УДК 669.162.1:622.788
БРЭКСЫ - НОВЫЙ ЭТАП В ОКУСКОВАНИИ СЫРЬЯ ДЛЯ ДОМЕННЫХ ПЕЧЕЙ
© Курунов Иван Филиппович, д-р техн. наук, проф. ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат». Россия, г. Липецк. E-mail: kurunov_if@nlmk.ru Бижанов Айтбер Махачевич
J.C.Steele & Sons Inc. США, Statesville, NC. E-mail: abizhanov@jcsteele.com Статья поступила 18.02.2014 г.
Введенная в промышленную эксплуатацию в апреле 2011 г. на металлургическом заводе компании Suraj Products Ltd в г. Руркела (Индия) промышленная линия по производству брикетов по технологии жесткой вакуумной экструзии успешно функционирует. Производимые из металлургических отходов (шламы и колошниковая пыль) и железорудной мелочи брикеты экструзионные (брэк-сы) являются новым компонентом доменной шихты. Металлургические свойства брэксов позволили увеличить их долю в шихте доменной печи до 100%, вывести из шихты известняк и сократить расход кокса на 200 кг/т.
Ключевые слова: доменная печь; шихта; жесткая вакуумная экструзия; брикеты экструзионные (брэксы).
История промышленного окускования железорудных материалов берет свое начало с первого коммерчески успешного проекта «Грён-даль» производства брикетов из мелкой магне-титовой железной руды, реализованного в 1899 г. в Финляндии [1]. Брикеты получали на оборудовании, применявшемся в то время для производства кирпича. Они имели форму и размер обычного строительного кирпича и производились из увлажненной руды без использования связующего. Сырые брикеты подвергались упрочняющему обжигу в туннельной печи с температурой в зоне горения 1400 °С. Несмотря на необычные для доменных печей размеры, эти брикеты успешно применялись в доменной плавке на заводе в Пит-каранта. В процессе окислительного обжига из руды удалялась сера и уменьшалось содержание железа, которое в брикетах составляло 90% от исходного в руде. Пористые брикеты имели высокую восстановимость, и их применение привело к сокращению расхода кокса и повышению производительности печей. Успех проекта способствовал его быстрому распространению, и в 1913 г. работали уже 38 подобных линий брикетирования (16 в Швеции, 12 в Англии, 6 в США) [1]. В начале 1920-х годов для окускования рудной мелочи и отходов стали применять и другие технологии брикетирования, включая производство безобжиговых брикетов. Будучи единственным видом окускованного сырья в это время, брикеты находили широкое применение в доменном производстве. Так, например, их доля в шихте домен-
ных печей (ДП) завода Вест в Кальбе достигала 30-40%, а в низкошахтной ДП завода Макс Хютте (Германия) - 100%. Эти брикеты изготавливали из железорудной мелочи, известняка и коксовой пыли [2]. В ДП Кушвинского завода доля брикетов в шихте достигала 25%. Брикеты в количестве до 100 тыс. т в год применялись в ДП Керченского и Таганрогского металлургических заводов [3]. Однако с появлением и развитием высокопроизводительной агломерации железных руд и концентратов методом спекания брикетов этот метод не смог конкурировать с этой новой технологией из-за низкой производительности применяемого оборудования.
В настоящее время окускование техногенных и природных металлосодержащих материалов методом брикетирования с получением безобжиговых брикетов на минеральной или органической связке вновь находит все более широкое применение, в том числе и в доменном производстве. Применяются три технологии брикетирования -прессование в валках, вибропрессование и жесткая вакуумная экструзия. Применение жесткой вакуумной экструзии для окускования мелкой руды и дисперсных металлургических отходов в начале XXI в. освоила компания J.C.Steele & Sons, ^ Inc. (США), основанная в 1889 г. Эта современная ™ технология заключается в продавливании под ^ давлением 3,0-3,5 МПа через отверстия в фильере влажной (12-16%) гомогенной смеси брикети- £
с;
руемых материалов со связующим под вакуумом, 5 создаваемым в рабочей камере экструдера ваку- s
умным насосом. Производительность промышленных экструдеров фирмы J.C.Steele & Sons, Inc. составляет 15-115 т/ч. В настоящее време эти экструдеры и технология применяются для производства кирпичей более чем в 60 странах мира. Применение шнековой экструзии для окускова-ния руды и металлургических отходов началось в 1990-х годах, когда была пущена линия брикетирования (20 т/ч) шламов и колошниковой пыли на металлургическом заводе фирмы Bethlehem Steel в США. Получаемые брикеты проплавляли в доменных печах. Линия проработала до закрытия завода в 1996 г. В 1993 г. в Колумбии (горнорудная компания BHP Billiton) была введена в эксплуатацию линия для производства экструзионных брикетов годовой производительностью 700 тыс. т. Брикеты производятся из пылей аспирации производства ферроникеля и мелочи латеритовой никелевой руды. Глинистая пустая порода руды позволяет получать брикеты без применения связующего, что минимизирует эксплуатационные затраты на 1 т брикетов. В 2009 г. состоялся пуск аналогичной фабрики брикетирования уже в Бразилии (компания Vale).
В апреле 2011 г. на металлургическом заводе компании Suraj Products Ltd в г. Руркела (Индия) начала работать промышленная линия по производству брикетов для доменной печи из металлургических отходов (шламы и колошниковая пыль) и железорудной мелочи по технологии жесткой вакуумной экструзии. Производительность этой линии составляет 20 т/ч или в среднем 6000 т в месяц при двухсменной работе и 20 рабочих днях в месяц, что полностью обеспечивает потребность доменного процесса в окускованной шихте. Экструзионные брикеты на цементной связке, имеющие оптимальные и регулируемые размеры и управляемый химический состав, являются шихтовым материалом нового поколения. В настоящее время этот материал получил официальное название БРЭКС (BREX), зарегистрированное в ФИПС [4]. Металлургические свойства брэксов полностью удовлетворяют требованиям к шихтовым материалам доменного производства, что позволяет успешно применять их в доменной плавке, а 2 также в ферросплавных и сталеплавильных пе-7 чах [5-8].
Первый промышленный эксперимент по применению в ДП брэксов в качестве основ-£ ного компонента доменной шихты [9] успешно < перерос в обычную практику работы печи. Бо-s лее 2,5 лет небольшая ДП (рис. 1) предприятия
Suraj Products Ltd в г. Руркела (Индия) работала на шихте, состоящей из брэксов (80%) и богатой железной руды фракции 15-50 мм (20%), на сегодня уже полгода эта ДП работает на моношихте из брэксов. На этом предприятии брэксы на цементной связке производятся из дисперсных железосодержащих отходов (сталеплавильные шламы и пыль - 50%, доменный шлам и колошниковая пыль - 20%, мелочь (0-5 мм) железной руды - 30%, портландцемент 6% и бентонит до 0,5%). Успех проекта стал возможным в том числе вследствие всестороннего изучения металлургических свойств брэксов и совершенствования режимов их использования в качестве шихтовых компонентов, выполненного авторами настоящей статьи [6-8] совместно с коллегами в Индии. Специалисты Suraj Products Ltd следовали рекомендациям относительно изготовления и использования брэксов в шихте ДП, основанным как на результатах упомянутых исследований, так и на итогах анализа работы печи во время посещений авторами металлургического завода в Индии.
Работа ДП на шихте из 100% брикетов, безусловно, знаковое событие в доменном производстве, но это в очередной раз лишь подтверждает, что зачастую «новое» является хорошо забытым «старым» [2]. Новый виток развития технологии производства окускованного сырья для ДП путем брикетирования и технологии доменной плавки с применением брикетов обусловлен появлением высокопроизводительной и экономичной техники брикетирования по способу жесткой вакуумной экструзии. В настоящее время, как уже говорилось выше, годовая производительность линий брикетирования путем экструзии достигает 700 тыс. т, что соответствует производительности агломерационной машины площадью спекания 75-100 м2.
Основные преимущества технологии окуско-вания способом жесткой вакуумной экструзии следующие:
- экологическая чистота при производстве брэксов, т.е. отсутствие газообразных, твердых и жидких выбросов;
- полное отсутствие каких-либо отходов;
- отсутствие постоянного технологического цикла возврата;
- идеально отвечающие требованиям доменной технологии геометрические размеры и форма получаемых брэксов (рис. 2) и возможность оптимизации этих размеров в процессе производства;
Рис. 1. Доменные печи предприятия Suraj Products Ltd
- возможность производства самовосстанавливающихся брэксов с использованием дешевых углеродсодержащих дисперсных природных или техногенных материалов неорганического и органического происхождения;
- высокая прочность «сырых» брэксов на выходе из экструдера, позволяющая осуществлять их транспортировку и штабелирование с использованием стандартного оборудования (рис. 3).
Для стран с резко континентальным климатом недостатками обсуждаемой технологии оку-скования способом жесткой вакуумной экструзии являются:
- необходимость осуществлять все технологические операции (шихтовка, смешивание, экструзия, упрочняющее вылеживание) в закрытом помещении и при положительной температуре (выше +5 °С);
- необходимость иметь закрытый склад для упрочняющего вылеживания брэксов (площадь 1,5-1,75 м2/1000 т брэксов в год).
Успешная практика применения брэксов в качестве основного, а затем и единственного компонента доменной шихты обусловлена их физическими и физико-химическими характеристиками, которые удовлетворяют требованиям к сырьевым материалам доменной плавки на всем жизненном цикле брэксов от момента их выхода из фильеры экструдера до образования из них чугуна в ДП. Действительно, на пути от экструдера до штабеля упрочняющего вылеживания, а затем до штабеля готовых брэксов они не образуют мелочи. Незначительное количество мелочи образуется только при заборе брэк-сов автопогрузчиками из штабелей. Это позволяет исключить операцию отсева мелочи перед
Рис. 2. Открытый склад брэксов на предприятия Suraj Products Ltd
загрузкой брэксов в печь без ущерба для ДП. Скипы с брэксами не содержат мелочи, и их ссы-пание из бункера в ск
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.