Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Из различных способов упрочнения окатышей, во многом аналогичных методам упрочнения брикетов, рассмотрим сушку, обжиг и карбонизацию.
Естественная сушка окатышей — простейший способ упрочнения. Г.Я. Лейзерович показал, что прочность окатышей из медно-цинкового концентрата на раздавливание значительно возрастает по мере удаления из них влаги (рис. 31). Естественная сушка окатышей класса -10+3 мм шла относительно быстро: при комнатной температуре за 6—7 час. влажность снижалась с 12 до 4%. Быстрое нагревание окатышей с высоким содержанием влаги приводит к их разрушению; однако искусственная сушка окатышей с содержанием влаги менее 6% может производиться быстро и без нарушения их структуры.
Другими работами было показано, что подсушка окатышей медного сульфидного концентрата повышает их прочность в два раза. Подсушка окатышей окисленных никелевых руд при 100° упрочняет их; повышение температуры сушки со 100 до 500° мало влияет на прочность.
В Гинцветмете разработан метод подсушки мелких окатышей в кипящем слое горячими дымовыми газами.
Обжиг сырых окатышей железных руд, предназначенных для доменной плавки, осуществляется в шахтных печах, на агломерационных машинах и в трубчатых печах. Упрочнение окатышей при обжиге обусловлено образованием гематитовых кристаллов, связывающих первичные зерна магнетита. При дальнейшем нагреве происходят рекристаллизация и рост зерен гематита. Для ускорения процесса упрочнения сырые окатыши необходимо подвергать обжигу для окисления магнетита, которое начинается уже при 200—300°, а затем нагревать до 1150—1350° для рекристаллизации образовавшегося гематита; при высоких температурах происходят также рекристаллизация магнетита и ошлакование окатышей.
Обжиг окатышей в шахтных печах осуществляют на фабрике «Эри Майнинг Ко» в Авроре (США), на руднике «Мармаратон» (Канада), в Мальмбергете (Швеция). На опытной фабрике в Авроре, работающей в течение ряда лет, применяют печи сечением 1,83х4,27 м, высотой 15 м, производительностью по 900 т/сутки, или 110 т/м2*сутки. С двух сторон печи (рис. 32) расположены камеры горения, где сжигается жидкое топливо. Шахта имеет водяное охлаждение. В нижней части печи установлены зубчатые валки, обеспечивающие бесперебойную выгрузку обожженных и охлажденных окатышей. Обжиг ведут при температуре 1315°, расход мазута 14,6 л/т.
На рис. 33 приведена шахтная печь в Мальмбергете: высота ее 9 м; расход мазута 0,8% от веса окатышей. Печь имеет высокую степень автоматизации.
Основным преимуществом применения шахтных печей для обжига окатышей является высокий тепловой к. п. д. и связанный с этим низкий расход топлива. Однако шахтные печи имеют существенные недостатки, ограничивающие их применение. Часть шахты печи, используемая для подогрева сырых окатышей не может превышать по высоте 1 м, так как необожженные окатыши отличаются малой прочностью и плохо выдерживают давление более высокого столба материалов. В связи с этим на большинстве новых фабрик для обжига применяют агломерационные машины или напоминающие их ленточные машины.
На фабрике «Девис» в Силвер-Бей обжиг окатышей магнетитового концентрата ведут на 6 ленточных машинах с размером решетки 1,83х51,3 м; каждая машина обжигает 1800 т окатышей в сутки, или 19,1 т/м2 сутки. Высота слоя 305 мм; вертикальная скорость обжига 20—25 мм/мин.
Вся площадь просасывания машины разделена на три участка. На первом идет подсушка окатышей нагретым воздухом, продуваемым снизу вверх. На среднем участке идет обжиг при 1320° с просасыванием; для зажигания окатышей, покрытых слоем антрацита, над агломерационной машиной установлены 22 нефтяные горелки. В хвостовой части машины окатыши охлаждаются просасываемым воздухом до 320°; нагретый при этом воздух направляют в первые камеры сушки. Так как окатыши при обжиге частично спекаются, их пропускают через валковую дробилку, а затем сортируют на грохотах. Выход мелочи класса — 0,6 мм, идущей в возврат, составляет всего 2,5%.
На фабрике «Игл» в Ишпеминге окатыши флотационных гематитовых концентратов обжигают на агломерационных машинах с площадью просасывания 1,83х68,3 = 125 м2, отличающихся высокими бортами: высота слоя окатышей 900 мм. Вначале на колосники загружают слой постели высотой 100 мм, состоящий из обожженных окатышей, затем — тонкий слой антрацита в количестве около 0,3%, который зажигают над вакуум-камерами с просасыванием. На раскаленную поверхность постели загружают слой окатанных в угле сырых окатышей высотой 200 мм. Тележки машины поступают под вакуум-камеры, создающие тягу над слоем материала, в результате чего зона обжига перемещается снизу вверх. По мере протекания обжига загружают второй слой сырых окатышей высотой 200 мм, затем третий и четвертый слои. При полной высоте слоя 900 мм разрежение над ним составляет 510 вод. ст. После окончания обжига паллеты проходят через зону охлаждения, а просасываемый воздух используется в зоне обжига.
На рис. 34 показана схема установки для обжига с агломерационной машиной на фабрике «Коппер Клифф».
Опыты прокаливания окатышей сульфидных никелевых концентратов на агломерационной чаше были проведены А.Ю. Баймаковым, Б.Л. Кошурниковым и А.Д. Биченко. Ими было установлено, что оптимальной температурой прокаливания, обеспечивающей получение прочных окатышей, пригодных для электроплавки, является 1050—1100°. Перед прокаливанием необходима предварительная сушка окатышей во избежание их разрушения. При сжигании жидкого топлива с высоким содержанием водяных паров в отходящих газах возможно ведение процесса без подсушки. Расход жидкого топлива составлял 7%.
Иной способ обжига окатышей из таконитовых концентратов разработан фирмой «Аллис-Чалмерс»; схема опытной установки, испытанной в Карроллвилле, приведена на рис. 35.
Согласно схеме, сырые окатыши с помощью тарельчатого питателя 1 подают на наклонную чашу 2. Далее они поступают на движущуюся колосниковую решетку 3. Сначала окатыши проходят камеру сушки 4, где через слой просасываются дымовые газы с температурой 320—420°; эту камеру обслуживает вентилятор 6. Затем окатыши проходят камеру нагрева 5, где через них просасываются газы из вращающейся печи с температурой 1010—1070°. Далее прокаленные предварительно на решетке окатыши с прочностью на раздавливание 70—145 попадают во вращающуюся трубчатую печь, где при 1320° происходит окисление магнетита в гематит и окончательное упрочнение окатышей. Обожженные окатыши поступают в охладитель 10 и выгружаются.
Вращающаяся трубчатая печь отапливается любым видом топлива с помощью форсунки. Длина печи производительностью 3000 г в сутки около 100 м. Главное преимущество этого способа — экономия топлива вследствие высокой степени использования тепла отходящих газов.
При дальнейшем повышении температуры во вращающейся печи происходит частичное оплавление материала и руда превращается в плотные и прочные куски.
Основанный на этом метод окускования железной руды в трубчатых печах без предварительного окатывания известен еще с прошлого столетия, но после непродолжительного применения был вытеснен почти повсеместно агломерацией.
Во вращающихся трубчатых печах можно перерабатывать руду почти без всякой подготовки с высокой и переменной влажностью, а также с неравномерным ситовым составом; при окусковании практически не получается возврата, что приводит к низкому расходу топлива и делает процесс весьма экономичным. Но к существенным недостаткам процесса следует отнести склонность к настылеобразованиям, быстрый износ футеровки и сложность ремонта, громоздкость печей, относительно большой вынос пыли. Кроме того, при подобном спекании железной руды получается трудновосстановимый материал, менее пригодный для плавки, чем агломерат.
Несмотря на указанные недостатки, в последнее время трубчатые печи снова начали применять для трудноспекающихся концентратов. Так, например, в Вирджинии (США) на трубчатой печи длиной 106 м с внешним диаметром 3.5 м спекают тонкоизмельченные таконитовые концентраты. Печь (рис. 36) футерована шамотным кирпичом и обогревается двумя пылеугольными форсунками. Спеченный материал с температурой около 1300° охлаждается на решетках длиной 24,4 м, продуваемых вентилятором. Температура отходящих газов не превышает 300°. Производительность печи 1100 т концентрата в сутки, расход угля в пересчете на условное топливо около 7% к весу готового продукта. При переработке руды производительность печи составляла около 1000 т/сутки, а расход угля — около 9%.
Описанный процесс представляет интерес и для спекания окисленных никелевых руд, плохо поддающихся агломерации.
Помимо описанных выше приемов сушки и обжига (прокаливания), упрочнение окатышей, содержащих окись кальция, может быть осуществлено методом карбонизации, применяемым при брикетировании. Для ускорения процесса карбонизации П.И. Канавец предложил вводить в шихту катализаторы, представляющие собой разбавленные растворы промышленных гидролизаторов.
Под руководством П.И. Канавца и П.Н. Мелентьева в Институте горючих ископаемых проведены поисковые укрупненно-лабораторные опыты карбонизации окатышей окисленной никелевой руды.
Окатыши диаметром 10—15 мм подсушивали в течение 15—30 мин. и подвергали карбонизации в токе чистого углекислого газа при комнатной температуре в течение 2—2,5 час., что обеспечивало почти полную карбонизацию окиси кальция.
Опыты подтвердили, что методом карбонизации удается получить достаточно прочные окатыши в холодном состоянии. В процессе карбонизации происходило некоторое саморазогревание окатышей. Увеличение длительности подсушки сырых окатышей с доведением влажности до 5—9% мало влияло на изменение прочности холодных окатышей, но при нагреве прочность карбонизированных окатышей снижалась. Так, если нагретый до 600° окатыш разрушался под нагрузкой 36—43 кг, то нагретый до 900° разрушался под нагрузкой 11—21 кг, а нагретый до 1100° — при 5—10 кг.
В Гинцветмете под руководством Г.Я. Лейзеровича, Г.И. Дамской и А.А. Орионова разрабатывается процесс одновременной сушки и карбонизации окатышей в кипящем слое.