Сравнение металлургических свойств агломерата и окатышей
Эффективность проплавки агломерата и окатышей зависит от их качества. Средние показатели качества агломерата (числитель) и окатышей (знаменатель) по фабрикам окускования России за 1985 г. приведены ниже:
Содержание железа, % 52,00/61,38
СаО : SiO2 1,28/0,39
Содержание мелочи «5 мм), %:
в скиповом агломерате 15,6/—
в окатышах при отгрузке —/3,66
Удельная производительность, т/(м2-ч) 1,21/0,91
Расход условного топлива, кг/т —/33,9
Затраты на передел, руб/т 3,02/5,16
Себестоимость, руб/т 18,96/18,67
Основным преимуществом окатышей является их прочность в холодном состоянии, позволяющая транспортировать окатыши на большие расстояния. Поэтому в окатышах, загружаемых в доменную печь, содержится меньше мелочи, чем в агломерате. Значительно выше в окатышах и содержание железа. Однако меньшая окисленность и большее количество связки в агломерате обеспечивают его более высокую прочность при восстановлении. Агломерат по сравнению с окатышами дает меньше мелочи при восстановлении в доменной печи. Таким образом, содержание мелочи в шахте печи при проплавке агломерата и окатышей выравнивается. Однако эффективность плавки на окатышах несколько снижается из-за того, что при их восстановлении образуется большее по сравнению с агломератом количество пылеватой фракции, затрудняющей процессы в шахте печи. Поэтому более высокое содержание в окатышах железа используется в печи менее эффективно, чем можно было ожидать. Повышение содержания железа в окатышах на 1 % приводит к росту производительности и снижению расхода кокса на 1—1,5 % вместо 1,5— 2,5 % при проплавке агломерата.
Восстановимость окатышей по сравнению с агломератом выше, а содержание серы при равной основности больше.
Производство металлизованных окатышей
Металлизованные материалы можно использовать следующим образом.
При обогащении бедных, комплексных и труднообогатимых руд. В этом случае целесообразно восстановить до металла и далее извлечь в концентрат (например, магнитной сепарацией) максимальную долю железа. Для этого процесса необходима максимально возможная степень металлизации.
Для применения металлизованных материалов в сталеплавильном производстве, исключая доменную плавку. Для этого процесса необходимы максимальная степень металлизации, а также использование чистых по вредным примесям и богатых (не более 5 % пустой породы) железорудных концентратов.
Для переплавки в доменной печи. Последнее направление представляется весьма перспективным, поскольку в данном случае могут быть использованы рядовые шихтсвые материалы, а эффективность использования металлизованных окатышей в доменной печи весьма высока. Согласно теоретическим расчетам и опытным данным при степени металлизации доменной шихты до 50—60 % каждые 10 % металлизации обеспечивают снижение расхода кокса на 4—6 % и прирост производительности на 5—7 %. При получении частично восстановленной шихты важна не общая степень восстановления, обычно оцениваемая отношением количества отнятого при восстановлении шихты кислорода к его первоначальному количеству, а степень металлизации — отношение металлического железа ко всему железу шихты. С этой точки зрения термин «металлизованная шихта» более предпочтителен, чем «частично восстановленная шихта».
В настоящее время существуют две возможности производства металлизованных окатышей:
металлизация обожженных окисленных окатышей;
совмещение упрочнения и восстановления в одном технологическом процессе.
Последнее направление представляется более экономичным и более перспективным, однако его технологическое воплощение связано с рядом трудностей.
В качестве восстановителя применяют газ (чаще всего продукты конверсии природного газа), твердое топливо (коксовая мелочь, антрацит, буроугольный полукокс и др.) или их смесь.
Для получения металлизованных материалов применяют известные в промышленности агрегаты — конвейерную машину, шахтную печь и комбинированную установку. До настоящего времени нет достаточной ясности о преимуществах этих агрегатов, так как отсутствует практический опыт. Следует ожидать, что использование указанных конструкций связано с типом технологического процесса.
Процессы восстановления в доменной печи
Основными восстановителями в доменном процессе являются углерод, монооксид углерода и водород. Элементы, попадающие с шихтой в доменную печь, в зависимости от их превращений в условиях доменной плавки можно разделить на практически полностью восстанавливающиеся (Fe, Ni, Co, Pb, Си, Р, Zn и др.); частично восстанавливающиеся (Si, Mn, Cr, V, Ti и др.); не претерпевающие восстановления (Са, Mg, Al, Ba и др.).
Процесс восстановления железа из оксидов согласно принципу А. А. Байкова о последовательности превращений протекает ступенчато путем перехода от высших оксидов к низшим по схеме: Fe2O3 -> Fe3O4 -+ FeO -> Fe (выше 570 °C) или Fe2O3 - Fe3O4 -> -> Fe (ниже 570 °C). При этом в соответствии с диаграммой Fe—О в системе наряду с низшими оксидами и металлом возникает ряд твердых растворов.
В зависимости от вида газообразного продукта восстановления (в доменной печи) различают прямое и непрямое (косвенное) восстановление. В первом случае продуктом является СО, а во втором —СО2 или Н2О.