ОБЗОР ОРГАНИЧЕСКИХ СВЯЗУЮЩИХ ДЛЯ АГЛОМЕРАЦИИ ЖЕЛЕЗНОЙ РУДЫ

ОБЗОР ОРГАНИЧЕСКИХ СВЯЗУЮЩИХ ДЛЯ АГЛОМЕРАЦИИ ЖЕЛЕЗНОЙ РУДЫ

Сериктай Нурайлым Оркенкызы

магистрант, Карагандинский технический университет,

Казахстан, г. Караганда

Омирбек Алтынай Мураткызы

магистрант, Карагандинский технический университет,

Казахстан, г. Караганда

Саркенов Берик Бейсенович

канд. техн. наук, доц., Карагандинский технический университет,

Казахстан, г.Караганда

OVERVIEW OF ORGANIC BINDERS FOR IRON ORE AGGLOMERATION

Nurailym Seriktay

Master student, Karaganda Technical University,

Kazakhstan, Karaganda

Altynai Omirbek

Master student, Karaganda Technical University,

Kazakhstan, Karaganda

Berik Sarkenov

Ph.D, associate professor, Karaganda Technical University,

Kazakhstan, Karaganda

АННОТАЦИЯ

Приведены, что железорудные окатыши представляют собой один из видов богатого железом промежуточного продукта, используемого при первичном производстве чугуна и стали.

В статье рассматривается, что с годами производство окатышей становится все более распространенным в связи с расширением эксплуатации низкосортных железных руд и увеличением потребления железа и стали во всем мире.

Утверждены, что нынешний процесс производства окатышей стал возможным благодаря использованию связующих – практический опыт показал, что агломерировать железную руду с использованием вращающихся барабанов и дисков практически невозможно. без использования связующего.

ABSTRACT

It is shown that iron ore pellets are one of the types of iron-rich intermediate product used in the primary production of iron and steel.

The article considers that over the years the production of pellets has become more common due to the expansion of the exploitation of low-grade iron ores and the increase in the consumption of iron and steel around the world.

It is argued that the current pelletizing process was made possible by the use of binders - practical experience has shown that it is almost impossible to agglomerate iron ore using rotating drums and disks. without using a binder.

Ключевые слова: железорудные окатыши, агломерация, органические связующие.

Keywords: iron ore pellets, agglomeration, organic binders.

Процессы агломерации объединяют мелкие дискретные частицы в более крупные агрегаты, в которых отдельные частицы все еще различимы (Эннис и Литстер, 1997). В процессе агломерации или окомкования железной руды влажные частицы железного концентрата и флюсовые материалы скатываются в шарики с помощью связующего (рис. 1). Шарики падают и растут во вращающихся барабанах и дисках. В то время как агломераты удерживаются вместе за счет поверхностного натяжения и капиллярных сил во влажном состоянии, они развалятся при высыхании, если не присутствуют связующие вещества. Связующие вещества, обычно бентонитовая глина или органический материал, помогают удерживать шарики вместе и облегчают процесс агломерации.

Отдельные частицы железной руды смачиваются, и зарождаются «зародыши» окатышей. Во время перемешивания во вращающемся барабане или диске мелкие семена могут прорастать за счет уплотнения отдельных гранул и наслоения нового кормового материала.

Рисунок 1. Рост зеленого шара при агломерации железной руды

Агломерация железной руды представляет собой процесс мокрой агломерации, и влажные «зеленые шарики» впоследствии высушиваются и нагреваются при высоких температурах до получения окатышей; присутствие связующих влияет на весь процесс от формирования зеленого шарика до отверждения гранул. В зеленых шариках связующие взаимодействуют с влагой и минеральными частицами, воздействуя на капиллярные силы и силы вязкости, которые связывают отдельные частицы вместе.

Связующие помогают контролировать перенос влаги во время процесса мокрой агломерации. Связующие вещества увеличивают вязкость влаги внутри структуры зеленого шара и замедляют перенос влаги из внутренней части зеленого шара на поверхность зеленого шара. Это явление контролирует скорость роста зеленого шара, которая зависит от свободной влаги на поверхности агломерата. Некоторые связующие также могут помочь уменьшить растрескивание зеленых шариков во время сушки. Отслаивание происходит, когда пар слишком быстро накапливается в структуре зеленого шарика и раздвигает зерна. Обычно при использовании связующих повышается температура теплового удара, поэтому можно использовать более горячие сушильные газы: это может сократить затраты времени и энергии на сушку зеленых шариков.

Связующие могут помочь контролировать избыток влаги в сырье для агломерации. Динамика агломерации в решающей степени зависит от содержания влаги в сырьевом материале, поэтому промышленные заводы по производству окатышей устанавливают жесткие ограничения на уровень влажности фильтрационной лепешки, направляемой на барабаны и диски гранулятора. Слишком мало влаги и семена с ядром не прорастут или могут образоваться небольшие грозди семян, которые трудно увеличить; в этих условиях конечные зеленые шарики пористые и непрочные. Слишком много влаги приводит к образованию шероховатых поверхностей зеленого шарика, способствует быстрому и неконтролируемому слиянию зеленого шарика, а в крайних случаях превращает агломерирующий материал в «грязь». Во втором случае могут быть добавлены определенные связующие вещества для поглощения избыточной влаги, что обеспечивает лучший зеленый шар и более стабильный процесс агломерации.

После образования зеленых шариков влага удаляется потоками высокотемпературного воздуха. По мере испарения влаги основные силы сцепления, удерживающие частицы вместе, уменьшаются, что может привести к крошению шариков. Однако глины и органические вяжущие вещества концентрируются в точках контакта частиц и прилипают к ним, образуя механические мостики и пленки, повышающие прочность сухого шарика.

После сушки шары нагревают до температуры 1300 °С. Способствуют ли связующие связыванию на этом этапе, зависит от того, какое связующее используется. Бентонит представляет собой силикат с низкой температурой плавления. Жидкая фаза (за счет бентонита) смачивает частицы, обволакивает и плавит кварц, сближает частицы и увеличивает плотность окатышей. Жидкая фаза может выступать в роли диффузионной среды, способствуя спеканию зерен оксида железа в окатышах. При охлаждении он добавляет дополнительные твердые связи. Напротив, чисто органические связующие сгорают во время термической обработки (начинают гореть обычно при температуре около 300 ° C), и не было показано, что они способствуют процессам спекания и рекристаллизации оксида железа. Свойства жидкой фазы полностью определяются минералогическим составом концентрата для окомкования. Вообще отсутствие дополнительного силикатного минерала является принципиальным отличием бентонита от органических вяжущих.

При выборе конкретного вяжущего для железорудной агломерации учитываются многие факторы. Например, в отношении бентонита хорошо известно, что использование западного бентонита с высоким соотношением натрия и кальция приводит к получению хороших окатышей в широком диапазоне условий. Часто один и тот же тип органического связующего можно модифицировать несколькими способами, каждый из которых обеспечивает совершенно разные свойства связующего. Следовательно, при выборе конкретного вяжущего для агломерации следует учитывать следующие факторы:

1. Насколько эффективно то или иное связующее? Какая доза связующего требуется для соответствия всем показателям качества гранул?

2. Что такое связующий состав? Вносятся ли какие-либо вредные элементы в структуру гранул через связующее?

3. Насколько дорого связующее? Какова стоимость вяжущего на тонну произведенных окатышей и какие затраты возникают до и после гранулирования при использовании выбранного вяжущего?

4. Какое оборудование необходимо для нанесения вяжущего? Можно ли использовать существующее оборудование или требуются новые конструкции с соответствующими капитальными затратами?

Независимо от того, какое связующее выбрано, зеленые шарики должны выдержать процесс агломерации, а готовые окатыши должны соответствовать химическим, физическим и металлургическим характеристикам, требуемым (и оплачиваемым!) потребителями окатышей.

Физические свойства

Физические железорудные окатыши должны быть одинакового размера, прочными и устойчивыми к истиранию. В идеале лучше всего подходят гранулы одного размера, так как равномерное распределение гранул по размеру способствует высокому слою.

Металлургические свойства

Окатыши из железной руды в конечном итоге перерабатываются в чугун, чугун или другие продукты, богатые железом. Например, в доменной печи окатыши перемещаются вниз по печи в противотоке высокотемпературному потоку восстановительного газа. Восстановительные газы удаляют кислород из окатышей, размягчают и, в конечном счете, расплавляют твердые частицы, которые накапливаются в виде отдельных слоев расплавленного металла и шлака на горне.

Металлургические испытания определяют поведение окатышей во время восстановления при несколько репрезентативных условиях процесса. Восстанавливаемость обычно определяют нагреванием гранул в контролируемой восстановительной атмосфере и измерением изменения веса по мере выделения кислорода из гранул. Желательна высокая восстанавливаемость гранул. Плохая работа печи обусловлена ​​плохой проницаемостью шихты, что снижает эффективность использования восстановительного газа. Таким образом, измеряются характеристики восстановления-распада при низкой температуре, размягчения-плавления и набухания, чтобы определить, образуют ли окатыши нежелательные мелкие частицы или слишком быстро слипаются.

Преимущества использования органических связующих

Органические связующие могут использоваться по разным причинам, но, возможно, наиболее известным преимуществом является снижение содержания кремнезема в гранулах. Традиционное связующее, бентонитовая глина, обычно увеличивает содержание кремнезема в железорудных окатышах на 0,5 %; истинное значение зависит от дозы и состава бентонита.

Органические вяжущие вещества сгорают в процессе высокотемпературного обжига и практически не оставляют золы в структуре окатышей для образования шлака. Это иллюстрируется таблицей 2, в которой представлены профили потери массы некоторых органических вяжущих, протестированных в исследовании горного управления .

В таблице 1 приведены значения потерь при прокаливании  различных классов органических вяжущих. В общем, органические связующие потеряли 85-100%. их массы на 1000 °С. Остальной материал, скорее всего, представляет собой неорганическую золу, которая естественным образом присутствует в органическом материале. Некоторые загрязняющие вещества также попадают в процессе обработки. О последнем свидетельствует высокая концентрация натрия и хлора в производных целлюлозы (NaCl является побочным продуктом реакции), тогда как некоторые крахмалы, например, содержат заметные количества фосфатных групп.

Таблица 1.

Характеристики горения различных органических связующих

Снижение содержания пустой породы или кремнезема в железорудных окатышах может быть выгодным по ряду причин: более низкое содержание кремнезема требует меньшего количества флюса для достижения определенных уровней основности и в конечном счете, уменьшает объемы шлака в доменных печах и других операциях по производству чугуна. Процессы производства чугуна с прямым восстановлением имеют жесткие допуски на пустую породу и ограниченные возможности обработки шлака, поэтому важен строгий контроль над кремнеземом. Сообщалось, что снижение содержания кремнезема на каждый 1 % может снизить затраты на электроэнергию и флюс на 2,50 доллара США на тонну жидкого чугуна.

Во-вторых, если окатыши с бентонитовым связующим соответствуют спецификации диоксида кремния, то замена на связующее, не содержащее диоксид кремния, позволит повысить целевую концентрацию диоксида кремния в сырье для агломерации. Повышение целевого уровня кремнезема приведет к снижению затрат на измельчение, снижению потерь железа в хвостах и ​​позволит большему количеству материала достичь агломерации.

Второй важной причиной, по которой сообщалось об использовании органических вяжущих, является то, что органические вяжущие увеличивают пористость и восстанавливаемость обожженных окатышей. Паниграхи и др. изучали микроструктуру железорудных окатышей, изготовленных с использованием торфяных и бентонитовых вяжущих, и связывали высокую пористость офлюсованных окатышей со сгоранием торфяного до образования фазы жидкого шлака. При более низком содержании золы и, соответственно, более низком уровне флюса в торфяном мхе и других органически связанных гранулах недостаточное количество шлака доступно для связывания; Было показано, что пористость окатышей значительно выше у окатышей с органическим связующим по сравнению с бентонитом.

Выводы

Органические связующие вещества влияют на весь процесс агломерации железной руды: добавление природных или синтетических полимеров помогает контролировать содержание влаги в окатышах, улучшает способность окомкованию и связывает мелкие частицы руды вместе до завершения теплового твердения во время отверждения. Бентонит исторически хорошо выполнял эти функции и по-прежнему доминирует в потреблении связующих в США; однако он добавляет дополнительное количество кремнезема и глинозема в готовые окатыши, что может быть желательно или нежелательно для потребителей железорудных окатышей (например, в доменных печах и процессах производства чугуна прямым восстановлением). Таким образом, исследования в области органического вяжущего вещества соответствующей конструкции продолжаются.

«Успешными» органическими связующими обычно являются водорастворимые камеди или сшитые полимеры, которые могут поглощать воду и повышать вязкость влаги в гранулах при малых дозах и образовывать клейкие пленки при высыхании. Сообщалось также, что гуматы натрия с высоким содержанием неорганических минералов являются хорошим связующим для промышленного холодного склеивания.

Окатыши из железной руды, произведенные с органическими связующими, в настоящее время обычно используются в процессах прямого восстановления. э

Список литературы:

1. Линчевский Б. В., Соболевский А. Л., Кальменев А. А. Металлургия чёрных металлов: Учебник для техникумов — 2-е издание, перераб. и дополн. — Металлургия, 2006. — 360 с. — 12700 экз.
2. Юсфин Ю. С., Гиммельфарб А. А., Пашков Н. Ф. Новые процессы производства металла. — Москва: Металлургия, 1994. — 320 с. — ISBN 5-229-02229-X.
3. Коротич В. И., Набойченко С. С., Сотников А. И., Грачев С. В., Фурман Е. Л., Ляшков В. Б. (под ред. В. И. Коротича). Начала металлургии: Учебник для вузов. — Екатеринбург: УГТУ, 2000. — 392 с.
4. Александров А.В. Совершенствование метода расчета окислительно-восстановительных процессов при агломерации железорудных материалов на основе экспериментального изучения горения твердого топлива в слое: Автореф. дис. к.т.н. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1993.
5. Котов В.Г. О показателе химической полноты сгорания топлива агломерационной шихты // Изв. вузов. ЧМ. 1980. № 10. С. 24 - 27.
6. Коротич В.И. Горение топлива и окислительно-восстановительные процессы при агломерации железорудных материалов. Екатеринбург: УГТУ УПИ, 1996. 64 с.