Деловой центр Альянс. Прайс-лист и Тех. информация
Ферросплавы
Графитированные электроды, графит
Комплексные модификаторы и лигатуры

Обжиг хромовой руды в шахтной печи


А.А.Миронов, Н.В.Федоренко, С.Н. Дегтянников

Термическая подготовка шахты является одним из наиболее перспективных направлений улучшения использования сырья, топлива и электроэнергии в черной металлургии. Анализ зарубежной практики и промышленных испытаний в России показывает высокую эффективность предварительного нагрева шихты при выплавке феррохрома [1,2].

При обжиге кусковой хромовой руды фракции 20-80 мм в трубчатой вращающейся печи установлено, что за счет истирания дополнительно образуется 25 % мелочи фракции < 20 мм, а пылеунос с отходящими газами составил 12,7 % от загружаемой массы хромовой руды [3]. В связи с этим возникла необходимость проверить поведение хромовой руды при обжиге в шахтной печи и оценить возможность ее применения для термоподготовки шихты.

Шахтные печи по сравнению с трубчатыми вращающимися печами имеют большую удельную производительность (на порядок выше), более высокий термический КПД (который достигает 80 % против 50 % для трубчатых печей), меньший вынос мелкие частиц и значительно меньшие капитальные затраты.

В крупнолабораторных опытах изучено влияние окислительно- восстановительной атмосферы и температуры обжига руды на ее прочность. Для исследований были отобраны пробы хромовых руд различной вкрапленности и типов цементирующей связки. Содержание в руде колебалось от 35 до 55 %. Для опытов отбирали пробы массой 15 кг фракции 10-60 мм (по 5 кг фракций 10-20, 20-40 и 40-60 мм) и тщательно перемешивали. Пробы хромовой руды обжигали в камерной высокотемпературной электропечи ССН0-3.45.2Д5, имеющей внутренние размеры 300 x 450 x 200 мм и нагреватели из дисилицида молибдена. При обжиге в восстановительной атмосфере навеску руды смешивали с 3,65 кг кокса фракции 10-20 мм (навеска кокса соответствует шихте с 7 % избытка восстановителя). Для изоляции от воздуха слой руды засыпали слоем кокса, а неплотности печи заделывали электродным боем. Режим обжига всех проб в окислительной и восстановительной атмосфере был одинаков: нагрев до 1000, 1100, 1200 или 1300 ° С ва 3-3,5 ч, один час выдержки и охлаждение вместе с печью со скоростью ~ 0,7 °С /мин.

После охлаждения руду рассеивали на ситах с ячейками 10,20,40, 60 мм. При этом в пробах, обожженных в восстановительных условиях, перед рассевом вручную отделяли кокс от руды.

Как видно из рис.1, только в результате нагрева до I000-I300 °С (без механического воздействия на пробы руды) при окислительном обжиге образуется в среднем 3,43 % фракции 0-10 мм, а при восстановительном в два раза больше - 5,60 %. Увеличение температуры обжига от 1000 до 1300 °С не оказывает значительного влияния на разрушение кусков руды.

Рисунок1

Рис.1. Влияние атмосферы и температуры обжига на выход фракции < 10 мм:
1,3- обжиг в окислительной атмосфере;
2,4 - обжиг в восстановительной атмосфере;
1,2 - выход фракции <10 мм после обжига;
3,4- выход фракции 410 мм после обжига и испытания в барабане

Рисунок2

Рис.2. Изменение фракционного состава хромовой руды после испытания в барабане:
5 - сырая руда;
2,4 - обожженная в окислительной атмосфере 11000 С);
1,3 - обожженная в восстановительной атмосфере (1000 С);

1,2 - до барабана;
3,4,5 - после барабана

Механическую прочность исходной и обожженной руды оценивали по выходу мелочи после испытания образцов во вращающемся барабане. Испытания проводили одновременно на удар и истирание в барабане диаметром 0,5 м и длиной 1,58 м, имеющем на внутренней поверхности продольные полочки из уголков высотой 23 мм. Скорость вращения барабана 20 об. /мин., время вращения 15 мин. Перед испытанием из проб обожженной руды отсеивали фракцию &< 10 мм.

После испытания в барабане (рис. 2) выход фракции < 10 мм в необожженной руде составил. 37,4 %, в руде, обожженной в восстановительной атмосфере, - 54,0 %, а в окислительной - 32,5 %. Следовательно, хромовая руда при обжиге в окислительной среде не снижает прочностные свойства, а обжиг в восстановительной атмосфере значительно увеличивает выход мелочи.

В низкошахтных рудовосстановительных электропечах, применяемых в настоящее время для выплавки углеродистого и передельного феррохрома, по мере схода шихтовых материалов происходит - их постепенный нагрев, как и в шахтных обжиговых печах. В связи с этим исследование ванны промышленной электропечи дает возможность получить необходимые предварительные данные о поведении кусковой хромовой руды при обжиге шахтным способом. С целью получения этих данных была проведена локальная раскопка ванны промышленной электропечи мощностью трансформатора 13,5 MB.А во время остановки ее на средний ремонт. Печь остановили без проплавления ванны, только с дачей кокса под электроды. Раскопку начали через 3 ч после отключения печи на расстоянии I м от электрода. Отобрано всего 7 проб до глубины 850 мм. В пробах вручную отделяли кусочки руды крупностью <10 мм от остальных шихтовых материалов. Отсортированную таким образом хромовую руду рассевали на фракции 10-30, 30-60, <60 мм. Гранулометрический состав проб (%) приведен в табл. 1.

Таблица 1
Глубина , мм.Крупность фракции, мм.
10-3030-60>60
0-25039,955,84,3
250-40046,046,87,2
400-50049,742,77,6
500-65042,643,214,2
650-75047,752,2-
750-80069,630,4-
800-85085,814,2-

Как видно из табл. 1, до глубины 750 мм существенного разрушения руды не происходит, и лишь на уровне 750-800 мм резко возрастает количество фракции 10-30 мм и снижается доля фракции 30-60 мм.

Для проверки полученных результатов, а также для замеров температуры по глубине ванны были проведены опыты по подогреву хромовой руды в специальном "стакане", который устанавливался на колошник печи и погружался вместе с шихтой. "Стакан" представлял собой стальную трубу диаметром 220 мм и длиной 1000 мм с толщиной стенок 10 мм.. По всей поверхности стакан имел отверстия диаметром 5 мм через каждые 15-20 мм для обеспечения контакта шихты с печными газами. На внешней поверхности через каждые 100 мм по высоте были нанесены полосы известью для наблюдения за глубиной погружения в шихту. Перед загрузкой шихты в "стакане" устанавливали специальную термопару.

Шахта состояла из пяти колош одинакового состава: 6 кг хромовой руды фракции 10-40 мм и 1,46 кг кокса фракции 5-20 мм (из расчета 7 % избытка восстановителя). Навеска руды состояла* из смеси грех частей: по 2 кг руды фракций 10-20 мм, 20-30 мм и 30-40 мм.

Таблица 2
Глубина , мм.Крупность фракции, мм.
10-2020-3030-40
+500 над поверхностью34,932,232,9
+300 над поверхностью33,929,037,1
+100 над поверхностью   
-100 под колошником33,141,225,7
100-30031,635,632,8
300-50024,846,528,7

На колошнике "стакан" устанавливали в той же зоне, где производили раскопку, и вели наблюдение за глубиной его погружения в шихту. После заглубления стакана в шихту на 500 мм печь отключили и извлекли стакан из шихты. Неоднократные попытки опустить его глубже 500 мм закончились неудачей из-за расплавления днища и выхода из строя термопары.

Хромовую руду из разных горизонтов стакана (через 200 мм) после выборки кокса рассеивали на фракции 10-20 мм, 20-30 мм и 30-40 мм. Гранулометрический состав хромовой руды, обожженной в "стакане", %, приведен в табл. 2.

Как видно из табл. 2, при заглублении стакана в течение 10 ч до 500 мм и повышении температуры до 1050 °С существенного разрушения руды не происходило.

Скачкообразное повышение количества мелких фракций на глубине <750 мм., отмененное при раскопке ванны, можно, видимо, объяснить тем, что на этой глубине давление столба шихты превысило предел прочности руды и началось интенсивное ее разрушение.

Промышленные исследования поведения кусковой хромовой руды при обжиге в шахтной печи проводили на одной из печей отделения обжига известняка Актюбинского завода ферросплавов. Печь предназначена для обжига известняка фракции 80-120 мм. Высота шахты - 24,7 мм. внутренний диаметр в зоне горения газа - 4,3 м. Лечь имеет 24 газовые горелки, расположенные в 2 яруса, и одну центральную. Загрузка шихты производится скипом объемом 4 м 3, а выгрузка - разгрузочным столом в приемный бункер, из которого происходит выгрузка питателем на пластинчатый конвейер.

Хромовая руда фракции 20-80 мм, поступающая в цех, разгружалась в специальный бункер с питателем - грохотом с ячейками 20 x 20 мм.

Рисунок3

Рис.3. Изменение гранулометрического состава хромовой руды в результате обжига в шахтной печи:
1- до обжига;
2- после обжига.

Таким образом, перед подачей руды в печь происходил двойной отсев мелочи <20 мм: в цехе подготовки шихты и в отделении обжига известняка.

Загрузку руда в печь начали на известняк при наличии пустоты высотой ~2 м. Одновременно включили выгрузку извести. Температура отходящих газов при этом была 250-340 °С при расходе природного газа 600-800 м 3 /ч, разрежении 0,9-1,1 кПа и давлении газа 294-304 кПа.

Температура руды в зоне верхнего яруса горелок (замеры проводили термопарой ТХП) была 920-940 °С, в зоне нижнего яруса - 600-710 °С. Температура руды на питателе разгрузочного бункера составляла в среднем 600-640 °С.

В первый период (примерно до загрузки 300 г хромовой руды) сход шихты был равномерным, разрежение - в пределах нормы. Через 74 ч с начала загрузки руды из печи начала выходить руда с известью, доля которой еще через 30 ч снизилась до минимального уровня, который и сохранялся до конца кампании.

Во второй период работы, когда руда составляла почти весь столб шихты, началось автоматическое отключение горелок из-за уменьшения разрежения в центральной горелке ниже 24 Па. Шихта начала сходить рывками. Из-за участившихся отключений горелок приходилось регулировать загрузку и выгрузку руды таким образом, чтобы обеспечить достаточное разрежение за счет увеличения пустоты в печи и поддерживать температуру отходящих газов ниже критической (380 °С) Все эти неполадки вызваны тем, что печь была рассчитана на обжиг известняка фракции 80-120 мм, а руда была фракции 20-80 мм, что резко снизило газопроницаемость столба шихты, и дымосос производительностью 80000 м /ч не обеспечивал необходимое разрежение. Через 100 ч после начала загрузки пришлось отключить горелки и продолжить выгрузку обожженной руды из печи.

Пробы исходной хромовой руды для химического анализа и определения гранулометрического состава массой 40-69 кг (в среднем 49,6 кг) отбирали с грохота - дозатора через каждые 2 ч. Пробы обожженной руды массой 14-40 кг (в среднем 32,0 кг) отбирали с пластинчатого конвейера с той же периодичностью.

В связи с тем, что вся руда, выходившая из печи, была в смеси с известью, после рассева ее в фракции >20 мм кусочки извести отсортировывали вручную, а в фракции <20 мм химическим анализом определяли СаО и рассчитывали содержание извести в смеси с рудой. В среднем оно составило 8,8 %. Средний гранулометрический состав исходной руды и обожженной в шахтной печи представлен на рис. 3.

Из рис. 3 видно, что в исходной руде количество нежелательной мелкой фракции (<20 мм) составило всего лишь 4,6 %. После обжига содержание мелочи <20 мм увеличилось в среднем до 24,1 %, т.е. возросло на 19,5 %. Проходящая через шахтную печь руда подвергается большому давлению вышележащих слоев руды (до 24 м), и, кроме того, истиранию кусочков друг о друга при движении. Но несмотря на это содержание мелочи <20 мм вполне удовлетворяет требованиям для использования руды в закрытых и герметичных печах. Кроме того, при проектировании шахтной печи специально для обжига кусковой хромовой руды, можно, видимо, уменьшить высоту шахты и за счет этого .дополнительно снизить выход мелочи при обжиге.

Установлено, что фракция 0-20 мм содержит 48-50 % фракции 10-20 мм. Таким образом, в обожженной руде содержится в среднем 12,2 % мелочи <10 мм.

Химический состав определяли для каждой фракции как исходной, гак и обожженной руды (с учетом содержания извести в мелкой обожженной руде).

В табл. 3 приведен средний химический состав руды, обожженной и исходной.

Таблица 3
РудаФракция, мм.Cr2 O3SiO2Fe общ.FeOFe2O3MgOAl2O3PSП.п.п.
Исходная20-80
0-80
48,4
47,8
8,7
9,1
8,8
8,8
9,4
9,96
2,5
2,22
21,6
21,4
7,2
7,2
0,0020
0,0020
0,0490
0,0492
3,67
4,1
Обожженная в шахтной печи20-80
0-80
50,5
48,2
8,5
9,4
9,6
9,4
6,9
6,8
5,6
5,6
22,3
23,2
7,1
6,9
0,0016
0,0016
0,0220
0,0258
-
-

Как видно из табл. 3, содержание оксида хрома в кусковой фракции обожженной руды несколько выше, чем в исходной. Подобный результат был получен ранее при обжиге кусковой хромовой руды в трубчатой вращающейся печи и объясняется тем, что бедная руда больше подвержена истиранию и пустая порода переходит в пылеватую фракцию, тем самым разубоживая фракцию 0-20 мм и повышая Cr2 O3, фракции 20-80 мм [3].

Содержание оксида железа после обжига значительно возрастает в результате доокисления монооксида железа до оксида.

Концентрация фосфора и серы в обожженной кусковой руде ниже, чем в исходной, что, по видимому, связано с большим истиранием бедной руды и переходом пустой породы в пылеватые фракция (в нашей работе химический состав пылеватых фракций не определяли, так как фосфор и сера в основном находятся в пустой породе руды [3]).

В период проведения работы проводили пылегазовые замеры. Уходящие газы имели следующий химический состав: 21,6 % 02; 0-0,4 % СО2; N2 - остальное. Запыленность газов при этом составила 0,4-1,0 г/м 3 или в среднем 0,7. г/м 3, в го время как при обжиге в трубчатой вращающейся печи она составляла 38-40 г/м 3.

Таким образом, по результатам работы можно рекомендовать для термической подготовки кусковой хромовой руды шахтную печь, специально сконструированную для этой цели.


БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

  1. Углеродистый феррохром. Каталог фирмы "Outokumpu" . Информация ин-та "Черметинформация" Новости металлургии за рубежом
  2. Колоярцев В.Л., Загуменко В.И., Аганичев П.В. и др. Выплавка углеродистого и передельного феррохрома' из частично восстановленных и нагретых окускованных шихт. Информация ин-та "Черметинформация", сер. 5, вып. 4, 1372. 13 с.
  3. Миронов А.А., Колоярцев В.Л., Ракигин И.Г. и др. - Стзль, 1984, № 5, с. 32-34.

© 2003–2008 ЗАО «Деловой центр «Альянс»
Адрес: 454080, г. Челябинск, ул. Худякова, д. 17
Тел./факс: (351) 260-70-97, 260-70-87, 261-33-66
E-mail: ferro-alliance@chel.surnet.ru, Реквизиты