Металлургия

Губин Г. В., Марасанова О.В.

Криворожский технический университет

СТРУКТУРИРОВАНИЕ АГЛОМЕРАЦИОННОЙ ШИХТЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СВЯЗУЮЩИХ НА ОСНОВЕ ИНТЕРПОЛИМЕРНЫХ КОМПЛЕКСОВ

Развитие сырьевой базы черной металлургии базируется на расширении производства тонких железорудных концентратов, в то время как запасы природно-богатых агломерационных руд практически исчерпаны. Уже сегодня содержание тонкодисперсных концентратов мокрого магнитного обогащения в железорудной части шихты ряда отечественных аглофабрик достигает 80 % [1].

Спекание шихт такого состава сопровождается рядом трудностей, основной из которых является ухудшение газодинамических характеристик слоя материала. Это обстоятельство обусловлено, во-первых, низкой газопроницаемостью слоя исходной шихты ввиду разнородности ее гранулометрического состава; во-вторых, увеличением газодинамического сопротивления слоя, вызванным частичным разрушением комков материала при транспортировке, укладке на палеты и в ходе спекания.

Анализ потерь напора в различных зонах спекаемого слоя показывает, что в начальный период спекания скорость просасывания воздуха через слой лимитируется преимущественно сопротивлением зон переувлажнения и исходной шихты. Потери напора в этих зонах составляют 35 и 42 % соответственно (Табл. 1) [2].

Следует также отметить, что структура спекаемого материала в зоне переувлажнения во многом определяет структуру материала последующих зон спекаемого слоя, а значит и их газодинамическое сопротивление [3].

Следовательно, обеспечение однородности гранулометрического состава окомкованной шихты, а также прочности получаемых комков, необходимой для максимального сохранения структуры спекаемого материала является важной практической задачей.

Таблица 1

Потери напора в отдельных зонах спекаемого слоя

Зона	Потери напора
	через 20 с после начала процесса		через 12 мин после начала процесса
	10^3 Н/м^2	%	10^3 Н/м^2	%
готового агломерата	-	-	2,53	25,82
плавления	0,91	9,2	4,0	40,82
интенсивного нагрева	0,95	9,45	0,97	9,92
сушки	0,43	4,35	0,47	4,82
переувлажнения	3,45	35,0	1,83	18,62
исходной шихты	4,08	42,0	-	-
Слой в целом	9,82	100	9,80	100

Наиболее простым и очевидным способом интенсификации процесса окомкования является введение в шихту добавок, способных обеспечить получение достаточно прочных гранул.

С позиции сохранения качества получаемого агломерата из множества возможных связующих добавок к рассмотрению были приняты высокомолекулярные органические соединения, полностью выгорающие в ходе спекания и не снижающие содержание железа в конечном продукте.

Большому числу полимерных соединений присуща специфическая способность образовывать комплексы, обладающие свойствами, отличными от свойств исходных полимеров, например пониженной вязкостью растворов, их улучшенной смачивающей и адгезионной способностями и т.д.

Наибольший интерес среди множества исходных комплексообразующих представляют полиэлектролиты – полимеры, макромолекулы которых содержат ионогенные группы. Типичные слабые поликислоты, содержащие карбоксильную группу, например полиакриловая кислота обладают хорошей адгезией к углям. Слабые полиоснования, содержащие первичные вторичные и третичные аминогруппы, способные протонироваться в водной среде, например поливиниламин, поливинилпиридины, обладают высокой адгезионной способностью по отношению к магнетиту.

б

а

2

3

1

Образование интерполимерных комплексов происходит в водных растворах посредством связывания противоионов. Схематически процесс комплексообразования можно представить следующим образом (рис. 1). Формирующийся непосредственно после смешения растворов полиэлектролитов (поликислот и полиоснований) комплекс неравновесен и нерегулярен. В результате внутрикомплексной перестройки первичный комплекс переходит в более упорядоченное состояние. При этом происходит образование новых связей или исправление дефектов конформации первичного комплекса [4]. Образованные комплексы могут иметь в цепи одновременно участки как с упорядоченной структурой, когда противоположно заряженные ионные группы находятся в прочной взаимосвязи и наблюдается гидрофобизация данного участка, так и с неупорядоченной структурой, когда ионные группы не связаны между собой. Известно, что наличие аминогрупп в макромолекулах полимеров улучшает их адгезию по отношению к поверхностям, обладающим высокой свободной энергией, каковыми являются частицы железорудного концентрата. Смачивающая способность полимеров по отношению к гидрофобной поверхности углей увеличивается с повышением количества карбоксильных групп в макромолекулах полимера [5].

Рис. 1. Схема образования интерполимерного комплекса: - ион; - противоион; 1 – начальный контакт макромолекул; 2 – первичное комплексообразование; 3 – перестройка первичного комплекса (а – упорядоченная структура; б – неупорядоченная структура)

Именно одновременное наличие в макромолекулах ИПК несвязанных разнородных функциональных групп обеспечивает их высокую адгезию как по отношению к полярной поверхности рудных частиц, так и по отношению к неполярной поверхности частиц твердого топлива. Таким образом, при добавлении интерполимерных связующих в шихту, в отличие от обычного способа окомкования, когда гидрофобные частицы твердого топлива удерживаются в комке рудного материала исключительно за счет механического воздействия, сцепление частиц различной природы обеспечивают дополнительно функциональные группы ИПК. В связи с этим появляется возможность расположения частиц топлива не в объеме гранулы окомкованного материала, а на его поверхности, при этом обеспечивая ввысоке прочностные свойства получаемых комков материала.

Свойства получаемых ИПК, а следовательно и связующих на их основе, во многом определяются молекулярной массой исходных полимеров, соотношением мольных долей ионогенных звеньев и могут варьироваться в широких пределах.

Таким образом, специфическая способность водорастворимых полимерных соединений образовывать комплексы, содержащие одновременно разнородные, как связанные, так и не связанные между собой функциональные группы, позволяет создавать связующие добавки для окомкования агломерационных шихт со свойствами, отличными от свойств применявшихся ранее исходных полимеров.

Использование связующих, составленных на основе ИПК, при окомковании агломерационных шихт с высоким содержанием тонкодисперсных концентратов позволит получать комки, устойчивые к разрушению при переувлажнении, при этом сохранить структуру спекаемого материала, создавая предпосылки для увеличения высоты слоя аглошихты.

Использованная литература:

1. Кривченко Ю. Б., Шишняк Ю. В. и др. Вся украинская агломерация: нынешнее состояние агломерационных производств в Украине и перспективы их технического развития // Металл. 2008, № 1. С. 28-35.

2. Борисов В. М., Карабасов Ю. С., Ловчиновский Э. В. Пути повышения газопроницаемости агломерационных шихт. Черметинформация, 1973, серия 3, № 3. – 27 с.

3. Коротич В. И., Пузанов В. П. Газодинамика агломерационного процесса. – М.: Металлургия, 1969. – 208 с.

4. Бектуров Е. А., Бимендина Л. А. Интерполимерные комплексы. – Алма-Ата: Наука, 1977. – 264 с.

5. Менковский М. А., Равич Б. М., Окладников В. П. Связующие вещества в прицессах окускования горных пород. М.: Недра, 1977. – 183 с.