Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса, постановка задач диссертационной работы 12
ГЛАВА 2. Исследования и разработка технологии упрочнения агломерата ферритнокальциевыми флюсами 29
2.1 Факторы, определяющие механическую прочность агломерата 29
2.2 Технологии упрочнения агломерата за счет ввода в шихту гематито доломито-известняковой смеси 34
2.3 Ввод в агломерационную шихту специально приготовленных синтетических ферритов кальция 36
2.4 Исследования минералогического состава агломератов, полученных с использованием синтетических ферритов 39
2.5 Выводы 50
ГЛАВА 3. Промышленные испытания способов эффективного офлюсования агломерационной шихты в ОАО «Евраз кгок» 51
3.1 Технико-экономические результаты аглодоменного процесса при офлюсовании агломерата известью 51
3.2 Технико-экономические результаты аглодоменного процесса при офлюсовании агломерата синтетическими ферритами кальция 54
3.3 Выводы 56
ГЛАВА 4. Исследование вязкопластичных свойств и фильтруемости продуктов плавки железорудных агломератов через коксовую насадку и влияние оксидов магния и марганца 58
4.1 Зависимость вязкопластичных свойств железорудных агломератов от химического состава 59
4.2 Методики определения температурного интервала «размягчения-плавления» и фильтруемости продуктов плавки 66
4.3 Исследование вязкопластичных свойств железорудных материалов и влияния оксидов магния и марганца 76
4.4 Исследование процесса фильтрации продуктов плавки железорудных агломератов через коксовую насадку и влияния оксидов магния и марганца 81
4.4.1 Влияние магнезиальных добавок на фильтруемость агломератов ОАО «ММК» 82
4.4.2 Влияние минерального состава магнезиальных добавок на фильтруемость агломератов ОАО «ВГОК» 84
4.4.3 Влияние марганцевых добавок на фильтруемость агломератов ОАО «ЧМК» 88
4.4.4 Влияние марганцевых добавок на фильтруемость агломератов ОАО «НЛМК» 91
4.5 Выводы 92
ГЛАВА 5. Исследование межфазовых процессов, проходящих на границе раздела «кокс-шлак» при фильтрации продуктов плавки 96
5.1 Методика исследования 96
5.2 Исследование механизма поведения промежуточных шлаков при фильтрации продуктов плавки через коксовую насадку 97
5.2.1 Фильтрация продуктов плавки железорудных материалов ОАО «НТМК» 97
5.2.2 Фильтрация продуктов плавки железорудных материалов ОАО «ММК» 103
5.3 Выводы 119
ГЛАВА 6. Промышленная апробация агломерата с улучшенными металлургическими свойствами в условиях доменной плавки 121
6.1 Доменная плавка агломерата с улучшенными металлургическими свойствами 124
6.2 Выводы 131
Основные научные и практические результаты диссертационной работы 132
Библиографический список 135
- Технологии упрочнения агломерата за счет ввода в шихту гематито доломито-известняковой смеси
- Исследования минералогического состава агломератов, полученных с использованием синтетических ферритов
- Технико-экономические результаты аглодоменного процесса при офлюсовании агломерата синтетическими ферритами кальция
- Исследование вязкопластичных свойств железорудных материалов и влияния оксидов магния и марганца
Технологии упрочнения агломерата за счет ввода в шихту гематито доломито-известняковой смеси
Рассматривая источники, анализирующие силикатные связки в агломерате [4, 5, 10], нужно отметить, что зависимость фазового состава силикатной связки готового агломерата от основности шихты существует только при условии, что флюс, часть рудных и нерудные составляющие шихты являются в процессе спекания реакционноспособными компонентами, т.е. целиком вступают в реакцию минералообразования на стадии жидкофазного упрочнения. При спекании агломератов из концентратов железистых кварцитов при основности шихты 1,0—1,2 в готовом агломерате рудная фаза представлена магнетитом, а силикатная связка ферромонтичеллитом.
При основности агломерата 1,2 наряду с ферромонтичеллитом кристаллизуется двухкальциевый силикат. Фаза двукальциевого силиката в средней и нижней частях пирога кристаллизуется из железосиликатного расплава, поэтому наблюдается четкая приуроченность его к силикатной связке. В агломератах средней основности сохраняется -модификация двухкальциевого силиката. Стабилизирует -Ca2SiО4 в этом случае ферромонтичеллитовая фаза, хотя наличие в решетке двухкальциевого силиката некоторого количества FeO (до 0,5%) указывает на возможность кристаллохимического фактора стабилизации. При достаточной глубине взаимодействия компонентов шихты готовый агломерат, где основная рудная фаза — магнетит, находится в связке оливинов, обладает высокими прочностными свойствами в холодном состоянии и при восстановительно-тепловой обработке — в доменной печи.
Дальнейшее повышение основности агломератов до 1,4 и выше приводит к заметному росту в составе связки количества двухкальциевого силиката вместо ферромонтичеллита.
При основности 2,0 в составе агломерата образуется до 10—12 % двухкальциевого силиката в ассоциации с ферромонтичеллитом. При таком количестве двухкальциевого силиката ферромонтичеллит не в состоянии противостоять разрушительной силе фазового перехода -модификации в -Ca2SiО4. При охлаждении агломерат рушится, давая большой выход мелочи. Такой порядок минералообразования присущ агломератам, спеченным из железистых кварцитов, где силикатные составляющие руды представлены только кварцем, и офлюсованная шихта практически является трехкомпонентной системой СаО-Fe3О4-SiО2.
Переход на ферритно-кальциевую связку и повышение служебных характеристик железорудного агломерата достигается также при повышении основности шихты и применении при его производстве ферритных смесей.
Одними из первых, предложивших технологию использования ферритных смесей для производства железорудного агломерата, направленную на управление формированием микроструктур, были В. Я. Миллер, С. В. Базилевич и др. [11] получившие прочный агломерат основностью 5 из смеси лебединского концентрата и соколовской руды (расход топлива 4,5-6 %). Изучение структуры агломерата показало, что единственной связкой являются в нем ферриты кальция. Наряду с двухкальциевым силикатом в агломерате присутствовал трехкальциевый силикат.
Затем группа исследователей (Г.Г. Ефименко, Д.А. Ковалев и др.) [12], предложила технологию использования ферритных смесей для производства железорудного агломерата, направленную на управление формированием микроструктур. Вероятно, это предложение опередило свое время. Попавшая на технологически неподготовленную почву эта технология не принесла ожидаемых результатов.
Более грамотно в этом направлении действовали японские исследователи, внедрившие в повседневную практику наиболее современную технологию производства железорудного агломерата – на ферритной связке, имеющей игольчатую структуру. Японскими исследователями установлено, что только мелкопористая структура гематита и игольчатого кальциевого феррита обеспечивает требуемые показатели восстановимости и горячей прочности. Однако получение агломерата с преобладанием таких фаз требует строгого соблюдения температурного режима, повышенной основности агломерата при относительно высоком содержании Al2O3. Кроме того, игольчатый феррит неустойчив при температуре выше 1300 C. [13]. Изучая игольчатый полукальциевый феррит в агломерате ОАО «ММК» Т. Я. Малышева пришла к похожим выводам [5].
Анализ технологий производства агломерата на действующих агломерационных фабриках России показывает [10], что в настоящее время практически на всех предприятиях исчерпаны возможности интенсификации процесса спекания, а достигнутый предел по производительности машин не позволяет реализовать технологию спекания шихты в высоком слое, но и ее наиболее совершенную разновидность – технологию производства высококачественного ферритного агломерата при пониженном расходе твердого топлива (включающую в качестве элемента технологию высокослойного спекания). Реальный путь внедрения технологии производства качественного агломерата на действующих предприятиях – создание резерва по производительности агломашин за счет повышения газопроницаемости шихты в процессе спекания.
В настоящее время в мировой практике переход на технологию производства ферритного агломерата осуществляется только на основе применения специально подготовленной негашеной извести.
В этом плане значительный опыт накоплен на агломерационных фабриках Украины, первыми в мире наладившими ее широкое производство и применение [14]. Освоение в пятидесятых-шестидесятых годах прошлого века технологии спекания тонкоизмельченных концентратов с использованием извести явилось крупным достижением. Однако этот опыт проявил и существенные отрицательные моменты, связанные с использованием несовершенных обжиговых машин, низким качеством извести и необеспеченностью технологического процесса производства агломерата необходимым смесительным оборудованием и дробильными средствами. Ощутимых отрицательных последствий, по крайней мере, три: резкое повышение колеблемости состава агломерата по выходу мелочи класса 0-5 мм, по массовой доле железа и основности, а также существенное ухудшение экологической ситуации. Все эти недостатки связаны с отсутствием на агломерационных фабриках современных технологий. Влияние MgO и MnO на комплекс металлургических свойств железорудных агломератов. В литературе имеются разрозненные, порой противоречащие друг другу сведения о роли оксидов магния и марганца в доменном процессе Первой и единственной стала монография В.И. Гладышева [15], в которой автор попытался объединить и систематизировать промышленный опыт применения марганцевых добавок, сделав упор на ферросплавном производстве.
В литературе широко исследованы теоретические основы и механизмы восстановления марганца в лабораторных условиях [16 – 20], образование карбидов и силицидов марганца [21, 22], подробно изложено влияние марганца на вязкость доменных шлаков [23– 29], исследовано распределение марганца в доменном процессе [29 – 32], но работ по исследованию влияния оксидов марганца в железорудном сырье на процессы, проходящие на границе «кокс-шлак», на фильтруемость промежуточного шлакового расплава через коксовую насадку нет. Отсутствуют также данные и о структуре пограничной области между зонами когезии и коксовой насадки.
Исследования минералогического состава агломератов, полученных с использованием синтетических ферритов
Для выяснения влияния степени ассимиляции оксида магния, марганца и кальция в аглопроцессе на металлургические свойства агломерата и изучения минералогического состава агломератов, полученных с использованием синтетических ферритов был проведен микрорентгенофазовый анализ.
Для этого из отобранных агломератов были приготовленные аншлифы. Далее на поверхность аншлифов был напылен тонкий проводящий слой углерода необходимый для снятия заряда и экранирования падающего пучка от накопленного в объеме материала заряда. Подготовленные таким образом аншлифы подвергли микрорентгеноструктурному анализу (MPA) с помощью растрового электронного микроскопа (Scanning Electron Microscope, SEM) JSM-5900LM.
Основанный на телевизионном принципе развертки тонкого пучка электронов по поверхности образца JSM-5900LM позволяет получать изображения поверхности объекта с высоким (до 0,4 нанометра) пространственным разрешением, а также информацию о составе, строении и некоторых других свойствах приповерхностных слов. Облучение образца пучком электронов приводит не только к образованию вторичных и отражнных электронов, анализ которых позволяет получить информацию о рельефе, морфологии и составе образца, а также вызывает испускание характеристического рентгеновского излучения. Анализ этого излучения позволяет определить элементный состав микрообъма образца.
В каждой пробе агломерата был выбран наиболее характерный участок микроструктуры, получены его изображения в характеристических рентгеновских излучениях, определен химический состав основных минеральных фаз, рассчитано соотношение оксидов, входящих в состав минералов.
Были проанализированы лабораторные агломераты ОАО «НЛМК» и промышленные агломераты ОАО «ЕВРАЗ-КГОК».
На рис. 2.2. приведен фазовый состав базового агломерата ОАО «НЛМК» с идентификацией фаз, а на рис. 2.3. –агломерата ОАО «НЛМК» с полной заменой флюсов синтетическими ферритами кальция, введенными в форме аглофлюса.
Фазовый состав пробы базового агломерата ОАО «НЛМК» в характеристических рентгеновских лучах. Обозначения в табл. 2.4. Таблица 2.4 – Химический и минералогический состав фаз пробы базового агломерата ОАО «НЛМК». Кислород по стехиометрии. Все результаты в соединениях %.
Железосиликатная фаза представлена минералами двух видов: кристаллами двухкальциевого силиката (C2S) и кристаллами ферритов кальция (CF). Фазовый состав агломерата с синтетическими ферритами кальция, вводимых в форме аглофлюса, представлен на рис. 2.3. Отличие минерального состава агломерата с аглофлюсом от базового заключается в том, что железорудный минерал образуется путем кристаллизации гематита из расплава и обогащен марганцем. Силикатная связка полностью раскристаллизована, двухкальциевый силикат стабилизирован ферритами кальция. Этот минеральный состав определяет высокую прочность, минимальный выход мелочи и длительное сохранение прочности при транспортировке и хранении агломерата (табл. 2.6). Рис. 2.3 – Фазовый состав пробы агломерата с синтетическими ферритами кальция в характеристических рентгеновских лучах. Обозначения в табл. 2.5.
Полная замена в аглошихте флюсов синтетическим ферритнокальциевым флюсом позволяет повысить производительность, снизить расход твердого топлива и существенно улучшить прочность агломерата, что будет способствовать снижению отсева мелочи в доменном цехе ОАО «НЛМК» до 50 %.
Для выяснения влияния степени ассимиляции оксида магния, марганца и кальция в аглопроцессе на металлургические свойства агломерата вообще, и фильтруемости шлака при доменной проплавке в частности, были проведены промышленные испытания агломерации с аглофлюсом на Качканарском ГОКе с последующей проплавкой произведнного агломерата CaO/SiO2 = 2,1 ед. в смеси с окатышами CaO/SiO2 = 0,4 ед. в доменных печах ОАО «НТМК».
С целью выявления различий микроструктуры аглоспка были проведены работы по снятию паллет агломератов с агломашины №2 на КГОК при двух режимах агломерации: - типовой режим при офлюсовании известняком; - при офлюсовании синтетическим ферритнокальциевым флюсом. Аглоспек на паллетах подвергли горизонтально-вертикальной разборке с исследованием комплекса металлургических свойств, включая микрорентгеноспектральный анализ. Для микрорентгеноспектрального анализа были взяты пробы из верхней, средней и нижней частей слоя, а также проба с охладителя, соответствующая базовому режиму. В каждой пробе агломерата был выбран наиболее характерный участок микроструктуры, получены его изображения в характеристических рентгеновских излучениях, определен химический состав основных минеральных фаз, рассчитано соотношение оксидов, входящих в состав минералов. На рис. 2.4. приведен фазовый состав базового агломерата из верхней - наименее прочной части слоя агломерата с идентификацией фаз, а в табл. 2.7 их минералогический состав.
Фазовый состав пробы в характеристических рентгеновских лучах (верхняя часть слоя базового агломерата). Обозначения в табл. 2.7.
Из табл. 2.7 видно, что по поверхности образца равномерно распределены только марганец и ванадий. Остальные элементы концентрируются по различным фазам. В основном имеется две фазы: железорудный минерал и силикатная связка. В силикатной связке концентрируются оксиды кремния, кальция, титана и алюминия. В железорудных минералах сосредоточено железо, кислород и магний. Железорудная фаза представлена минералами двух видов: окисленный исходный магнетит и вторичный гематит, кристаллизующийся из расплава.
Наличие в составе железного минерала титана, кремния и алюминия указывает на его частичное расплавление и исходное происхождение. Отсутствие в составе железного минерала указанных выше оксидов говорит о его кристаллизации из расплава и его можно назвать вторичным гематитом.
Силикатная фаза базового агломерата представлена стеклом и кристаллами двухкальциевого силиката (C2S), кристаллизующимися совместно с титанатом кальция (CT) – перовскитом. Эти высокотемпературные фазы кристаллизуются из ферритнокальциевого расплава – предположительно из двухкальциевого феррита. Силикатное стекло содержит титан до 27% абс. Диоксид расположен на границе рудных фаз титана (фазы 10,11,12,13 табл.2.7). Стекло является основной частью силикатной связки, располагается на границах рудных зерен и определяет прочность агломерата.
Технико-экономические результаты аглодоменного процесса при офлюсовании агломерата синтетическими ферритами кальция
В используемой методике принципиальное значение имеет специальная подготовка железорудного сырья и кокса. Подготовка железорудного сырья заключается в восстановительно-тепловой обработке (восстановлении) железорудного сырья с одновременным науглероживанием восстановленного продукта (железа). Степень науглероживания железорудной части шихты оценивают по массовой доле углерода и выдерживают в пределах реального науглероживания в зоне плавления доменной печи. Восстановительно-тепловая обработка (восстановление) осуществляется по стандартной методике, предусмотренной ГОСТ 21707-76.
Подготовка кокса заключается в том, что кокс подвергается частичной газификации. Газификацию кокса осуществляют в соответствии с методикой по определению показателей реакционной способности и послереакционной прочности кокса, регламентируемой ГОСТ Р 50921-2005. Восстановительно-тепловая обработка (восстановление) железорудного сырья с одновременным науглероживанием восстановленного продукта, а также газификация кокса необходимы для обеспечения идентичности условий, при которых будет определяться фильтрация расплава через коксовую насадку или дренажная способность коксовой насадки, условиям, имеющим место в реальной доменной плавке, а продукты, участвующие в заявляемом способе, имели характеристики, максимально приближенные к характеристикам продуктов в процессе доменной плавки. Выполнение указанных условий обеспечивает соблюдение критериев подобия.
Степень науглероживания восстановленного железорудного сырья и газификации кокса обеспечивают исходя из степени науглероживания железорудного сырья и газификации кокса, имеющих место при реальной доменной плавке в зоне плавления.
После получения восстановленного науглероженного продукта и газифицированного кокса, их охлаждают. Охлаждение восстановленного науглероженного продукта и кокса, подвергшегося газификации, необходимо для выполнения последующей операции – этапа формирования навески (порций шихты).
Этап формирования навески включает расчтное определение требуемого количества восстановленного науглероженного продукта и газифицированного кокса с последующим дозированием расчтных количеств. Выполнение указанного условия обеспечивает требуемую точность и воспроизводимость данной методики. Точно дозировать необходимое количество восстановленного науглероженного продукта и кокса, подвергшегося газификации, представляется возможным только в охлажденном состоянии.
Требуемое количество восстановленного науглероженного продукта и газифицированного кокса рассчитывают на основании их соотношения, т.н. «рудной нагрузки на кокс» в зоне плавления исходя из реальных условий, имеющих место в доменной печи. Рудная нагрузка на кокс – отношение массы железорудной части шихты (железорудное сырье) к массе кокса. Различают «рудную нагрузку на кокс» на колошнике, т.е. при загрузке исходных железорудных материалов и кокса в доменную печь и рудную «нагрузку на кокс» в зоне плавления. Рудная нагрузка на кокс в зоне плавления отличается от рудной нагрузки на кокс на колошнике за счет убыли массы кокса в результате его частичной газификации и за счет уменьшения массы железорудной части шихты вследствие восстановления оксидов, например, оксидов железа.
Принципиальное значение имеет оперирование «рудной нагрузкой на кокс в зоне плавления». Соотношение восстановленного науглероженного продукта и газифицированного кокса определяется путм пересчта рудной нагрузки на колошнике в величину «рудной нагрузки на кокс» в зоне плавления. Для этого исходную рудную нагрузку на колошнике т.е. при загрузке исходных материалов в доменную печь пересчитывают в рудную нагрузку на кокс в зоне плавления с учетом убыли массы кокса в результате его частичной газификации и с учетом уменьшения массы железорудной части шихты вследствие восстановления, например, оксидов железа.
После дозирования необходимого количества восстановленного науглероженного продукта и газифицированного кокса осуществляют плавление восстановленного науглероженного продукта на стационарно-структурированной коксовой насадке, образованной из кокса, прошедшего газификацию и отобранного в необходимом соотношении к количеству восстановленного науглероженного продукта. Кокс, образующий стационарно-структурированную насадку, не имеет возможности перемещаться в вертикальном и горизонтальном направлениях, при этом сохраняет возможность совершения кусками вращательных движений. Используемая в данной методике стационарно-структурированная насадка кокса зажата со всех сторон, аналогично коксу в доменной печи. Выполнение указанного условия обеспечивает соблюдение критерия подобия.
В используемой методике железорудная часть шихты состояла из агломератов и окатышей, образовавшихся после механических испытаний представительной пробы в соответствии с ГОСТ 151367-69. Исходная фракция кусков железорудной части шихты составляла 3-5 мм, при этом была получена дроблением и классификацией фракции +10 мм после испытания в стандартном барабане по ГОСТ 151367-69, как наиболее представительная.
Исходная фракция кокса составляла крупность 1922 мм в разделке под CSR и CRI. Кокс подвергали частичной газификации при условиях, соответствующих условиям испытания кокса на прочность, а именно: определение показателей реакционной способности (CRI) и послереакционной прочности (CSR) в соответствии с ГОСТ Р 50921-2005.
Железорудную часть шихты фр. 35 мм подвергали восстановительно-тепловой обработке (восстановлению) с одновременным науглероживанием. Для этого в железорудную часть шихты добавили буроугольный полукокс (можно бурый уголь) фракции 05 мм в количестве – на две части железорудной шихты одну часть буроугольного полукокса. Восстановительно-тепловую обработку с одновременным науглероживанием железорудной части шихты осуществляли в электропечи сопротивления с трубчатым графитовым нагревателем при токовой нагрузке на трубчатый нагревательный элемент, составляющей 3040 Ампер. Скорость нагрева обеспечивали в пределах 57С в минуту, продолжительность нагрева 180 минут, максимальная температура 1050С, что соответствует реальным условиям в шахте доменной печи.
После завершения процесса восстановления, восстановленный и науглероженный продукт в охлажденном состоянии отделяли от буроугольного кокса методом магнитной сепарации. Навеска частично газифицированного кокса, из которой в среднем тигле формировали коксовую насадку, по массе составляла 48-52 грамм. Масса восстановленной и науглероженной железорудной части шихты соответствовала расчтной величине рудной нагрузки на кокс в зоне плавления и составляла 265 грамм. Рудная нагрузка на кокс в зоне плавления соответствовала расчтным значениям и составляла 5,3 единиц.
Исследование вязкопластичных свойств железорудных материалов и влияния оксидов магния и марганца
Особенностью железорудного сырья ОАО «НЛМК» является высокое содержание свободного кремнезема, который в процессе плавки высаживается на поверхности кусков кокса. На коксе кремнезем восстанавливается с образованием карбидов кремния, которые свариваются с коксом и кремнеземом, образуя основу, на которой осаждается шлак, особенно кислый и с высоким содержанием оксида магния. Происходит загромождение коксовой насадки, которое не удается ликвидировать потоком шлака и окислительного газа, а также в процессе выдержки и повышения температуры.
Поверхность кокса, покрытая соединениями кремнезема, исключается из процесса генерации тепловой и восстановительной энергии, необходимой для эффективного протекания доменного процесса. На поверхности кокса накапливаются неплавкие массы и, в результате эта часть кокса потеряна, тратится не производительно, затрудняется дренаж продуктов плавки в горне.
Одним из путей устранения процесса загромождения коксовой насадки неплавкими массами является более полное связывание кремнезема в прочные соединения на основе оксида кальция –полутора- и двухкальциевый силикаты.
Процесс образования прочных силикатов требует затрат тепла и времени и должен завершаться до загрузки в доменную печь, то есть при агломерации. Как показывают исследования, даже при спекании высокоосновных шихт не удается полностью сформировать силикаты кальция, часть кремнезема присутствует в агломерате в виде стекла и также осаждается на коксе в процессе плавки.
Процесс минералообразования как при агломерации, так и в доменном процессе может быть ускорен при вводе в шихту специальных добавок-минерализаторов. Одним из наиболее эффективных минерализаторов является марганцовистый известняк осадочного происхождения месторождения Улу-Теляк. Тонкодисперсное прорастание оксидов кальция и марганца, и алюминия обеспечивают высокую активность процессов минералообразования при высокотемпературном взаимодействии компонентов шихты и ассимиляцию оксидов в образующемся расплаве.
Благодаря указанным особенностям марганцовистый известняк эффективно удаляет высадившиеся соединения на основе кремнезема с поверхности кокса при вводе в качестве добавки в проплавляемую доменную шихту.
Проведенные ранее исследования показали, что этими свойствами обладает высокоосновный аглофлюс с повышенным содержанием марганца (высокоосновный агломерат). При отсутствии условий для производства такого аглофлюса можно использовать марганцовистый известняк, разрабатываемое в России месторождение которого находится в Башкирии. Использование марганцевого известняка для удаления неплавких шлаковых масс на коксовой насадке менее эффективно, чем аглофлюса, так как ввод в шихту сырого известняка сопровождается увеличением расхода кокса.
Указанные выше материалы являются сильнодействующим средством для устранения загромождения горна неплавкими массами на основе оксида кремния в течение короткого времени. В результате исследований установлено, что повышение в обычном агломерате содержания оксида марганца до 0,4-0,8 % способствует повышению фильтруемости промежуточного шлака не только за счет улучшения текучести шлакового расплава и уменьшению содержания твердых частиц в шлаке (мелких частиц кокса, твердых частиц пиролизного углерода природного газа) из-за увеличения окислительного воздействия оксидов марганца. Использование такого агломерата в доменной шихте предотвращает прогрессивное загромождение горна и способствует удалению тугоплавких соединений с коксовой насадки. Благоприятное действие агломерата с повышенным содержанием марганца на коксовую насадку в горне растянуто во времени является более мягким, чем аглофлюса и марганцовистого известняка.
В результате проведенных лабораторных исследований установлено, что повышение эффективности работы доменных печей ОАО «НЛМК» и снижение газодинамического напряжения в нижней части доменной печи возможно за счет улучшения металлургических свойств агломерата. Наиболее простым и легко реализуемым способом улучшения металлургических свойств агломерата является ввод в шихту марганецсодержащего материала и увеличение содержания оксида марганца в агломерате до 0,4-0,8 %.
В связи с этим была подготовлена программа по проведению промышленных испытаний с вводом в аглошихту марганцовистого известняка.
Программой предусматривалось введение марганцовистого известняка в штабель железорудных материалов из расчета 35 кг/т агломерата. Фактически средний расход марганцовистого известняка составил 29,1 кг/т агломерата. В опытном периоде была получена более высокая удельная производительность и скорость спекания агломерата, чем в базовом. В опытном периоде на сопоставимом уровне остались показатели укладки по железу и основности.
Сравнение показателей работы доменных печей в опытном периоде и в проверочном периоде с базовым периодом показывает значительные улучшения уровня технологии, рост интенсивности плавки, увеличение объемов производства чугуна и снижение удельного расхода кокса.
Положительным фактором опытного периода является увеличение прихода марганца в проплавляемую доменную шихту за счет опытного агломерата (табл. 6.1) и повышение массовой доли MnO в конечных шлаках (табл. 6.3). Доля извлеченного в чугун марганца в опытном периоде (74 отн. %) также выше базовых показателей (72 отн. %). И после завершения опытного периода (в проверочном) величины извлечения марганца в чугун возвратились практически к уровню базового периода.
Указанная особенность подтверждает активность манганокальцита (МпО СаО) в части повышения фильтруемости шлакового расплава через коксовую насадку: для коксовых насадок с хорошей дренажной способностью (ДП-5), с высокой удельной поверхностью чистого (незашлакованного) и активного кокса рост прихода МпО с расплавом шихты не является проблемой в части восстановления, поэтому степень извлечения марганца в чугун не снижается; по мере снижения зашлакованности коксовой насадки степень извлечения марганца в чугун (в условиях постоянства величины прихода марганца) имеет тенденцию к увеличению и, наоборот, - по мере ошлакования коксовой насадки степень извлечения марганца в чугун снижается (ДП-5 в проверочном периоде).
Характеристикой эффективности повышенного содержания оксида марганца в агломерате является расчетный показатель газодинамической напряженности (ГДН) в зоне плавления, представляющий собой потери напора от объема горновых газов, продуцируемых за одну секунду.
При расчете газодинамической напряженности использовали показатель объемного секундного выхода фурменных газов при реальных условиях доменной печи. Кроме того, объем фурменных газов рассчитывали с учетом уменьшения величин избыточного давления на границах фурменный очаг - зона плавления.