати МОС-1 він в обсязі штабеля концентрату розподіляється більш рівномірно, і коливання його витрати в шихту знижуються.

По виробничим даним при збільшенні витрати збагаченого мартенівського шлаку в аглошихту на 21 кг/т агломерату вміст заліза в агломераті збільшилося майже на 0,5 %, а його основність не змінилася. Агломерат став більш однорідний (середньоквадратичне відхилення вмісту заліза в агломераті знизилося на 0,43 %).

Вплив добавки МОС-1 у шихту на питому витрату палива установити не удалося, тому що склад паливної суміші (коксовий дріб'язок і антрацитовий штиб) у цеху навіть у межах доби сильно змінюється аж до 100 % вмісту в суміші одного з видів палива. Крім того, антрацитовий штиб поставляється в цех декількома постачальниками, має низька якість (підвищена зольність і високий вихід летучих речовин).

Рис. 3. Залежність виробництва агломерату в аглоцеху ВАТ АМК від добавки МОС-1 у шихту.

Розрахунок економічного ефекту від застосування добавки МОС-1 зроблений по балансі заліза і СаО в шихті й агломераті. У результаті балансу встановлено, що за 2002 р. та 10 місяців 2003 р. з МОС-1 отримано 207 тис. т. агломерату. Собівартість цього агломерату при існуючих цінах близько 37 грн. Загальний економічний ефект виробництва агломерату із шихти, що містить МОС-1 за2002 р. та січень - жовтень 2003 р. склав 15,9 млн. грн.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі приведено теоретичне узагальнення і принципово нове рішення актуальної наукової задачі агломераційного виробництва - одержання агломерату стабільного хімічного складу і низкою собівартості, що володіє підвищеною міцністю, на підставі визначення впливу нового компоненту - продукту магнітного збагачення мартенівського шлаку крупністю до 10 мм (МОС-1) - на процеси, що відбуваються при агломерації і формування складу готового продукту.

1.

2.

3.

4.

5.

6.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В РОБОТАХ

1.

(Особистий внесок здобувача: автором проведений літературний огляд, сформульовані загальні висновки,)

2.

(Особистий внесок здобувача: автором визначені взаємозв'язки змісту компонентів у продукті МОС-1).

3.

(Особистий внесок здобувача: автор зробив розрахунки шихти для агломерації, хімічного складу готового агломерату).

4.

(Особистий внесок здобувача: автор зробив розрахунки шихти для аглопроцесу при різній крупності продукту).

5.

(Особистий внесок здобувача: автор зробив розрахунки показника міцності, обробив результати дослідження).

6.

(Особистий внесок здобувача: автор здійснив планування і проведення експериментів по визначенню впливу добавки збагаченого мартенівського шлаку на тепловий рівень агломерації).

7.

(Особистий внесок здобувача: автор провів літературно-патентний огляд, сформулював висновки).

8.

(Особистий внесок здобувача: при участі автора визначено вміст компонентів у продукті МОС-1).

9.

(Особистий внесок здобувача: автор здійснив планування і проведення опитних спіканнь агломерату