RU2040560C1

RU2040560C1 - Method and device for production of lump iron ore raw material on conveyorized machine

Info

Publication number: RU2040560C1
Application number: RU93018241A
Authority: RU
Inventors: А.Р. Жак; Е.Ф. Вегман; А.Н. Пыриков
Original assignee: Московский институт стали и сплавов
Priority date: 1993-04-09
Filing date: 1993-04-09
Publication date: 1995-07-25

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy. SUBSTANCE: method involves double-layer charging of burden; sintering at high temperatures; discharging sintered product and grinding of sintered material. Double-layer charging and sintering of burden involves sprinkling molds with milk of lime; charging unburned iron ore pellets with returns and mixture of calcium-bearing flux and hematite ore into molds, with chemical composition of mixture corresponding to eutectic in the system of CaO-Fe₂O₃ or CaO-Fe₂O₃-SiO₂, with ratio of mixture layer height to total height of layer to be sintered being within the range of 0.1-0.3:1; complete melting of mixture layer by means of concentrated energy source. Eutectic-composition melt obtained flows down to fill pores between iron ore pellets and return particles and provides impregnation and liquid-phase sintering of pellets and particles. Conveyorized machine has conveyor with molds and tensioner drive, sprinkler for sprinkling molds with milk of lime and discharge mechanism. Conveyor with molds is provided with feeders positioned in succession above conveyor and adapted for laying mixture of calcium-bearing flux and hematite ore and concentrated energy source. EFFECT: improved ecological conditions by conducting sintering without suction of gases through layer subject to sintering and without usage of drafting means and by complete withdrawal of solid fuel from burden. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к окускованию руд и концентратов. The invention relates to ferrous metallurgy, namely to sintering of ores and concentrates.

Известен способ производства окускованного железорудного сырья, в котором подготовленную и уложенную на машину шихту оплавляют на высоту 15-50% поверхности слоя посредством источника концентрированной энергии (1). A known method for the production of agglomerated iron ore raw materials in which the mixture prepared and laid on a machine is melted to a height of 15-50% of the surface of the layer by means of a concentrated energy source (1).

Известны конвейерные машины, в которых осуществляется производство окускованных материалов, содержащее устройство для загрузки двух слоев шихты в емкости для ее спекания (2). Known conveyor machines in which the production of agglomerated materials is carried out, comprising a device for loading two layers of a charge in a container for sintering it (2).

Недостатком известных решений получения окускованного железорудного сырья является то, что его осуществление требует просасывания газов через спекаемый слой с помощью тягодутьевых средств, между тем в отходящих агломерационных газах всегда содержится значительное количество вредных веществ, таких как пыль, оксиды азота, оксиды серы, моноксид углерода, что ухудшает экологическую обстановку. Кроме того известный способ требует использования в шихте дорогостоящего и дефицитного твердого топлива, являющегося основным источником образования оксидов азота, оксида серы и единственным источником образования при агломерации моноксида углерода. Это также ухудшает экологическую обстановку. A disadvantage of the known solutions for the production of agglomerated iron ore is that its implementation requires gas to be sucked through the sintering layer using blowing means, while the waste sinter gases always contain a significant amount of harmful substances such as dust, nitrogen oxides, sulfur oxides, carbon monoxide, which worsens the environmental situation. In addition, the known method requires the use of a charge of expensive and scarce solid fuel, which is the main source of formation of nitrogen oxides, sulfur oxide and the only source of formation during agglomeration of carbon monoxide. It also worsens the environment.

Целью изобретения является улучшение экологической обстановки за счет осуществления процесса спекания без просасывания газов через спекаемый слой и, соответственно, без использования тягодутьевых средств, а также за счет полного вывода из шихты твердого топлива. The aim of the invention is to improve the environmental situation due to the implementation of the sintering process without the suction of gases through the sintered layer and, accordingly, without the use of blowing means, as well as due to the complete removal of solid fuel from the charge.

Цель достигается тем, что в способе получения окускованного железорудного сырья на конвейерной машине, включающем двухслойную загрузку шихты, ее спекание при высоких температурах, выгрузку спека и его дробление, процесс окускования осуществляется следующим образом: в мульды после их опрыскивания известковым молоком (раствором) двумя слоями последовательно загружают необожженные железорудные обкатыши с возвратом и смесь кальцийсодержащего флюса и гематитовой железной руды, причем химический состав смеси соответствует эвтектике в системе CaO-Fe₂O₃ или CaO-Fe₂O₃-SiO₂ при отношении высоты слоя смеси к общей высоте спекаемого слоя 0,1-0,3:1, затем слой смеси полностью расплавляется с помощью источника концентрированной энергии, после чего образовавшийся расплав эвтектического состава стекает вниз, заполняя поры между железорудными окатышами и частицами возврата, одновременно пропитывая их и осуществляя жидкофазное спекание, после завершения которого полученный спек выгружается и подвергается дроблению.The goal is achieved by the fact that in the method for producing agglomerated iron ore raw materials on a conveyor machine, including two-layer loading of the charge, its sintering at high temperatures, unloading of the cake and its crushing, the process of sintering is carried out as follows: in molds after they are sprayed with two layers of lime milk (solution) successively load unburnt return ore iron ore pellets and a mixture of calcium-containing flux and hematite iron ore, and the chemical composition of the mixture corresponds to a eutectic in Related CaO-Fe ₂ O ₃ or CaO-Fe ₂ O ₃ -SiO _2, with respect to the height of the mixture layer to the total height of the frit layer is 0.1-0.3: 1, and then the mixture layer is completely melted by means of a concentrated energy source, whereupon the resulting eutectic composition melt flows down, filling the pores between the iron ore pellets and the return particles, simultaneously impregnating them and performing liquid phase sintering, after which the obtained cake is unloaded and crushed.

В конвейерной машине для осуществления способа, состоящий из конвейера с мульдами с приводом натяжного устройства, опрыскивателя мульд известковым молоком (раствором) и разгрузочного устройства, конвейер с мульдами снабжается расположенными над ним последовательно питателем для укладки необожженных железорудных окатышей и возврата, питателем для укладки смеси кальцийсодержащего флюса и гематитовой железной руды, источником концентрированной энергии, а также дробилкой, расположенной за разгрузочным устройством. При этом в качестве источника концентрированной энергии могут быть использованы лазер (оптический квантовый генератор) или плазмотрон. In a conveyor machine for implementing the method, consisting of a conveyor with molds with a drive of a tensioning device, a sprayer of molds with milk of lime (mortar) and an unloading device, the conveyor with molds is provided with a feeder located above it for stacking unfired iron ore pellets and return, a feeder for packing a mixture of calcium-containing flux and hematite iron ore, a source of concentrated energy, as well as a crusher located behind the unloading device. In this case, a laser (optical quantum generator) or a plasma torch can be used as a source of concentrated energy.

Сопоставительный анализ позволяет сделать вывод, что заявляемый способ отличается тем, что осуществляется без просасывания газов через спекаемый слой с помощью тягодутьевых средств и без твердого топлива, причем единственным источником энергии, обеспечивающим расплавление верхнего слоя шихты и образование спека, является источник концентрированной энергии (лазер или плазмотрон). Comparative analysis allows us to conclude that the inventive method is distinguished by the fact that it is carried out without suction of gases through the sintering layer using blowing means and without solid fuel, and the only source of energy providing melting of the upper layer of the charge and the formation of cake is a concentrated energy source (laser or plasmatron).

На фиг. 1 приведена схема конвейерной машины для осуществления способа получения окускованного железорудного сырья, вид справа; на фиг. 2 то же, вид сверху. In FIG. 1 shows a diagram of a conveyor machine for implementing the method for producing agglomerated iron ore raw materials, right view; in FIG. 2 same, top view.

Реализация способа осуществляется с помощью предлагаемой конвейерной машины, состоящей из конвейера с мульдами 1, опрыскивателя 2, мульд известковым молоком (раствором), питателя 3 для укладки необожженных железорудных окатышей, питателя 4 для укладки смеси кальцийсодержащего флюса и гематитовой железной руды, источника 5 концентрированной энергии плазмотрона или оптического квантового генератора (лазера), разгрузочного устройства 6, дробилки 7, привода 8 и звездочек 9, редуктора 10 и электродвигателя 11. The implementation of the method is carried out using the proposed conveyor machine, consisting of a conveyor with molds 1, a sprayer 2, molds of milk of lime (solution), feeder 3 for laying unburnt iron ore pellets, feeder 4 for laying a mixture of calcium-containing flux and hematite iron ore, a source of concentrated energy 5 plasmatron or optical quantum generator (laser), discharge device 6, crusher 7, drive 8 and sprockets 9, gearbox 10 and electric motor 11.

Конвейерная машина работает следующим образом. The conveyor machine operates as follows.

Конвейер, состоящий из бесконечной цепи с мульдами 1, приводится в движение приводом 8, состоящим из двух цепных звездочек 9, жестко насаженных на вал, вращаемый электродвигателем 11 через редуктор 10. После выгрузки спека мульды опрыскиваются известковым молоком (раствором) с помощью специального опрыскивателя 2 во избежание приваривания спека к мульдам. Затем с помощью питателя 3 в мульды 1 непрерывно загружается нижний слой шихты необожженные железорудные окатыши и возврат. Непрерывность загрузки обеспечивается тем, что мульды 1 образуют на конвейере сплошную ленту благодаря перекрытию зазоров буртами смежных мульд. После этого с помощью питателя 4 в мульды 1 непрерывно загружается верхний слой шихты смесь кальцийсодержащего флюса и гематитовой железной руды. После завершения загрузки мульды подъезжают к источнику 5 концентрированной энергии. С помощью источника 5 концентрированной энергии верхний слой шихты расплавляется, после чего происходит процесс жидкофазного спекания. После его завершения мульды 1 подъезжают к расположенному на хвосте ленты разгрузочному устройству 6, с помощью которого производится выгрузка окускованного железорудного сырья из мульд 1 и дробление спека с помощью дробилки 7. The conveyor, consisting of an endless chain with molds 1, is driven by a drive 8, consisting of two chain sprockets 9, rigidly mounted on a shaft rotated by an electric motor 11 through a gear 10. After unloading the cake, the molds are sprayed with milk of lime (mortar) using a special sprayer 2 in order to avoid welding of cake to the molds. Then, with the help of feeder 3, the lower layer of the charge is continuously loaded into the molds 1 unburnt iron ore pellets and return. Continuity of loading is ensured by the fact that the molds 1 form a continuous belt on the conveyor due to overlapping gaps with collars of adjacent molds. After that, with the help of a feeder 4, a mixture of calcium-containing flux and hematite iron ore is continuously loaded in the upper layer of the charge into the molds 1. After loading is completed, the troughs approach the source 5 of concentrated energy. Using a source of concentrated energy 5, the upper layer of the mixture is melted, after which the process of liquid-phase sintering takes place. After its completion, the molds 1 drive up to the discharge device 6 located on the tail of the tape, with the help of which the agglomerated iron ore is unloaded from the molds 1 and the cake is crushed using a crusher 7.

Способ получения окускованного железорудного сырья реализуют следующим образом. The method of obtaining agglomerated iron ore is implemented as follows.

В мульды, служащие для осуществления процесса спекания, с помощью специального питателя вначале загружается нижний слой шихты необожженные железорудные окатыши в смеси с возвратом. Предварительное смешивание сырых окатышей с частицами горячего возврата приведет к удалению из окатышей гигроскопической влаги. Соотношение между расходами окатышей и возврата будет полностью зависеть от выхода годного спека (чем ниже выход годного, тем больше расход возврата). После этого в движущиеся мульды загружают верхний слой шихты, состоящий из гематитовой железной руды и кальцийсодержащего флюса (например, известняка или извести), причем соотношение между ними зависит от содержания СаО, Fe₂O₃ и SiO₂ в них. Химический состав смеси должен соответствовать эвтектикам в системе СаО-Fe₂O₃ или же в системе СаО-Fe₂O₃-SiO₂. Эвтектика в системе СаО-Fe₂O₃, состоящая из однокальциевого феррита (СаFe₂O₄) и полукальциевого феррита (СаFe₄O₇), соответствует химическому составу, мас. СаО 20 Fe₂O₃ 80. Эвтектика в системе СаО-Fe₂O₃-SiO₂, состоящая из двухкальциевого силиката (Са₂SiO₄), однокальциевого феррита (CaFe₂O₄) и полукальциевого феррита (СаFe₄O₇), соответствует химическому составу, мас. СаО 26,5; Fe₂O₃ 66,0; и SiO₂ 7,5. В верхнем слое шихты соотношение между СаО и Fe₂O₃ (для ферритной смеси) или между СаО, Fe₂O₃ и SiO₂ (для силикатноферритной смеси) должно соответствовать эвтектическому составу.In the molds used to carry out the sintering process, with the help of a special feeder, the bottom layer of the mixture is first loaded with unburnt iron ore pellets mixed with return. Pre-mixing the raw pellets with hot return particles will remove hygroscopic moisture from the pellets. The ratio between the costs of pellets and return will completely depend on the yield of suitable spec (the lower the yield, the greater the return flow). After that, the upper layer of the charge, consisting of hematite iron ore and calcium-containing flux (for example, limestone or lime), is loaded into the moving molds, and the ratio between them depends on the content of CaO, Fe ₂ O ₃ and SiO ₂ in them. The chemical composition of the mixture should correspond to eutectics in the CaO-Fe ₂ O _{3 system} or in the CaO-Fe ₂ O ₃ -SiO _{2 system} . The eutectic in the CaO-Fe ₂ O _{3 system} , consisting of mono-calcium ferrite (CaFe ₂ O ₄ ) and semi-calcium ferrite (CaFe ₄ O ₇ ), corresponds to the chemical composition, wt. CaO 20 Fe ₂ O ₃ 80. Eutectic in the CaO-Fe ₂ O ₃ -SiO _{2 system} , consisting of dicalcium silicate (Ca ₂ SiO ₄ ), single-calcium ferrite (CaFe ₂ O ₄ ) and semi-calcium ferrite (CaFe ₄ O ₇ ), corresponds to the chemical composition, wt. CaO 26.5; Fe ₂ O ₃ 66.0; and SiO ₂ 7.5. In the upper layer of the charge, the ratio between CaO and Fe ₂ O ₃ (for a ferrite mixture) or between CaO, Fe ₂ O ₃ and SiO ₂ (for a silicate ferrite mixture) should correspond to the eutectic composition.

После завершения двухслойной загрузки шихты в мульды верхний слой шихты расплавляется с помощью сканирующего луча оптического квантового генератора (лазера) или плазмотрона. Этим и обусловлено применение в верхнем слое смесей эвтектического состава, обладающих низкой температурой плавления, что способствует экономии энергии на расплавление этого слоя. Эвтектика в системе CaO-Fe₂O₃ имеет температуру плавления 1205^оС, а эвтектика в системе СаО-Fe₂O₃-SiO₂ 1192^оС. Кроме того расплавы эвтектического состава обладают максимальной жидкоподвижностью и минимальной вязкостью, что облегчает их спекание после расплавления в нижний слой шихты, происходит заполнение пор между железорудными окатышами, а также их пропитка и осуществление процесса жидкофазного спекания.After the two-layer loading of the charge into the molds is completed, the upper layer of the charge is melted using a scanning beam of an optical quantum generator (laser) or a plasma torch. This is the reason for the use in the upper layer of mixtures of eutectic composition with a low melting point, which helps to save energy on the melting of this layer. Eutectic in the system CaO-Fe ₂ O ₃ has a melting temperature of ^about 1205 C, and eutectic in the system CaO-Fe ₂ O ₃ -SiO _{February 1192} ^C. Furthermore eutectic composition melts zhidkopodvizhnostyu have maximum and minimum viscosity, which facilitates their sintering after melting into the lower layer of the charge, the pores are filled between the iron ore pellets, as well as their impregnation and the implementation of the liquid phase sintering process.

Экспериментальное изучение процесса расплавления шихт, по химическому составу соответствующих эвтектикам в системах СаО-Fe₂O₃ и СаО-Fe₂O₃-SiO₂, проводилось с помощью сканирующего луча технологического лазера ТЛ-1,5 конструкции научно-исследовательского центра по технологическим лазерам АН СССР. Данные исследования показали, что расплавление смесей высотой 30 мм можно осуществить с помощью луча лазера диаметром 19 мм мощностью 1000 Вт (интенсивность излучения 353 Вт/см²) в течение 3,8 с, что соответствует скорости сканирования 5 мм. Удельный расход энергии лазерного луча при этом составляет 1,34 кДж/см².An experimental study of the process of charge melting, according to the chemical composition of the corresponding eutectics in the CaO-Fe ₂ O ₃ and CaO-Fe ₂ O ₃ -SiO ₂ systems, was carried out using the scanning beam of the TL-1.5 technological laser of the design of the technological laser research center USSR Academy of Sciences. The research data showed that the melting of mixtures with a height of 30 mm can be carried out using a laser beam with a diameter of 19 mm and a power of 1000 W (radiation intensity 353 W / cm ² ) for 3.8 s, which corresponds to a scanning speed of 5 mm. The specific energy consumption of the laser beam in this case is 1.34 kJ / cm ² .

Отношение высоты верхнего (расплавляемого) слоя шихты к общей высоте спекаемого слоя должно составлять 0,1-0,3:1. Данное отношение предопределено тем, что содержание расплава при получении железорудных окатышей методом жидкофазного спекания должно находиться в пределах 10-30% а оптимальное содержание связки по экспериментальным данным должно составлять 20-25 мас. The ratio of the height of the upper (molten) layer of the mixture to the total height of the sintered layer should be 0.1-0.3: 1. This ratio is predetermined by the fact that the content of the melt upon receipt of iron ore pellets by liquid phase sintering should be in the range of 10-30% and the optimal binder content according to experimental data should be 20-25 wt.

При загрузке мульд в два слоя при высоте нижнего слоя (необожженных железорудных окатышей и возврата) 120 мм и при высоте верхнего слоя (эвтектической смеси кальцийсодержащего флюса и гематитовой железной руды) 30 мм, что обеспечивает отношение высоты верхнего слоя к общей высоте спекаемого слоя 0,2: 1, с последующим расплавлением верхнего слоя сканирующим лучом лазера мощностью 1000 Вт и диаметром пятна 19 мм, процесс расплавления и жидкофазного спекания продлится не более 4 ч. When loading the molds in two layers with a height of the lower layer (unbaked iron ore pellets and return) of 120 mm and a height of the upper layer (eutectic mixture of calcium-containing flux and hematite iron ore) 30 mm, which provides a ratio of the height of the upper layer to the total height of the sintered layer 0, 2: 1, with subsequent melting of the upper layer by a scanning laser beam with a power of 1000 W and a spot diameter of 19 mm, the process of melting and liquid phase sintering will last no more than 4 hours.

После завершения процесса окускования полученный спек поступает в зону загрузки, где выгружается из мульды и подвергается дроблению с помощью дробилки, которая может использоваться как обычная одновалковая дробилка, применяемая для дробления пирога агломерата так и дробилки ударно-инерционного действия для получения калиброванного спека. После этого из спека выделяется горячий возврат, используемый для сушки сырых окатышей, а годный спек охлаждается подобно агломерату на охладителях линейного либо чашевого типа и используется в качестве окускованного железорудного сырья в доменных печах. After the sintering process is completed, the obtained cake passes to the loading zone, where it is unloaded from the tinplate and crushed using a crusher, which can be used as a conventional single-roll crusher, used to crush sinter cake and impact-inertial crushers to obtain a calibrated cake. After this, a hot return is used from the cake, used to dry the raw pellets, and the suitable cake is cooled like sinter on linear or bowl-type coolers and used as agglomerated iron ore in blast furnaces.

Использование в предлагаемом способе источника концентрированной энергии (лазера или плазмотрона) позволяет полностью вывести из агломерационной шихты твердое топливо, являющееся источником образования вредных веществ, и отказаться от просасывания газов через спекаемый слой с помощью тягодутьевых средств. The use of a concentrated energy source (laser or plasma torch) in the proposed method makes it possible to completely remove solid fuel, which is a source of the formation of harmful substances, from the sintering mixture and to refuse gas suction through the sintering layer using blowing means.

Преимуществом заявляемого способа является также то, что его реализация не потребует перерасхода тепла, такого, к примеру, как при реализации способа производства плавленного железофлюса, где расплавляется вся шихта. В данном случае расплавляется 10-30% всей шихты, как и при производстве железорудных окатышей методом высокотемпературного обжига. Кроме того, экономии энергоресурсов способствует и высокий КПД оптических квантовых генераторов (лазеров) и плазмотронов. An advantage of the proposed method is that its implementation does not require excessive heat, such as, for example, when implementing the production method of fused iron flux, where the entire mixture is melted. In this case, 10-30% of the total charge is melted, as in the production of iron ore pellets by high-temperature firing. In addition, high energy efficiency of optical quantum generators (lasers) and plasmatrons contributes to energy savings.

Полезный эффект от осуществления заявляемого способа получения окускованного железорудного сырья на заявляемой конвейерной машине, обуславливающий его промышленную применимость, заключается в улучшении экологической обстановки за счет осуществления процесса спекания без просасывания газов через спекаемый слой и, соответственно, без использования тягодутьевых средств, а также за счет полного вывода из шихты твердого топлива. При этом вынос в атмосферу оксидов азота и моноксида углерода снизится до нуля. The beneficial effect of the implementation of the proposed method for producing agglomerated iron ore raw materials on the inventive conveyor machine, which determines its industrial applicability, is to improve the environmental situation by implementing the sintering process without sucking gases through the sinter layer and, accordingly, without the use of blowing means, as well as due to the complete output from the mixture of solid fuel. In this case, the removal into the atmosphere of nitrogen oxides and carbon monoxide will decrease to zero.

Claims

1. The method of production of agglomerated iron ore raw materials on a conveyor machine, including loading the mixture, sintering with the effect of concentrated energy on the layer, which ensures the melting of the upper layer of the mixture, characterized in that the mixture is loaded into molds sprayed with two layers of milk of lime, the lower of which consists of unburnt iron ore pellets and return, and the top layer is a mixture of hematite iron ore with calcium flux, the chemical composition of which corresponds to a eutectic in the system CaO Fe ₂ O ₃ or CaO - Fe ₂ O _3, SiO _2, wherein the mixture ratio of the height to the total height of the layer of the sintered layer is equal to (0.1 0.3) 1, and the impact energy on the concentrated layer is carried out with an intensity which provides complete melting of the layer of the mixture and filling the obtained melt with pores between the iron ore pellets and return.

2. A conveyor machine for the production of agglomerated iron ore raw materials, comprising a device for loading the upper and lower layers of the charge and a container for sintering the mixture, characterized in that the machine is equipped with a spray unit of lime milk for sintering the mixture and a source of concentrated energy installed before and after the devices for loading the charge layers, respectively, while the capacity for sintering the charge is made in the form of molds.