МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ КОНЦЕНТРАТ ДЛЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК C22B1/00 C22B1/24 

Изобретение относится к металлургии, конкретно к шихтовым материалам, которые могут быть использованы в различных металлургических переделах: при спекании агломерационной шихты, в доменном и литейном производствах, а также в сталеплавильных агрегатах.

В сталеплавильном производстве известно применение ковшевых отходов производства чугуна [1]
Перед завалкой тяжеловесной части стального скрапа на легковесную укладывают ковшевые отходы производства чугуна в количестве 1,2-2,2% от массы садки. Ковшевые отходы производства чугуна содержат, мас. Кремний 0,5-2,4 Марганец 0,4-1,7 Углерод 3,8-5,1 Сера 0,02-0,05 Фосфор 0,05-0,1 Шлаковые составляющие 2,0-6,0 Железо Остальное.

К недостаткам указанного шихтового материала при применении его в сталеплавильном производстве недостаточно интенсивное шлакообразование на ранней стадии прогрева металлозавалки, что повышает расход энергетических затрат.

Известна также заготовка, которую формируют путем заливки формы, предварительно заполненной металлизованными окатышами, жидким чугуном в количестве 0,8-8,0 кг на 1 кг окатышей. Металлизованные окатыши имеют химический состав, мас. C 0,4; Fе_общ. 96,87; FeO 7,3; Fe_мет. 91,2; SiO₂ 0,78; CaO 0,10; MgO 0,115; MnO 0,087; Al₂O₃ 0,60; S 0,012; Р следы.

Передельный чугун, которым заливали металлизованные окатыши, имеет следующий химический состав, мас. C 3,9; Mn 0,8; Si 0,7; S 0,03; Р 0,15 [2]
Недостатком этого шихтового материала является:
получение материала с плотностью 4,6-5,2 г/см³, приближающейся к плотности тяжеловесного лома; использование такой шихтовой заготовки вызывает образование в электропечах при загрузке шихты плотного слоя, что приводит к неравномерному прогреву шихты в различных зонах, увеличивая продолжительность плавки и, как следствие, повышая расход электроэнергии;
крупные габариты шихтовой заготовки (по ГОСТу чушки отливают массой до 15 кг), что не отвечает задачам различных металлургических переделов и сужает область ее применения, используется в основном в сталеплавильном производстве;
нестабильность химического состава шихтовой заготовки из-за всплывания окатышей в верхнюю часть чушки при заливке чугуна, а при транспортировке, перегрузках выпадание окатышей из шихтовой заготовки, что приводит к повышению энергетических затрат в процессе ведения плавки из-за ее повышенной продолжительности.

Известна технология получения концентрата с низким содержанием кремнезема. Концентрат был получен на технологических секциях 1-4 по разработанной институтом "Механобрчермет" технологии магнитного обогащения: три стадии бесшарового измельчения и пять стадий магнитной сепарации. Для получения концентрата с содержанием кремнезема < 3,6% подавали исходную руду, содержащую 57,7% легкообогатимых магнетитовых и гематито-магнетитовых кварцитов против 50,0% в руде, применяемой для получения рядового концентрата [3]
Недостатками указанного способа являются относительно невысокое содержание железа в виде окислов (62-68%), высокая себестоимость производства концентратов, а также ограниченное применение.

Технической задачей является получение материала, обладающего пониженной плотностью, позволяющим уменьшить расход энергетических затрат в различных металлургических переделах, а также улучшение экологии в районах с металлургическими предприятиями, имеющими отвалы различных производств.

Это достигается тем, что металлический концентрат для металлургического производства, включающий железо, углерод, марганец, кремний, окись кальция, окись магния, закись железа, окись марганца, кремнезем, глинозем, фосфор, серу и пятиокись фосфора, дополнительно содержит графит при следующем соотношении компонентов, мас. Железо 56,9-90,1 Углерод 2,0-4,7 Марганец 0,1-1,2 Кремний 0,3-3,6 Окись кальция 2,1-16,8 Окись магния 0,3-2,4 Закись железа 0,25-7,0 Окись марганца 0,01-0,4 Кремнезем 1,9-15,2 Глинозем 0,2-3,60 Фосфор 0,09-0,3 Сера 0,04-0,6 Графит 0,4-7,2 Пятиокись фосфора 0,3-0,8
При этом компоненты фракции (0-10) мм содержат следующий химический состав, мас. Железо 56,9-86,0 Углерод 2,0-4,7 Марганец 0,1-1,2 Кремний 0,3-3,6 Окись кальция 4,2-16,8 Окись магния 0,6-2,4 Закись железа 0,5-7,0 Окись марганца 0,01-0,4 Кремнезем 3,8-15,2 Глинозем 0,7-3,6 Фосфор 0,09-0,3 Сера 0,04-0,6 Графит 1,3-7,2 Пятиокись фосфора 0,3-0,6 второй класс металлического концентрата фракцией (10-50) мм содержит следующий химический состав, мас. Железо 71,0-90,1 Углерод 2,0-4,7 Марганец 0,2-1,2 Кремний 0,4-3,6 Окись кальция 2,1-10,5 Окись магния 0,3-1,5 Закись железа 0,4-5,1 Окись марганца 0,01-0,4 Кремнезем 1,9-9,5 Глинозем 0,5-3,6 Фосфор 0,11-0,3 Сера 0,1-0,4 Графит 0,4-5,9 Пятиокись фосфора 0,40-0,7 третий класс металлического концентрата фракцией (50-250) мм содержит следующий химический состав, мас. Железо 80,6-90,1 Углерод 2,0-4,7 Марганец 0,3-1,2 Кремний 0,4-3,6 Окись кальция 2,1-6,3 Окись магния 0,3-0,9 Закись железа 0,25-3,9 Окись марганца 0,01-0,4 Кремнезем 1,9-5,7 Глинозем 0,2-3,4 Фосфор 0,13-0,3 Сера 0,14-0,4 Графит 0,4-4,1 Пятиокись фосфора 0,45-0,8
По одному из вариантов предлагается указанный металлический концентрат получать путем последовательного дробления, обогащения, магнитной сепарацией.

Учитывая, что качественный состав шлаковых отвалов характеризуется как многокомпонентная система, его исходное сырье необходимо рассматривать как смесь железосодержащих материалов.

Шлаковые отвалы представляют собой определенные территории, закрепленные за предприятиями, на которые постоянно (как правило, несколько десятилетий) складируются отходы металлургического производства и промышленный мусор. Все материалы в отвалах, подвергаясь длительному воздействию атмосферных явлений, известковому и другим видам распадов, частично теряют свои первоначальные свойства. Кроме того, в результате неупорядоченного складирования происходит перемешивание различных материалов, что делает невозможным выборку каждого компонента в отдельности. Фактически образуется смесь природных и искусственных материалов с усредненным химическим составом. Такой состав можно назвать железорудным сырьем, тем более, что определенная часть железа в нем из-за длительного воздействия влаги находится в оксидной форме.

Исходными материалами, формирующими породы шлакового отвала, являются доменные шлаки с металлическими включениями, металлические ковшевые остатки, графитсодержащие металлоотходы, шлаки электросталеплавильного производства, сгоревшая леточная и желобная масса со скрапом и шлаком с литейных дворов доменных печей (углеродсодержащие материалы), закозленная футеровка чугуновозных ковшей, шламы и железосодержащие материалы, огнеупорный бой, амортизационный лом, технологический мусор.

Поэтому для получения металлического концентрата из отвальных отходов металлургического производства необходимо дополнительно разработать отвалы и провести магнитную сепарацию.

Технический результат достигается тем, что в способе получения металлического концентрата, включающем последовательные операции дробления исходного материала, очистку, сортировку по крупности и магнитную сепарацию, в качестве исходного материала используют отвальные отходы металлургического производства, предварительно отделяют их магнитную составляющую, которую затем подвергают последующим операциям.

Отобранный магнитный материал подвергают дроблению, сортируют на наклонной решетке с ячейкой 250 мм, прошедший через решетку полупродукт порциями загружают в проходной очистной барабан, а на выходе из него обеспечивают разделение продукта на фракции: более 50 мм и менее 50 мм, после чего каждую фракцию подают раздельно через ленточные транспортеры на узлы магнитной сепарации, при этом мелкий магнитный продукт очистки подают в односитный грохот и разделяют его на фракции: 0-10 мм и 10-50 мм и подают их на узлы магнитной сепарации, разделение материала на магнитную и немагнитную составляющие производят на электромагнитных шкивах.

Особенностью исходного материала, формирующего породы шлакового отвала, является наличие графитсодержащих отходов, образующихся на всех стадиях производства и разливки жидкого чугуна при его охлаждении и состоящих на 60-70% из чугуна, остальное шлак, песок с желобов при выпуске, графитовая спель и пыль.

Содержание графита в пределах 0,4-7,2% в металлическом концентрате является оптимальным и позволяет на всех металлургических переделах при его применении экономить энергетические ресурсы (коксовую мелочь или угольный штыб при спекании агломерационной шихты; кокс при использовании в доменном производстве; электроэнергию при выплавке стали в электропечах; топливо и карбюризатор при выплавке стали в мартеновских печах). Содержание графита в концентрате менее 0,4% не дает должного эффекта, применение графита в концентрате более 7,2% экономически нецелесообразно.

Заявляемый металлический концентрат для металлургического производства является железосодержащим шихтовым материалом и может быть применен при спекании агломерационной шихты, в доменном производстве заменит часть металлодобавки, загружаемой через колошник, а также в сталеплавильном и литейном производстве. Применение металлургического концентрата в основном с повышенным содержанием железа, которое в большей части металлическое (в рудах и концентратах оно в основном в виде окислов FeO, Fe₂O₃, F₃O₄ и др.) в сочетании с остальными компонентами, особенно графитом, обеспечивает в металлургических переделах пониженный расход энергетических ресурсов за счет:
повышенного содержания углерода (графита), который заменяет часть топлива (кокс, коксовую мелочь, уголь, природный газ и т.п. в зависимости от области применения);
формы кусков металлического концентрата, имеющих развитую поверхность, образующуюся после обработки отходов металлургического производства по заявляемому способу, что позволит улучшить газопроницаемость и проплавляемость шихты;
присутствия металлического железа в сочетании с углеродом, кремнием и марганцем (уменьшается расход ресурсов на восстановление окислов железа).

Кроме того, металлический концентрат позволяет сократить или исключить из состава шихты для выплавки стали карбюризатор (электродный бой или коксовая мелочь). Используя концентрат различной фракции в заявляемых пределах, можно широко применять механизмы, позволяющие механизировать и автоматизировать операции для погрузки, складирования, транспортировки и загрузки его в плавильные агрегаты.

Металлический концентрат в зависимости от гранулометрического состава и его применения в металлургических переделах разделяют на 3 класса: 0-10 мм, 10-50 мм и 50-250 мм.

Концентрат фракции 0-10 мм может быть применен при спекании агломерационной шихты в ее железорудной части.

Металлический концентрат фракции 10-50 мм и 50-250 мм является оптимальным по гранулометрическому составу при его применении в металлургических переделах и отвечает условиям равномерного распределения концентрата в объеме всех соответствующих металлозавалок.

Состав фракции 10-250 мм выбран в основном экспериментальным путем.

Применение металлического концентрата фракцией более 250 мм не дает должного эффекта в начальный период плавки в сталеплавильном производстве, вызывает затруднения при транспортировке, складировании и загрузке металлошихтой плавильных агрегатов.

Определены также области применения металлического концентрата в зависимости от гранулометрического состава:
Применение металлического концентрата: Фракция, мм Наименование
производства, где
используется
концентрат 0-10 Агломерационное
производство 10-50 Сталеплавильное,
литейное, доменное 50-250 Сталеплавильное,
литейное, доменное
П р и м е р. Добычу исходного материала из терриконов (отвалов) производят экскаватором. При этом частично или полностью раскрываются различных размеров куски с включениями металла. Отбор магнитного продукта из исходного материала производят с помощью грузоподъемных электромагнитов М-42 и М-62. Далее отобранный магнитный продукт (крупные куски более 250 мм) подвергают дроблению. Для этой цели применяют шаровидные бабы или металлические слитки большой массы. Для эффективности процесса под дробимый материал устанавливают специальные шаботы, в качестве которых использованы, например, бракованные слябы.

Дробление производят до получения кусков менее 250 мм, сортировку которых осуществляют с помощью наклонных решеток. Надрешетный полупродукт (негабрит более 250 мм) возвращается на участок дробления материала. После того как весь продукт дробления достигнет соответствующих геометрических размеров, его загружают порциями в проходной очистной барабан, конструкция которого обеспечивает непрерывность процесса очистки и дополнительного измельчения. Роль мелющих шаров отводится крупным кускам из загружаемой партии. В результате процесса соударения и истирания куски скрапа освобождаются от шлаковых включений (минеральной составляющей), что обеспечивает повышение их металлургической ценности. Отбившиеся корольки зашлакованного металла также очищаются и обогащаются по содержанию железа.

На выходе из проходного барабана имеется перфорированная решетка, которая обеспечивает разделение продукта на две фракции: более 50 и менее 50 мм. Более крупную фракцию подают на узел магнитной сепарации, где она разделяется на магнитную и немагнитную составляющие. В немагнитную часть входят куски шлака и пустой породы, которые откололись от крупных кусков скрапа в барабане.

Мелкий продукт очистки (фракция менее 50 мм) через систему транспортеров подают на относительный грохот и разделяют на две фракции: 0-10 и 10-50 мм. Каждую фракцию раздельно по своему конвейеру подают на узел магнитной сепарации. Разделение материала на магнитную и немагнитную составляющие производят с помощью электромагнитных шкивов. Магнитные продукты сепарации собирают в отдельные емкости или на площадке раздельно. Немагнитная часть от сепарации двух фракций складируется вместе и далее используется для производства строительных материалов.

Получены опытно-промышленные партии металлического концентрата, химический состав компонентов которых, их плотность и показатели их применения в различных производствах представлены:
составы 1-6 имеют фракцию 0-10 мм и были применены в технологии подготовки к спеканию агломерационной шихты (табл.1);
составы 7-12 имеют фракцию 10-50 мм и были применены в качестве части металлодобавок в технологии ведения доменной печи (табл.2);
составы 13-18 имеют фракцию 50-250 мм и были применены в металлозавалке мартеновских и электродуговых печей (табл.3).

Компоненты составов металлического концентрата с 1 по 18, исключая 6 и 12, находятся в заявляемых пределах по изобретению.

Эффективность применения металлического концентрата в доменном производстве (составы 5-11) осуществлялась в сравнении с базовым объектом, когда в доменную печь в качестве добавок применялись чугунная стружка или доменный присад с максимальным размером 250х250 мм.

Опытно-промышленные испытания замены металлическим концентратом (составы 1-5) части руд и концентратов, добываемых горнообогатительными комбинатами, показали возможность замены их без снижения производительности агломашин и ухудшения качества агломерата. В то же время применение металлического концентрата с пониженным содержанием закиси железа (в сравнении с рудами и концентратами ГОКов базовая железорудная часть шихты) в комбинации с графитом позволяет снизить расход твердого топлива на 3,0-5 кг на тонну алгомерата.

По прототипу получали шихтовые заготовки (чушки) массой 15 кг и применение ее в агломерационном производстве нецелесообразно как экономически (требуются большие затраты на дробление и измельчение), так и технически (при измельчении не достигается равномерность распределения шихты).

Заявляемый металлический концентрат, получаемый при разработке отвалов металлургического производства, позволяет экономить энергетические ресурсы: Вид получаемой Энергетические продукции ресурсы Агломерат 3,0-5,0 кг коксовой
мелочи на 1т
агломерата Чугун 1,3-1,7 кг кокса
на 1 т чугуна Сталь 3,2-7,0 кг
карбюризатора,
на 0,5-0,71% снижает
расход электро-
энергии

Использование: в области черной металлургии, конкретно при получении шихтовых материалов для металлургических пределов, способах их получения. Изобретение направлено на экономию энергетических ресурсов, улучшение экологии в регионах с металлургическими производствами. Решение задачи состоит в получении металлического концентрата, полученного путем переработки и обогащения отвальных отходов металлургического производства. Сущность изобретения: металлический концентрат для металлургичеческого производства, содержит железо, углерод, марганец, кремний, окись кальция, окись магния, закись железа, окись марганца, кремпнезем, глинозем, фосфор, серу, пятиокись фосфора, графит при следующем соотношении компонентов, мас: железо 56,9-90,10, углерод 2,00-4,70, марганец 0,10-1,20, кремний 0,30-3,60, окись кальция 2,10-16,80; окись магния 0,30-2,40, закись железа 0,25-7,00, окись марганца 0,01-0,40, кремнезем 1,90-15,20, глинозем 0,20-3,60, фосфор 0,09-0,30, сера 0,040-0,60, графит 0,40-7,20, пятиокись фосфора 0,30-0,80. Способ получения металлического концентрата для металлургического производства включает последовательные операции дробления исходного материала, очистки сортировки по крупности и магнитной сепарации. В качестве исходного материала используют отвальные отходы металлургического производства. Предварительно отделяют их магнитную составляющую, которую затем подвергают последующим операциям. Продукт сортируют по гранулометрическому составу на 3 класса: 0-10 мм, 10-50 мм, 50-250 мм. В зависимости от гранулометрического состава металлический концентрат применяется в различных металлургических переделах: от 0 до 10 мм в агломерационном производстве, от 10 до 250 мм в сталеплавильном, литейном, доменном производствах. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 5 табл.

1. Металлический концентрат для металлургического производства, содержащий железо, углерод, марганец, кремний, окись кальция, окись магния, закись железа, окись марганца, кремнезем, глинозем, фосфор, серу, пятиоксь фосфора, отличающийся тем, что он дополнительно содержит графит при следующем соотношении компонентов, мас.

Железо 56,90 90,10
Углерод 2,00 4,70
Марганец 0,10 1,20
Кремний 0,30 3,60
Окись кальция 2,10 16,80
Окись магния 0,30 2,40
Закись железа 0,25 7,00
Окись марганца 0,01 0,40
Кремнезем 1,90 15,20
Глинозем 0,20 3,60
Фосфор 0,09 0,30
Сера 0,04 0,60
Графит 0,40 7,20
Пятиокись фосфора 0,30 0,80
2. Металлический концентрат по п.1, отличающийся тем, что он выполнен фракцией 0-10 мм и имеет следующий химический состав, мас.

Железо 56,90 86,00
Углерод 2,00 4,70
Марганец 0,10 1,20
Кремний 0,30 3,60
Окись кальция 4,20 16,80
Окись магния 0,60 2,40
Закись железа 0,50 7,00
Окись марганца 0,01 0,40
Кремнезем 3,80 15,20
Глинозем 0,70 3,60
Фосфор 0,09 0,30
Сера 0,04 0,60
Графит 1,30 7,20
Пятиокись фосфора 0,30 0,60
3. Металлический концентрат по п.1, отличающийся тем, что он выполнен фракцией 10-15 мм и имеет следующий химический состав, мас.

Железо 71,00 90,10
Углерод 2,00 4,70
Марганец 0,30 1,20
Кремний 0,40 3,60
Окись кальция 2,10 10,50
Окись магния 0,30 1,50
Закись железа 0,40 5,10
Окись марганца 0,01 0,40
Кремнезем 1,90 9,50
Глинозем 0,50 3,60
Фосфор 0,11 0,30
Сера 0,10 0,40
Графит 0,40 5,90
Пятиокись фосфора 0,40 0,70
4. Металлический концентрат по п.1, отличающийся тем, что он выполнен фракцией 50-250 мм и имеет следующий химический состав, мас.

Железо 80,60 90,10
Углерод 2,00 4,70
Марганец 0,30 1,20
Кремний 0,40 3,60
Окись кальция 2,10 6,30
Окись магния 0,30 0,90
Закись железа 0,25 3,90
Окись марганца 0,01 0,40
Кремнезем 1,90 5,70
Глинозем 0,20 3,40
Фосфор 0,13 0,30
Сера 0,14 0,40
Графит 0,40 4,10
Пятиокись фосфора 0,45 0,80
5. Способ получения металлического концентрата для металлургического производства, включающий последовательные операции дробления исходного материала, очистки, сортировки по крупности и магнитной сепарации, отличающийся тем, что в качестве исходного материала используют отвальные отходы металлургического производства, предварительно отделяют их магнитную составляющую, которую затем подвергают последующим операциям.