Брикет для выплавки металла

Брикет для выплавки металла

Реферат

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам окускования железорудного сырья, и может быть использовано при подготовке шихтовых материалов для доменной плавки.

Известно техническое решение - брикет для выплавки металла, приготовляемый из смеси прокатной окалины и связующего путем прессования, сушки и спекания при 1100-1200°С. В качестве связующего в смеси для производства брикета используется нонтронит [1]. Недостатком известного технического решения является его узкая направленность (использование в качестве компонентов шихты только окалины) и многостадийность технологии производства брикета - приготовление смеси, прессование, сушка, термообработка.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является известное техническое решение - брикет для выплавки металла, имеющий правильную геометрическую форму и получаемый путем прессования из увлажненной шихты, включающей углеродсодержашие материалы, железосодержащие материалы и минеральное связующее, содержащей углерод, оксиды железа, кальция, магния, алюминия, кремния и других элементов. Шихта для брикета приготовляется из мелкодисперсных железосодержащих отходов металлургического производства, тонкоизмельченных углеродсодержащих отходов и связующего, в качестве которого используется механическая смесь природных минеральных материалов - суглинка, глины или полевого шпата и карбоната натрия. Шихту для брикета увлажняют водным раствором жидкого стекла, а полученные путем прессования брикеты сушат [2].

Недостатком данного известного технического решения является то, что брикет для выплавки металла, получаемый по описанной технологии, не обладает достаточной термостойкостью, что не позволяет использовать его в качестве шихтового материала в шахтных, например, доменных печах. Кроме того, наличие щелочных металлов (карбонат натрия, жидкое стекло) в составе брикета также ограничивает его применение в доменной плавке.

Недостатком данного технического решения является также то, что оно не регламентирует химического состава брикета, а именно соотношения содержаний углерода и железа, которое определяет восстановительный потенциал вещества брикета, а также соотношения оксидов, которые определяют свойства шлака, образующегося из пустой породы брикета. Отклонение указанных соотношений от оптимальных может вызывать ухудшение показателей доменной плавки при использовании брикетов в шихте из-за повышенной вязкости образующегося из них шлака вследствие его гетерогенности или высокой температуры кристаллизации.

Кроме того, указанное техническое решение не регламентирует размеров брикета и соотношения между его максимальным и минимальным размерами. Превышение этого отношения и массы брикетов определенного предела может вызывать кострение брикетов при выгрузке их из бункеров доменной печи. В известном техническом решении-прототипе не регламентируются также предельно допустимые размеры частиц компонентов шихты, превышение которых может уменьшать холодную прочность брикетов.

Технической задачей изобретения является устранение указанных недостатков известных технических решений - аналогов и прототипа, обеспечение высоких металлургических свойств брикета для выплавки металла и возможности его эффективного применения в доменной плавке.

Решение данной технической задачи достигается тем, что в брикете для выплавки выплавки металла, получаемом путем прессования из увлажненной шихты, включающей углеродсодержащие материалы, железосодержащие материалы и связующее, содержащей углерод, оксиды железа, кальция, магния, алюминия, кремния, и других элементов, массовые отношения следующих элементов и оксидов в шихте C:Fe, CaO:SiO₂, MgO:Al₂O₃ соответственно находятся в пределах 0,25...0,55, 0,3...1,6, 0,25...1,25, крупность материалов, входящих в шихту, не превышает 1 мм, а отношение максимального и минимального размера брикета не превышает 1,35.

Решение поставленной технической задачи обеспечивается также тем, что в шихте для получения брикета в качестве углеродсодержащего материала используют коксовую мелочь, и/или антрацит, и/или уголь, и/или бой графитированных или углеродистых электродов и/или бой электролизных ванн для производства алюминия, и/или графитовую спель.

Дополнительно решение поставленной технической задачи обеспечивается тем, что в шихте для получения брикета в качестве железосодержащего материала используют пыли газоочисток металлургических печей, и/или шламы газоочисток металлургических печей, и/или прокатную окалину, и /или стружку черных металлов, и/или металлоконцентрат переработки сталеплавильных и доменных шлаков.

Кроме того, решение поставленной технической задачи обеспечивается тем, что в шихте для получения брикета в качестве флюсующих добавок используют известь и/или доломитовый клинкер, и/или плавиковый шпат, и/или сталеплавильные шлаки, и/или отходы сварочного флюса.

Решение поставленной технической задачи улучшается также тем, что в шихте для получения брикета для выплавки металла в качестве связующего органической природы используют отходы целлюлозно-бумажного производства - лигносульфонат или кубовые остатки жирных кислот.

Сущность изобретения заключается в следующем. Поддержание в шихте брикета для выплавки металла отношения содержаний углерода и железа в пределах 0,25...0,55 обеспечивает 100% металлизации оксидов железа железосодержащих материалов при различных содержаниях железа в брикете. Нижний предел относится к шихте брикета, содержащей 35-40% Fe с окисленностью (атомарным отношением O:Fe) 1,15...1,25, верхний - к шихте, содержащей 45-50% Fe с окисленностью 1,4...1,45. Нижний предел учитывает также расход углерода на науглероживание железа, образующегося из железосодержащих материалов брикета. Уменьшение отношения C:Fe ниже 0,25 снижает экономию кокса, получаемую при использовании брикетов в доменной плавке. Превышение верхнего предела приводит к образованию гетерогенного шлака из пустой породы брикета вследствие внедрения в шлак неизрасходованных частиц кокса или полукокса. Гетерогенный шлак имеет повышенную вязкость, низкую текучесть и уменьшает газопроницаемость нижней части печи как в зоне шлакообразования, так и в коксовой насадке под зоной шлакообразования, что приводит к снижению производительности печи.

Поддержание в шихте брикета отношений оксидов CaO:SiO₂ и MgO:Al₂O₃ соответственно в пределах 0,3...1,6 и 0,25...1,25 обеспечивает образование из пустой породы материалов брикета шлаков с относительно невысокой температурой кристаллизации (1300-1400°С), которые растворяются в жидких железистых первичных шлаках, образующихся из пустой породы других компонентов шихты (агломерат и окатыши). При этом нижнему пределу отношения CaO:SiO₂ соответствует верхний предел отношения MgO:Al₂O₃ и наоборот. Нижний предел отношения MgO:Al₂O₃, в свою очередь, соответствует повышенным содержаниям глинозема в образующихся шлаках (15-25%), а верхний предел - умеренному содержанию глинозема в этих шлаках (5-10%). Заданные пределы выбраны исходя из опытных данных, полученных при исследовании температур кристаллизации и вязкости синтетических и промышленных доменных шлаков различных заводов [4, 5]. Конкретные значения этих отношений выбирают исходя из состава основных железосодержащих компонентов шихты для производства брикета и обеспечивают с учетом их состава и состава золы углеродсодержащих компонентов шихты путем соответствующего дозирования флюсующих добавок.

Использование в составе шихты брикета материалов крупностью 0-1,0 мм обеспечивает получение необходимой холодной прочности брикета при прессовании. Применение более крупных материалов ухудшает механическую прочность брикетов.

Поддержание отношения максимального и минимального размера брикета не более 1,35 обеспечивает свободное прохождение брикетов через течку при их выгрузке из бункера. При превышении этого отношения появляются условия для кострения брикетов в течке.

Изобретение иллюстрируется следующим примером. Брикеты для выплавки металла производили из смеси конвертерных и доменных шламов крупностью 0...1 мм с содержанием железа 57%. В качестве углеродсодержащего материала использовали коксовую мелочь крупностью 0-1 мм. В качестве связующего использовали лигносульфонат, а в качестве флюсующей добавки - доломитовый клинкер крупностью 0...1 мм. Брикеты производили путем прессования с давлением 800 МПа. Шихта для производства брикета в соответствии с изобретением характеризовалась следующими соотношениями элементов и оксидов: C:Fe=0,35, CaO:SiO₂=1,45, MgO:Al₂O₃=0,45. Полученные брикеты имели высокую прочность на раздавливание (6,5-8,0 МПа). Испытания брикетов на термостойкость показали, что при нагреве образцов брикета в атмосфере водорода до температуры 1050°С в течение 2,0 часов брикет сохранял свою форму и не разрушался. Степень металлизации железа в образцах брикета после такой термообработки составляла 94-97%.

Таким образом, брикет для выплавки металла, получаемый в соответствии с изобретением, имеет высокие металлургические свойства и может быть использован в составе шихты доменной печи, на которой производится проплавка цинксодержащих шихтовых материалов. Применение коксовой мелочи и других углеродсодержащих отходов в составе шихты для производства брикета решает проблему их утилизации и позволяет сокращать расход кокса на выплавку чугуна. Изготовление брикета-компонента доменной шихты из техногенных железосодержащих материалов решает проблему их утилизации без привлечения агломерационного процесса и позволяет исключить цинксодержащие отходы из аглошихты.

Источники информации

1. Патент РФ №2086676, С 22 В 1/243, опубл. 10.08.1997 г.

2. Патент РФ №2154680, С 22 В 1/243, 7/00, опубл. 20.08.2000 г.

3. Доменное производство. Справочник т.1. M.: Металлургия. 1989 г. с.358-359.

4. Шлаковый режим доменных печей. M.: Металлургия. 1967 г., с.149-157.

1. Брикет для выплавки металла, получаемый путем прессования из шихты, включающей углеродсодержащие материалы, железосодержащие материалы, флюсующие добавки и связующее, содержащей углерод, оксиды железа, кальция, магния, алюминия, кремния, отличающийся тем, что массовые отношения следующих элементов и оксидов в шихте С:Fe, CaO:SiO2, MgO:Al2O3 соответственно находятся в пределах 0,25...0,55, 0,3...1,6, 0,25...1,25, крупность материалов, входящих в шихту, не превышает 1 мм, отношение максимального и минимального размеров брикета не превышает 1,35.

2. Брикет по п.1, отличающийся тем, что в шихте для его получения в качестве углеродсодержащего материала использованы коксовая мелочь, и/или антрацит, и/или уголь, и/или бой графитированных или углеродистых электродов, и/или бой электролизных ванн для производства алюминия, и/или графитовая спель.

3. Брикет по п.1, отличающийся тем, что в шихте для его получения в качестве железосодержащего материала использованы пыли газоочисток металлургических печей, и/или шламы газоочисток металлургических печей, и/или прокатная окалина, и/или стружка черных металлов, и/или металлоконцентрат переработки сталеплавильных и доменных шлаков.

4. Брикет по п.1, отличающийся тем, что в шихте для его получения в качестве флюсующих добавок использованы известь, и/или доломитовый клинкер, и/или плавиковый шпат, и/или сталеплавильные шлаки, и/или отходы сварочного флюса.

5. Брикет по п.1, отличающийся тем, что в шихте для его получения в качестве связующего органической природы использованы лигносульфонат или кубовые остатки жирных кислот.