научная статья по теме РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ НОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ БРИКЕТИРОВАНИЯ МЕЛКОФРАКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С ЖИДКИМ СТЕКЛОМ. ЧАСТЬ 1 Металлургия

Текст научной статьи на тему «РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ НОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ БРИКЕТИРОВАНИЯ МЕЛКОФРАКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С ЖИДКИМ СТЕКЛОМ. ЧАСТЬ 1»

УДК 662.8.053

РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ НОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ БРИКЕТИРОВАНИЯ МЕЛКОФРАКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С ЖИДКИМ СТЕКЛОМ*

© В.И. Бабанин, д-р техн. наук, НВФ «БРИК-92»

А.Я. Еремин, канд. техн. наук, ФГУП ВУХИН

Г.Н. Бездежский, канд. техн. наук, ОАО «ПКБ «Энергоцветмет»

Брикетирование в высокопроизводительных вал-ко-

вых прессах непрерывного действия мелкофракционных материалов с использованием связующих веществ представляется наиболее простым, доступным и низкозатратным способом окускования ценных топливных, рудных и минеральных сырьевых компонентов, а также ряда техногенных отходов, которые по своему агрегатному состоянию непригодны для непосредственного использования в технологических процессах и аппаратах металлургических переделов. Такая технология позволяет производить прочные куски (брикеты) одинаковых размеров, формы, массы и состава (компонентного и химического), отвечающие требованиям технологического процесса, в котором предполагается их использование [1-6].

Связующие вещества являются определяющим фактором в создании технологии брикетирования. Физико-химические, структурно-реологические, адгезионные свойства связующих определяют выбор параметров технологического процесса брикетирования, выход целых брикетов и их механическую прочность. Выбор связующего определяется, помимо обеспечения прочности брикетов, его доступностью, отсутствием как возможного отрицательного влияния на ход технологического процесса, так и примесей, способных ухудшить качество конечного продукта [2-7].

Однако не все виды связующих пригодны для создания непрерывного процесса производства брикетов, осуществляемого в вальцевых прессах низкого, среднего и высокого давления.

Неорганические минеральные вяжущие (цемент, известь, тонкодисперсные шлаки), которые одновременно играют роль флюсовой составляющей во многих металлургических процессах, несмотря на все их преимущества, не могут обеспечить требуемое состояние брикетируемой массы для получения на выходе из пресса «сырых» брикетов необходимой прочности. Создание условий твердения вяжущего в брикетах, аналогичных тем, которые применяются при изготовлении строительных изделий (пропарка, сушка), аппаратурно и технологически усложняет процесс. Это не решает проблему обеспечения высокого выхода как «сырых», так и товарных брикетов (выход целых брикетов не превышает 55-60%). Поэтому в большинстве предлагаемых технологий и реализованных на практике процессов дополнительно к неорганическому минеральному вяжущему, обеспечивающему конечную прочность брикетов, вводят жидкие (компаундированные) связующие, обес-

печивающие достаточно высокие выход и прочность «сырых» брикетов. Однако даже в этом случае для достижения удовлетворительной прочности и влагостойкости готовых брикетов необходима их продолжительная выдержка перед отправкой потребителям [1-7].

Среди «жидких» связующих условиям доступности, экономичности и удобства применения, а также санитарно-гигиеническим требованиям соответствуют органические (производные нефти) связующие различных модификаций, отходы некоторых производств: сульфитно-спиртовая барда (ССБ), мелясса (патока) и неорганические связующие - жидкое натриевое или калиевое стекло.

Однако применение брикетов на нефтяных связующих в шахтных печах, вагранках и агрегатах аналогичного типа не представляется возможным. Это обусловлено низкой термической прочностью (раздавливание при температурах 150-250 °С) брикетов и выделением летучих смолистых веществ, оседающих в газоходах и аппаратах тягодутьевой системы. В ряде случаев образующиеся смолистые вещества ухудшают качество целевого продукта, выводимого в парообразной фазе из шахтной печи (производство соды). Поэтому брикеты на битумных или пековых связующих необходимо подвергать дополнительной высокотемпературной (до 700-900 °С) обработке [6-8].

Сульфитно-спиртовая барда, несмотря на высокие вяжущие и клеящие свойства, представляет собой высокосернистый (3-6%), легкорастворимый и термически непрочный (разрушается при 350-500 °С) продукт [4-7]. Поэтому использование ССБ в качестве связующего для брикетирования целесообразно только на предприятиях цветной металлургии (в производстве меди, никеля) в пределах их территории с обеспечением условий транспортировки и хранения брикетов, исключающих воздействие влаги.

Патока (мелясса), как и ССБ, не обеспечивает влагостойкость и термическую прочность брикетов. Поэтому ее используют в основном как элемент компаунд-связующего с цементом или известью [6, 7].

Растворимое (жидкое) стекло представляет собой водный раствор силиката натрия (или калия), который после затвердевания обеспечивает как высокую влагостойкость, так и термическую прочность (до 900-950 °С) брикетов.

Брикеты на жидком стекле из различных рудных, топливных и минеральных материалов были с положительным результатом испытаны в шахтных, мартенов-

*Часть I. Продолжение статьи в № 2, 2007.

ских, ферросплавных и электросталеплавильных печах, а также при введении легирующих добавок сталей [1, 2, 4-6]. Растворимое стекло не вносит примесей, так как оксид натрия и диоксид кремния содержатся практически во всех рудных материалах. Отрицательное влияние на ход доменной печи и условия плавки оксидов щелочных металлов (Ыа20, К2О) и диоксида кремния, по мнению авторов работ [9-11], может быть нивелировано правильным подбором состава шлака по соотношению (Са0+М§0)/(ЯЮ2+А1203) для обеспечения его подвижности и хорошей поглощаемости щелочей.

Таким образом, растворимое стекло соединяет в себе практически все положительные качества как органических, так и минеральных вяжущих. Однако применение растворимого стекла в качестве связующего до настоящего времени не нашло достаточно широкого применения в промышленности. Основной причиной, ограничивающей широкое использование растворимого стекла, является проведение продолжительной (20-40 мин) операции по подготовке брикетируемой смеси к прессованию и необходимость осуществления дополнительных мероприятий, обеспечивающих получение брикетов требуемой прочности. Практически все разработчики предусматривали введение в технологическую цепочку или дополнительных аппаратов (сушка брикетов при температурах 150-250 °С в течение 20-40 мин или выдержке в автоклаве), или значительных площадей для хранения и накопления брикетов, где в результате длительного выдерживания (10-15 сут) происходило их естественное отверждение до необходимой прочности [2, 5-7].

Попытки применить растворимое стекло как вяжущий материал для брикетирования пылевидных руд и колошниковой пыли были сделаны Н.Д. Аверкиевым и Н.В. Удовенко [7] еще в начале 1930-х годов. Расход жидкого стекла при этом составлял 15-18%. Полученные «сырые» брикеты затем сушили при температуре 100-400 °С, после чего они приобретали удовлетворительную прочность.

При брикетировании более пористых материалов -мелкой руды с коксовой мелочью и известняком в соотношении 76:8:16 достаточно прочные брикеты были получены при расходе жидкого стекла 8-8, [5-7].

Однако применение жидкого стекла в качестве связующего все же не нашло широкого применения в промышленности. Многими исследователями был сделан вывод, что из-за большого расхода достаточно дорогое жидкое стекло непригодно для промышленного производства брикетов. Долгое время жидкое стекло использовалось только в лабораторных исследованиях, в основном в составе комбинированных связующих.

В МГИ в 1963 г. возобновили работы по окускова-нию флюоритовых флотационных концентратов с добавкой жидкого стекла, как связующего. Исследования показали, что при расходе жидкого стекла в количестве 3-5% при плотности 1,35-1,44 г/см3 можно получить достаточно прочные брикеты после их сушки при температуре 120-500 °С в течение 10-30 мин. Но более высокую эффективность показало применение его в составе комбинированных связующих (с известковой пушонкой, каустическим магнезитом и др.) [7].

Специалистами ВНИИМЕТМАШ и МИСиС были получены железорудные брикеты с использованием добавок жидкого стекла и шлака производства феррохрома [12]. Однако эти добавки ухудшили химический состав железорудного сырья и потребовали значительных энергозатрат для сушки «сырых» брикетов при высоких температурах или их длительного выдерживания до естественного затвердевания.

Анализ материалов проведенных ранее исследований и опыта промышленной эксплуатации установок брикетирования с использованием в качестве вяжущего жидкого стекла показал, что практически во всех случаях использовались технологические и технические приемы, принятые в производствах силикатных покрытий, огнеупорных бетонов, керамических и теплоизоляционных материалов, формовочных смесей и т.д.

В то же время, достаточно подробно разработанные теоретические представления как о механизме брикетирования со связующими [7, 13], так и об особенностях прессования сыпучих мелкофракционных материалов [14, 15], были применены весьма ограниченно. Не был должным образом оценен и промышленный опыт брикетирования материалов в валковых прессах при использовании битумных связующих.

При разработке технологии брикетирования с использованием в качестве связующего растворимого стекла основывались на том, что структурообразующие процессы определяются сложными физико-химическими явлениями на границе раздела твердой и жидкой фаз в момент их взаимодействия и зависят от интенсивности уплотнения смеси и условий контактирования частиц, покрытых клеевой пленкой, в период прессования.

Создание устойчивого структурного каркаса брикета осуществляется в несколько стадий, характерных для любого процесса склеивания. Вначале жидкие связующие наносятся на зерна (первый этап), затем формируются различные зерноклеевые комплексы, а связующее переходит в вязкотекучее состояние (второй этап). Затем разнообразные зерноклеевые комплексы соединяются в процессе прессования (третий этап) и, наконец, при охлаждении (или выдерживании) брикетов связующее переходит в «твердое» состояние (четвертый этап).

Каждому этапу структурообразования присущи специфические особенности и характерные требования. На первом этапе необходим макс

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.

Показать целиком