2.2.2. Агломерат, окатыши – основные железосодержащие компоненты шихты

Газопроницаемость столба шихтовых материалов во многом зависит от прочностных свойств агломерата и окатышей. Большую роль при этом играет восстановимость агломерата и окатышей. Быстрое восстановление Fe₂O₃ до Fe₃O₄ и Fe₃O₄ до FeO поступательно или во всем объёме кусков агломерата и окатышей вызывает их растрескивание и разрушение (Рис.1.12). Образующаяся мелочь (фр.0-3мм) перевеивается из участков интенсивного потока газов на участки, где меньший газовый поток. Это ухудшает ровный ход печи и её технико-экономические показатели. Поскольку в доменной печи существуют факторы снижающие центральный поток газов ( они будут рассмотрены далее), то перевеивание мелочи происходит из периферийной и промежуточной зон в осевую зону печи. Все сказанное в ещё большей мере относится к окатышам, т.к. основным оксидом здесь является Fe₂O₃, а в агломерате Fe₃O₄. Известно, что Fe₂O₃ до Fe₃O₄ восстанавливается любым количеством СО или Н₂ (см. (1.49) и (1.53)) в необратимых реакциях без избытка газа восстановителя. Окись-закись железа (Fe₃O₄) восстанавливается труднее при избытке газа-восстановителя (см. (1.50), (1.54)) [38].

Таблица 2.3 – Химический состав агломерата (%)

аглофабрик основных металлургических комбинатов, 1985г.

МК	Сод. фр. 0-5мм	Fe	FeO	SiO2	Al2O3	CaO	MgO	S	CaO/ SiO2
ММК*)	15,4	53,8	12,5	8,5	1,7	11,3	2,1	0,042	1,33
НТМК	17,2	53,3	13,9	8,9	-	10,5	-	-	1,22
КМК	17,8	53,7	11,7	12,7	1,4	15,5	2,3*)	0,023	1,22
ЧерМК	20,5	58,3	15,3	6,5	1,1	7,9	2,5	0,013	1,38
НЛМК	11,1	51,2	15,6	9,2	2,2	12,7	3,3	-	1,68
ОХМК	-	50,4	12,4	9,5	1,4	16,0	0,8	0,053	1,28/ 1,14**)
КарМК	-	45,0	13,2	12,7	3,3	15,5	2,4		1,46
НПО Тула чермет	18,2	46,8	16,0	12,0	2,1	16,5	2,5	0,061	0,87
ЧелМК	20,9	49,1	18,5	13,3	1,8	11,6	1,7	0,062	1,08
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
КМА-руда	-	57,6	17,8	8,8	0,9	9,5	0,4	0,028	1,27
КачГОК	13,2	56,7	13,1	5,2	-	6,6	-	-	1,29
«Криворож-сталь»	23,3	53,0	13,2	9,4	1,1	12,1	1,0	-	1,29
«Запорож сталь»	15,2	50.2	10,3	9,8	1,1	16,6	1,4	0,08	1,69
ДМК	12,1	51,3	9,0	10,5	-	13,2	1,5	-	1,25
МакМК	16,9	50,7	14,9	11,1	1,0	14,7	1,6	-	1,32
АзСТ соб. аглофабрика	19,9	48,1	14,1	9,2	0,9	17,0	3,1	0,124	1,85
ММК им.Ильича	_	52,6	10,6	10,3	1,0	12,3	1,6	-	1,19
ЕМЗ	14,0	50,8	13,9	9,9	1,6	15,8	1,0	0,069	1,6
АлчМК	10,6	48,4	9,6	10,2	1,5	17,1	1,8	0,085	1,68
ЮГОК	-	54,4	14,2	9,5	-	11,3	0,8	-	1,19
НКГОК		52,0	11,5	9,5	-	13,1	1,2	-	1,37

___________________________

*⁾ Показатели разных аглофабрик усреднялись. На ММК без аглофабрики №1.

**⁾ В числителе для аглофабрики 1, в знаменателе – для аглофабрики 2.

Из таблицы 2.3 видно, что на разных аглофабриках весьма различное содержание Fe в агломерате. На Карагандинском МК, НПО «Тулачермет», Алчевском МК содержание Fe в агломерате от 46 до 48%. В то же время на Череповецком МК, «КМА-руда» и Качканарском ГОКе содержание железа в агломерате составляет 58,3, 57,6 и 56,7% соответственно. Разница очень существенна и в случае работы доменных печей НПО «Тулачермет», Алчевского и Карагандинского МК на агломерате с содержанием железа 57-58%, производительность на них составила бы на 20% выше, а расход кокса на 12% ниже. И если концентраты с Кольского полуострова доставлять в Тулу и Алчевск достаточно дорого, то богатые концентраты из «КМА-руды» находятся совсем рядом.

Снижение цен на транспортные перевозки успешно решены в Японии, где все шихтовые материалы привозные и самая низкая себестоимость производства черных металлов. На МК «Северсталь» шихтовые материалы также привозные, а стоимость выплавки чугуна ниже по сравнению с другими МК России и Украины. Таким образом, богатые железом руды и концентраты Лебединского, Михайловского и Яковлевского месторождений можно перевозить на все металлургические предприятия центра России и даже на Урал, а также на все МК Украины. Это увеличит конкурентоспособность и рентабельность металла на внутреннем рынке и при экспорте его в ближнее и дальнее зарубежье.

Кроме переоценки выбора ведущих МК по массовому производству черных металлов и добываемых руд по содержанию железа и степени их обогатимости необходимо также применять все новые разработки в технологии производства агломерата. При анализе общего состояния технологий окускования железорудных материалов за последние 10-15 лет установлено, что существенного улучшения их технико-экономических показателей не произошло [83]. Удельная производительность осталась в среднем на уровне 1,3-1,5, а обжиговых 0,8-0,9 т/м²час. Содержание мелочи <5мм в скиповом агломерате в среднем 16,5% (табл.2.3) с колебаниями, от 10 до 23%. За это же время в промышленно развитых странах за счет широкого применения операций дробления и трех-четырехразового грохочения с рассевом по фракциям содержание мелочи доведено до 3-5%.

Накат топлива на предварительно окомкованную аглошихту, высокоэффективные комплексные флюсующие добавки в виде рудо-флюсо-топливных композиций применяются на единичных аглофабриках. В Японии и в Германии эти технологии широко используются и дают хорошие результаты.

Технология производства окатышей за последние 10-15 лет также не претерпела значительных изменений. И если в России их основность увеличили до 1,2, то в Украине она осталась на прежнем уровне 0,4-0,5. Мало изменились химсостав и прочностные свойства окатышей. В таблице 2.4 приведены основные характеристики обожженных окатышей за 1985г.[38]. Как уже отмечалось на фабриках окускования не произошло существенных изменений и данными приведенными в таблице 2.4 можно пользоваться и в настоящее время. Из таблицы видно, что содержание железа в обожженных окатышах на большинстве фабрик 58-60%. Окатыши Лебединские, Соколово-Сорбайские и ОЭМК имеют содержание Fe выше 65%. Окатыши ССГОКа содержат Fe 63%, но зато при основности 0,95 и содержании MgO и Al₂O₃ по 1%, расход сырого известняка в доменной печи будет небольшим и показатели плавки будут более высокими, по сравнению с проплавкой агломерата.

Таблица 2.4 – Характеристика обожженных окатышей [38]

Фабрика окускования	Барабанная проба ГОСТ 15137-77		Fe, %	FeO, %	CaO, %	SiO2, %	Al2O3, %	MgO, %	CaO/ SiO2	Себе- стои- мость
	>5мм	<0,5м
В целом по СССР	92,6	6,0	61,4	1,8	3,0	7,7	-	-	0,39	18,67
ССГОК	92,4	6,2	63,0	1,2	3,7	3,9	1,1	1,0	0,95	19,15
КачГОК	89,7	6,4	58,9	3,2	4,6	3,7	-	-	1,25	18,56
ЛебГОК	92,7	5,4	65,4	1,0	0,2	5,7	0,3	0,3	0,04	15,82
МихГОК	94,0	4,9	59,1	1,3	4,8	10,1	0,2	0,4	0,47	16,79
КосГОК	94,9	3,8	61,5	1,9	3,3	8,2	0,4	0,2	0,4	21,39
ЦГОК	81,7	16,0	60,3	3,0	4,7	7,4	0,5	1,1	0,64	23,11
СевГОК	90,4	9,0	59,6	1,2	4,8	8,7	0,2	0,8	0,56	17,21
ПГОК	97,9	1,2	60,1	3,3	0,4	12,2	0,5	0,9	0,03	17,33
ОЭМК	97,2	1,5	67,2	0,4	0,1	3,3	0,2	0,3	0,04	28,79

Оценка качества агломерата и окатышей при их использовании в доменной плавке в настоящее время складывается не в пользу окатышей. Цена 1,0% Fe в окатышах в 1,3-1,5 раза дороже цены 1,0% Fe в агломерате [85, 86]. Содержание Fe больше в окатышах, но их основность 0,04 до 1,25 (последнее только на КачГОК) в среднем 0,47. Поэтому в доменной плавке для повышения основности шлака дают известняк. Это вызывает повышенный расход кокса и худшие условия для зоны когезии. Таким образом, эффект от более высокого содержания Fe в окатышах значительно снижается от загрузки сырого известняка. Кроме того, в агломерате оксиды железа находятся в виде Fe₃O₄ , а в окатышах в виде Fe₂O₃ , который восстанавливается быстрее. При этом происходит перестройка кристаллической решетки с изменением её объёма. Окатыши «разбухают» и разрушаются.

Несмотря на большее количество фр. < 5мм в агломерате его порозность примерно такая же, как и окатышей 0,42-0,43. Но в доменной печи окатыши быстрее разрушаются и их порозность снижается до 0.3-0,35, увеличивая потери напора в большей мере, по сравнению со слоем агломерата такой же высоты. Окатыши имеют большую прочность на сжатие 227 кг/обр. и большую пористость (на 6-14%). Но в доменной печи статические нагрузки не превышают 0,2-0,3 МПа, при которых не разрушается даже кокс (выдерживает 15÷20МПа). Большая пористость окатышей играет даже отрицательную роль, так как быстрое их восстановление (Fe₂O₃ до Fe₃O₄) приводит к разрушению окатышей.

Большое значение имеет предложенное и исследованное в России и Украине новый гибридный процесс получения окускованных железорудных материалов. Процесс сочетает в себе элементы агломерации, производство окатышей и частичную металлизацию. Прежде всего, это технология агломерации и обжига окатышей с применением наката топлива на предварительно окомкованную шихту – управляемым пространственным расположением топлива в объеме окомкованной шихты, высокоэффективные комплексные флюсующие и вяжущие добавки в виде рудо-флюсо-топливных композиций заданного состава [83]. Подобную технологию успешно реализовала японская фирма «Ниппон-Кокан» на заводе в Фукуяме, где производится 6млн.т «окомкованного» агломерата. Получаемые блоки имеют высокие металлургические свойства, производительность аглолент увеличилась в 1,3-1,7 раза [87]. Таким образом, отмеченные выше положительные стороны агломерата и окатышей совмещены и полученный продукт «окомкованный» агломерат имеет все основания на широкое его внедрение на аглофабриках Украины и России.

Значительный вклад для оптимизации технологии доменной плавки имеет металлизация окускованной шихты. Проплавка металлизованных окатышей в США, Японии, Канаде, Нижнетагильском МК, Белозерском метзаводе показала, что на каждые 10% металлизации (Fe_мет/Fe_общ)*100 экономия кокса составляет 5-7% (7-9% в Канаде). Эффективность применения офлюсованных и металлизованных окатышей в доменных печах характеризуется следующими показателями:

ПОКАЗАТЕЛИ	Обычные окатыши	Офлюсованные окатыши	Металлизованные окатыши до 10%	Металлизованные окатыши
Расход кокса, кг/т чуг.	498	454	427	272
Производительность, %	100	110	116	165

Практика показала, что металлизация окатышей дорогостоящий процесс. Поэтому, в мировой практике степень металлизации окатышей для доменной плавки не превышает 10%. При совмещенном процессе во время агломерации расход топлива можно сократить. Его крупность как топлива – восстановителя должна быть близкой к крупности концентрата (0-0,01). Для получения остаточного углерода топливо крупностью 2-5мм следует вводить в начале окомкования (зародышевые центры). Топливо – теплоноситель необходимо подавать в конце окомкования, рис.2.1 [88, 89].

Если металлизацию шихты производить с металлодобавками, то к эффекту металлизации добавляется снижение выхода шлака от 3-х до 5-и кг/т чуг. на каждый % металлизации.