Актуальность работы. Условием высокой производительности доменного процесса - самого масштабного способа получения железа из руд - служит использование окускованного сырья, наиболее распространенным видом которого на предприятиях России является железорудный агломерат. Рудные базы, закрепленные ранее за некоторыми агломерационными цехами РФ, в настоящее время близки к истощению, что выдвигает в качестве одной из приоритетных научно-технических задач поиск и ввод в эксплуатацию новых месторождений железорудных материалов. Одним из перспективных направлений развития горно-металлургической отрасли России является использование гематитовых руд, запасы которых в РФ оцениваются величиной более 7 млрд.т (12,6% общероссийских запасов), из них более 1 млрд.т принадлежат Большетроицкому месторождению, расположенному в Белгородской области. Использование залежей этого месторождения позволит снизить дефицит рудных материалов.
Современные технологии агломерации, основанные на результатах фундаментальных исследований российских (С.В.Базилевич, Е.Ф.Вегман, В.И.Клейн, В.И.Коротич, А.В.Малыгин, В.П.Пузанов, Ю.А.Фролов, Ю.Г.Ярошенко и др.) и зарубежных (Г.Г.Ефименко, Ф.Каппель, Р.Клима, Д.А.Ковалев, А.А.Сигов, В.А.Шурхал и др.) ученых и практиков, ориентированы на переработку преимущественно магнетитового сырья. В силу значительного отличия минералогического состава и свойств гематитовых руд от традиционных для России магнетитовых материалов, вовлечение руд Большетроицкого месторождения в промышленный оборот требует разработки новых технологических режимов и модернизации агломерационных цехов. Последнее обуславливает актуальность исследования особенностей процесса спекания гематитовых руд и разработки технологии их агломерации с целью получения качественного агломерата.
Связь работы с крупными научными программами. Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно- педагогические кадры России» по теме: «Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров в области металлургических технологий» (Государственный контракт № 02.740.11.0152).
Целью диссертационной работы является разработка и исследование технологии спекания гематитовых руд Большетроицкого месторождения на основе изучения тепло- и массообменных процессов при их агломерации.
Для достижения поставленной цели выделены следующие задачи:
1. Исследовать минералогический состав гематитовой руды, способность к грануляции и условия окомкования, позволяющие получать агломерационную шихту с высокой газопроницаемостью.
2. Исследовать процесс спекания и условия формирования качества аглоспека из гематитовых руд, а также усовершенствовать существующие способы оценки теплового состояния слоя.
3. Установить рациональные условия спекания, позволяющие получать агломерат требуемого качества из гематитовой руды при минимальных расходе энергоресурсов и количестве выбросов вредных веществ.
4. Разработать технологию агломерации гематитовых руд Большетроицкого месторождения и определить основные технико-экономические показатели работы агломерационного цеха при ее реализации.
Объект исследования - технология агломерации гематитовой руды Большетроицкого месторождения.
Предмет исследования - процессы окомкования и агломерации шихт, содержащих гематитовые руды.
Методы исследования. При организации лабораторных исследований процессов окомкования и спекания аглошихт с различной долей гематитовых руд были использованы принципы физического моделирования слоевых процессов. Опытно-промышленный эксперимент технологии спекания выполнен на действующем производстве. Измерения осуществляли стандартными приборами, прошедшими государственную поверку, что определило достоверность полученных результатов. При обработке экспериментальных данных использован расчетно-теоретический анализ, основу которого составили положения теории тепло- и массообмена, теории металлургических процессов, закон сохранения энергии и методы математической статистики, при этом противоречий известным физическим и химическим положениям установлено не было.
Научная новизна результатов работы.
1. Исследованы минералогический состав гематитовой руды Большетроицкого месторождения и процесс ее окомкования в составе аглошихты. Выявлено, что гематитовая руда обладает более низкой способностью к окомкованию по сравнению с магнетитовыми концентратами.
2. Развиты модельные представления об условиях формирования минералогического состава аглоспека. Показано, что прочность агломерата, которая, как известно, зависит от его минералогического состава и количества шлаковой связки в его структуре, может быть оценена аналитически на основании химического состава спека.
3. Уточнены особенности влияния теплового режима спекания на макроструктуру и прочность агломерата из гематитовых руд. Установлено, что наиболее существенным фактором, влияющим на прочность агломерата из гематитовой руды Большетроицкого месторождения, служит теплосодержание спека в зоне горения.
4. Получена количественная зависимость полноты горения твердого топлива при агломерации железных руд от соотношения «расход воздуха-расход топлива».
Практическая значимость работы.
1. Показана и подтверждена в ходе лабораторных исследований и опытно-промышленных испытаний возможность производства высококачественного железорудного агломерата из гематитовых руд Большетроицкого месторождения.
2. Предложены наиболее рациональные режимы агломерации гематитовых руд в условиях действующей агломерационной машины ОАО «Чусовской металлургический завод»
3. Предложены технологические режимы агломерации гематитовых руд для условий организации производства агломерата с высокой долей гематитовых руд в шихте. Эти режимы способны обеспечить минимальный расход твердого топлива при удовлетворительном качестве агломерата по гранулометрическому составу и прочности.
Личный вклад автора. Личный вклад автора работы заключается в постановке цели и задач исследования, разработке его методологии, в личном участии в проведении лабораторных и опытно-промышленных исследованиях на агломерационном производстве ОАО «Чусовской металлургический завод».
Автор защищает:
1. Результаты лабораторных и опытно-промышленных исследований процессов окомкования и спекания гематитовых руд Большетроицкого месторождения.
2. Закономерности формирования минералогического состава, структуры и прочности железорудного агломерата из гематитовых руд.
3. Технологию агломерации гематитовых руд Большетроицкого месторождения, реализованную в условиях ОАО «Чусовской металлургический завод».
Реализация результатов. Технологические режимы агломерации гематитовых руд Большетроицкого месторождения в настоящее время реализованы в условиях ОАО «Чусовской металлургический завод». Методики исследования слоевых процессов, разработанные в диссертации, были использованы сотрудниками ООО «НПВП ТОРЭКС» при разработке технологического задания на капитальный ремонт агломерационного цеха ОАО «Уральская сталь» и технологического регламента производства извести на агломашине №7 Абагурского филиала ОАО «Евразруда».
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на международной научно-практической конференции «Творческое наследие Б.И.Китаева», УГТУ-УПИ (г.Екатеринбург, 2009 г.) и на научно-технической конференции «Металлургическая теплотехника как основа энерго- и ресурсосбережения в металлургии» ОАО «ВНИИМТ» (г.Екатеринбург, 2010 г.).
Публикации. Основные положения диссертации представлены печатными работами в изданиях, рекомендованных ВАК, и 2печатными работами других изданий.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и 1 приложения, изложена на 136страницах машинописного текста и содержит 20таблиц, 25 рисунков и список использованной литературы, содержащий 125наименова¬ний.
В диссертационной работе, посвященной разработке и исследования особенности процесса агломерации гематитового сырья Большетроицкого месторождения, получены следующие основные научные и практические результаты:
1. Определены особенности минералогического строения и окомкования гематитовой руды Большетроицкого месторождения. Установлено, что гематитовая руда требует дополнительной подготовки перед грануляцией, поскольку она содержит значительное количество некомкующейся фракции 0,4. 1,6 мм. Показано, что высокое качество аглошихты может быть обеспечено за счет измельчения гематитовой руды и офлюсования ее известью.
2. Разработана методика оценки минералогического состава агломерата и его прочности на основании данных о химическом составе агломерата. Установлено, что наименьшая прочность агломерата соответствует содержанию шлаковой связки в спеке 25.30%, при этом шлаковая связка представлена в основном силикатами и оливинами.
3. Уточнен механизм формирования макроструктуры агломерационного опека при агломерации гематитовых руд. Показано, что тепловой режим спекания может быть охарактеризован с использованием показателя теплосодержания опека в зоне горения. Установлено, что именно значение этой характеристики является решающим в образовании того или иного типа структуры агломерата и формировании прочности спека.
4. Уточнена зависимость соотношения СО2/СО в технологических газах агломашины путем учета удельного расхода воздуха, на основании которой выявлены условия наиболее полного сжигания твердого топлива при агломерации. Определены рациональные условия спекания агломерата из гематитовых руд как с позиций наиболее полного использования горючих составляющих топлива, так и с позиций обеспечения высокого качества спека.
5. Разработана, прошла промышленную апробацию и частично внедрена в производство технология агломерации шихт с использованием до 18% (от массы шихты) гематитовых руд Большетроицкого месторождения. Выявлены пути модернизации технологии агломерации в условиях ОАО «Чусовской металлургический завод» и предложены способы их реализации для наиболее эффективного использования гематитовой руды.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
