CC BY
26
РЕСУРСО- И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
УДК 669.292.3: 669.054.82 Панишев Н.В., Бигеев В.А.
ПЕРЕРАБОТКА КОМПЛЕКСНЫХ РУД ЮЖНОГО УРАЛА ГЛУБОКОЙ МЕТАЛЛИЗАЦИЕЙ
Аннотация. Переработка комплексных руд Южного Урала по доменному маршруту ограничена из-за высокого содержания в них MgO или ТЮ2. Основной целью исследования являлось установление оптимальных условий для получения гранулированного чугуна из комплексных руд путем их глубокой металлизации в печах с вращающимся подом (ПВП). В ходе исследования установлено, что процессы восстановления, плавления и отделения металла от шлака протекают в пределах 9-12 мин. Полученные результаты позволили определить технологические параметры процесса и могут быть использованы для проведения масштабных испытаний в ПВП.
Ключевые слова: комплексные руды, прямое восстановление, гранулированный чугун, ПВП.
В России, являющейся нетто-экспортером железорудного сырья (ЖРС), в благоприятных условиях работают металлургические предприятия, расположенные в центральных регионах. В сложном положении находятся предприятия Южного Урала. В ОАО «ММК», например, доля металла, выплавляемого из местного ЖРС, не превышает 25% [1]. По оценкам Министерства природных ресурсов, дефицит уральской металлургии, покрываемый поставками ЖРС из Центрального и Северо-Западного регионов России, составляет 15 млн т/г. Значительная часть покрывается поставками ЖРС из Казахстана. Известно, что металлургические предприятия Челябинской области испытывают проблемы в снабжении качественным металлоломом. Идет накопление в ломе меди, цинка и других нежелательных элементов. Содержание этих элементов будет расти с увеличением доли в ломе автомобильного скрапа. В сложившейся ситуации становится актуальной проблема вовлечения в металлургический передел первородного, но «неудобного» для традиционной технологии ЖРС. В Челябинской области Государственным балансом учтены месторождения комплексных труднообогатимых железосодержащих руд с общим запасом 1,5 млрд т по категориям А+В+С1+С2, преимущественно представленных шпатовыми железняками Бакальской и Ахтенской групп (около 1,0 млрд т) и титаномагнетитами (в том числе Копанского и Медведевского месторождений). Вследствие высокого содержания нежелательных соединений (MgО, ТЮ2), затрудняющих переработку таких руд по классической схеме, отрабатываются только два месторождения в ограниченном объеме Бакальское - 0,7-0,8 млн т/г, Малый Куйбас - до 0,3 млн т/г. Других месторождений комплексных железосодержащих руд с разведанными и утвержденными запасами на территории Южного Урала нет. Прогнозные ресурсы комплексных железных руд на Южном
© Панишев Н.В., Бигеев В.А., 2016
Урале составляют 21,2 млрд т, которые представлены титаномагнетитами. С целью выяснения возможности широкого вовлечения в металлургический передел рассмотренных выше руд в ОАО «ММК» и МГТУ были проведены масштабные лабораторные и полупромышленные испытания инновационной технологии металлизации ЖРС c получением гранулированного чугуна. Исследованию подвергались шпатовые железняки и титаномагнетиты, а также продукты их обогащения соответственно Бакальского месторождения и месторождения Малый Куйбас, близкого по вещественному составу титаномагнетитов Копанского месторождения (см. таблицу).
В ОАО «ММК» разработаны и запатентованы способы глубокой металлизации ЖРС, позволяющие напрямую получать гранулированный чугун за 9-12 мин (вместо 6-8 ч в доменной печи) [2,3]. Технология реализуется в ПВП при температурах выше 1350оС. Сущность инновационной технологии заключается в глубокой металлизации рудно-топливных окатышей, науглероживании железа, плавлении чугуна и шлака. После охлаждения гранулированный чугун (nugget) в виде гальки и шлак в виде лепешки крупностью до 25 мм легко отделяются друг от друга на магнитном сепараторе. Важнейшим элементом разработанной технологии является соблюдение условий, обеспечивающих плавление пустой породы и золы твердого топлива при температурах не выше 1300—1400оС (область пироксена проекций ликвидус четверной системы CaO-MgO-Al2O3-SiO2) с целью ускорения протекания восстановительных процессов. Как показали результаты исследований, металлизация шпатового железняка и концентрата обогащения титаномагнетитов потребовала введения кварцита и известняка соответственно для снижения температуры плавления пустой породы и золы твердого топлива [2-6].
РЕСУРСО- И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
Химический состав ЖРС
ЖРС Соде эжание, %
Fe FeO Fe2O3 TiO2 CaO SiO2 AI2O3 MgO V2O5 MnO ппп
Бакальское
месторождение: руда 30,7 34,6 4,6 0,16 2,20 3,2 1,20 9,8 1,27 33,9
КОС* 48,5 0,45 70,3 0,10 3,35 5,0 1,47 13,2 - 1,96 4,9
Месторождение Малый Куйбас: руда 31,8 21,6 29,5 9,7 5,40 24,7 8,75 4,15 0,40 0,36 3,2
концентрат 58,6 31,0 56,5 10,5 1,10 5,3 4,30 2,95 0,76 0,29 1,3
хвосты 15,5 14,7 5,8 6,4 8,23 36,7 12,2 5,67 0,25 0,40 -
*КОС-концентрат обожженного сидерита.
Благоприятный состав пустой породы исходной руды и хвостов обогащения титаномагнетитов позволил обойтись без каких-либо флюсов. Расход углерода в опытах обеспечивал на 80-100% стехиометриче-скую потребность в нем на прямое восстановление железа. В качестве твердого топлива использовали рядовые марки углей. Лабораторные исследования проводили в камерной печи «№ЬегШегт», а полупромышленные испытания - в кузнечной нагревательной печи ОАО «ММК-МЕТИЗ» при температурах 1350-1450оС. В зависимости от расхода твердого топлива и температуры термообработки рудно-топливных окатышей содержание углерода в чугуне составляло 2,02,8%, кремния - 0,01-0,33%, марганца - 0,06-0,18%, серы - 0,14-0,81%. Состав получаемых шлаков соответствовал составу обычных доменных шлаков. Разработанная технология является практически безотходной. Полученный из первородного ЖРС чугун отличается высоким качеством и может заменить до 30% объема металлолома в сталеплавильном производстве, а шлак может быть использован в дорожном строительстве, в производстве цемента, бетона. Технология является экологически дружественной, поскольку позволяет снизить вредные выбросы (ЫОх, SОx, СО2, пыли) в окружающую среду на 23% по сравнению с традиционными металлургическими технологиями. По той же причине (отсутствие необходимости в сооружении коксовых и доменных печей, фабрик окускования) удельные капитальные и эксплуатационные расходы снижаются на 20-30%. Полученные в результате выполненных исследований технологические параметры (температурно-временные условия, составы шихт) можно использовать для проектирования ПВП. Уместно отметить, что предложенная технология позволяет проводить металлизацию без обогащения руды, то есть уменьшить расходы на эту операцию, а также на депонирование хвостов. Кроме того, эта технология открывает возможность перерабатывать хвосты обогащения, хранящиеся в техногенных образованиях. Расчеты показывают, что срок окупаемости капитальных затрат на сооружение такого агрегата составляет 1,8-5,8 года в зависимости от вида и объема перерабатываемого
ЖРС. Разработанную технологию следует учитывать при рассмотрении вариантов переработки титаномагнетитов разведанного к отработке Копанского месторождения (с. Куваши Златоустовского района) и увеличения объёмов добычи шпатовых железняков Ба-кальского месторождения. Для снижения транспортных расходов реализацию соответствующих проектов целесообразно осуществлять вблизи указанных месторождений. В пользу этого говорит близкое расположение к ним месторождений других составляющих компонентов шихты для получения гранулированного чугуна: Улу-Тулякское и Тургоякское месторождения известняков, Бакальское месторождение кварцитов, энергетические угли угольных бассейнов Челябинской области. Бакальское рудоуправление располагает необходимой инфраструктурой и энергоресурсами. К преимуществам следует отнести создание новых рабочих мест, увеличение налоговой базы для наполнения бюджетов различного уровня, обеспечение чугуном стабильного качества на основе первородного сырья в необходимом объеме металлургических предприятий области в городах Челябинск, Магнитогорск, Златоуст, Аша и др.
Список литературы
1. Панишев Н.В., Бигеев В.А. О рециклинге металлургических шла-мов и хвостов из техногенных образований // Рациональное недропользование: сб. науч. тр. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им Г.И. Носова, 2014. С. 171-180.
2. Пат. 2483118 РФ, МПК С 21 В 11/06, С 21 В 13/08. Способ металлизации сидеритового сырья с получением гранулированного чугуна и железистомагнезиального шлака / Рашников В.Ф., Дубровский Б.А., Галкин В.В., Панишев Н.В., Князев Э.В., Авраменко В.А., Гладских В.И., Кошкалда А.Н., Борисенко В.А., Гаврилов А.В.; заявитель и патентообладатель ОАО «ММК» (RU). N2011149499; заявл. 05.12.2011, опубл. 27.05.2013.
3. Пат. 2490332 РФ, МПК С 21 В 13/08, С 21 В 11/06. Способ металлизации железорудного сырья с получением гранулированного чугуна/ Рашников В.Ф., Дубровский Б.А., Галкин В.В., Панишев Н.В., Князев Э.В., Авраменко В.А., Гладских В.И., Кошкалда А.Н., Борисенко В.А., Гаврилов А.В.; заявитель и патентообладатель ОАО «ММК» (RU). N2011149500; заявл. 05.12.2011, опубл. 20.08.2013.
4. Panishev N.V., Dubrovsky B.A., Starikov A.I., Redin E.V. and Knyazev E.V. Direct Reduction of Ti-V Magnetite via ITmk3 Tech-
№2 (19). 2016
69
Раздел 6
nology. Proceedings of 4th International Symposium on High-Temperature Metallurgical Processing, San Antonio, Texas, USA, March 3-7, 2013, pp. 45-48.
5. Металлизация шпатовых железняков Бакальского месторождения с получением гранулированного чугуна / Дубровский Б.А., Шиляев П.В., Редин Е.В., Панишев Н.В., Князев Э.В., Пильщиков И.В., Церковницкий Н.С. // Сборник трудов VI Международной научно-практической конференции «Энергосбере-
гающие технологии в промышленности. Печные агрегаты. Экология», посвященной 80-летию ММК. Москва, 15-20 октября. М., 2012. С. 178-182.
6. Панишев, Н.В., Бигеев, В.А., Черняев, А.А. Переработка мелкозернистых отходов металлургического производства с получением гранулированного чугуна и извлечением цинка // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2013. № 4 (44). С. 26-29.
Сведения об авторах
Панишев Николай Васильевич - канд. техн. наук, доц. кафедры МЧМ, ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», Магнитогорск, Россия. Тел.: 8(3919)29-85-73. E-mail: n.panishev@magtu.ru Бигеев Вахит Абдрашитович - д-р техн. наук, проф. кафедры МЧМ, ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», Магнитогорск, Россия. Тел.: 8 (3519) 29-85-5. E-mail: v.bigeev11@yandex.ru.
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
PROCESSING OF COMPOSITE ORES OF SOUTH URAL VIA PROFOUND DIRECT REDUCTION TECHNOLOGY
Panishev Nikolay Vasilyevich - Ph.D (Eng), Assistant Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia. Phone: 8(3519) 29-85-59. E-mail: n.panishev@magtu.ru
Bigeev Vakhit Abdrashitovich - D.Sc. (Eng.), Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia. Phone: 8(3519) 29-85-59. E-mail: v.bigeev11@yandex.ru
Abstract: The composite ores of South Ural cannot be fully processed via blast furnace technology because of high content of MgO or TiO2. The main objective of investigation was to establish optimum conditions for the production of iron nuggets from composite ores via profound direct reduction RHF (rotary hearth furnace) technology. It was found that reduction, melting and slag removal can be achieved in just 9-12 min. This preliminary test work provides valuable information which may be used for large-scale testing in a commercially sized RHF.
Keywords: composite ores, direct reduction, iron nugget, RHF.
♦ ♦ ♦
