ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕТИЧЕСКОГО ИЗВЕСТКОВО-ЖЕЛЕЗИСТОГО ШЛАКА И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК C21C5/54 C21C5/00 C22B1/24 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в сталеплавильном производстве.

Известна шихта для получения сталеплавильного флюса, содержащая наполнитель известняк или доломит крупностью 8-30 мм и связующее смесь конвертерного шлама, окалины, извести, известняка и топлива крупностью 0,1-2,0 мм, обеспечивающих общее отношение СаО/Fе₂О₃ в флюсе в пределах 1,0-4,0, а в связке 0,3-0,4 [1]
Известна также шихта, выбранная в качестве прототипа, содержащая 60-90 мас. известняка, 6-30 мас. окислов железа (отходы сталелитейных заводов) и 1,5-10 мас. углеродистого вещества и представляющая смесь частиц, диаметром меньше 28 меш.

При шихтовке не все компоненты относятся к отходам металлургического производства, например известняк, а получаемый продукт сталеплавильный флюс состоит из кусков извести, пропитанных окислами железа и связанных между собой ферритными прослойками, что свидетельствует о неполном усвоении извести и не позволяет перевести полученный продукт в разряд синтетических шлаков.

Известен способ получения флюса, принятый в качестве прототипа, включающий смешивание шихтовых материалов, увлажнение смеси, гранулирование до размеров гранул диаметром 0,5-1,27 см, сушку гранул нагреванием в течение 5-18 мин при 150-450^оС с последующим отверждением гранул при температуре более 120^оС при пропускании воздушного потока [2]
Недостатками указанного способа являются высокая степень усвоения продуктом вредных примесей топлива, в частности серы, обусловленная развитой поверхностью контакта топлива с известьсодержащей частью шихты, значительные затраты на подготовку шихты, получение неоднородного по составу флюса, необходимость подвода части тепла извне для отверждения гранул.

Целью изобретений является получение синтетического известков-железистого гомогенного шлака из отходов металлургического производства без дополнительных затрат на измельчение известьсодержащей части шихты.

Цель достигается тем, что шихта для получения синтетического известково-железистого шлака, содержащая известьсодержащую составляющую, углеродистое вещество, железосодержащие отходы и состоящая из частиц диаметром менее 28 меш. содержит в качестве известьсодержащей составляющей 50-70 мас. известковой пыли из отходов известкового производства, в качестве углеродистого вещества 7-9 мас. коксовой пыли установок сухого тушения кокса, а в качестве железосодержащих отходов конвертерный шлам или окалину остальное. Цель достигается также тем, что в способе получения синтетического известково-железистого шлака, включающем смешивание, увлажнение и гранулирование до размеров гранул 0,5-1,27 см шихты с частицами диаметром менее 28 меш. состоящей из железосодержащего, известьсодержащего и углеродсодержащего материалов, сушку и термическую обработку, углеродсодержащий материал, в качестве которого используют коксовую пыль, накатывают на поверхность гранул, сушку проводят при 0-100^оС, а термическую обработку осуществляют сжиганием коксовой пыли в режиме самораспространяющегося горения до расплавления и гомогенизации шихты.

Весовые соотношения известьсодержащей и железосодержащей частей шихты обусловлены требованиями к химическому составу получаемых шлаков. Известково-железистые шлаки при работе выполняют две функции: производят окисление примесей в металле и связывают их в прочные соединения на основе извести, для чего в шлаках должно быть достаточное содержание окислов железа и кальция. Для активной дефосфорации стали в шлаках необходимо иметь не менее 45 мас. СаО и не менее 20 мас. FeО. Нижний предел содержания известковой пыли из отходов известкового производства в шихте обусловлено тем, чтобы содержание СаО в получаемом шлаке не снижалось менее 45 мас. а верхний предел содержания известковой пыли из отходов известкового производства обусловлен тем, чтобы содержание FeО не снижалось менее 20 мас. а именно, при содержании известковой пыли менее 50 мас. снижаются рафинирующие возможности шлака в связи с недостатком извести, как связующего реагента; увеличение известковой пыли из отходов известкового производства выше 70 мас. нецелесообразно, так как недостаток окислителя окислов железа повышает вязкость шлака, что приводит к диффузионным затруднениям при рафинировании стали. Целесообразность использования в качестве железосодержащих отходов конвертерного шлама или окалины обусловлено высоким содержанием в них окислов железа. Экспериментально установлено оптимальное содержание коксовой пыли установок сухого тушения кокса в шихте: при содержании коксовой пыли менее 7 мас. выделяется недостаточное количество тепла при горении для полного расплавления шихтовых материалов, а содержание коксовой пыли в шихте более 9 мас. экономически нецелесообразно, кроме этого избыток коксовой пыли является нежелательным источником серы в шлаке (табл. 3, 4).

Наличие в составе шихты шлакообразующих материалов извести, как тугоплавкого компонента шихты, после смешивания с конвертерным шламом или окалиной на стадии увлажнения смеси приводит к взаимодействию извести с водой с образованием гидроокиси кальция (Са(ОН)₂)-ультрадисперсного вещества, способствующего получению высокоактивного гомогенного шлака.

При накатывании коксовой пыли установок сухого тушения кокса на гранулы шихты снижается поверхность контакта топлива с известьсодержащей частью шихты, способной усваивать серу, содержащуюся в топливе; в процессе сжигания коксовой пыли установок сухого тушения кокса часть содержащейся в ней серы удаляется с газообразными продуктами горения.

Необходимость реализации сушки гранул при 0-100^оС связана с тем, что известь в результате взаимодействия с водой в готовых гранулах находится в виде гидроокиси кальция Са(ОН)₂, способной диспергировать, в результате чего затрудняется выход паров воды из гранул. Поэтому сушка гранул при температуре выше 100^оС приводит к возникновению внутри гранул разрушающих давлений, а при температуре ниже 0^оС к замерзанию воды в гранулах.

Процесс сплавления шихтовых материалов осуществляется термической обработкой, реализуемой сжиганием коксовой пыли установок сухого тушения кокса в режиме самораспространяющегося горения до расплавления и гомогенизации шихты в узкой зоне высоких температур (1200-1400^оС) в потоке фильтрующегося сквозь слой гранул воздуха. Дисперсность коксовой пыли установок сухого тушения кокса обуславливает ее высокую реакционную способность, а накатывание такого топлива на поверхность гранул повышает доступность топлива для взаимодействия с кислородом воздуха, что интенсифицирует процесс горения топлива, позволяет концентрировать выделяющееся при этом тепло в узкой зоне температур и обеспечивает устойчивость горения в широких диапазонах изменения расхода воздуха. Образующийся при этом жидкий гомогенный шлаковый расплав не создает серьезных фильтрационных затруднений воздуху.

Для экспериментальной проверки заявляемого состава шихты для получения известково-железистого шлака и способа его получения были подготовлены десять смесей ингредиентов, шесть из которых показали оптимальные результаты (табл. 1, 2). В качестве известьсодержащей составляющей шихты была использована известковая пыль из отходов известкового производства, в качестве углеродистого вещества коксовая пыль установок сухого тушения кокса, а в качестве железосодержащих отходов конвертерный шлам или окалина, т.е. составляющими шихты являлись отходы металлургического производства, диаметр частиц которых составлял менее 28 меш. Из табл. 1, 2 следует, что предлагаемая шихта наиболее оптимальна для получения шлака с требуемым химическим составом, содержащим достаточно окислов железа и кальция для осуществления в последующем дефосфорации стали.

В чашевом смесителе (модель 02113) согласно заявляемому способу известковая пыль из отходов известкового производства смешивалась с конвертерным шламом, после чего смесь увлажнялась из расчета 30 мас. воды к массе смеси и гранулировалась на тарельчатом грануляторе (диаметр тарели 1 м, высота борта 0,2 м, число оборотов в минуту 10) до размеров гранул 0,5-1,2 см. В гранулятор равномерно в течение времени гранулирования было подано 20 мас. воды по отношению к исходной смеси. На полученные сырые гранулы была накатана коксовая пыль установок сухого тушения кокса, после чего осуществлялась их сушка при 20^оС. Термическая обработка гранул была реализована в проточном реакторе горения, представляющем собой стальную трубу диаметром 0,2 м, высотой 1 м, оборудованную в нижней части опорной решеткой и устройством подвода воздуха. В нижней части реактора производилось поджигание 250 г титановой губки, после чего загружались гранулы шихты и подавался воздух. В результате теплового удара в слое гранул развивалось самораспространяющееся горение, расплавление и гомогенизация шихты. Расход воздуха составил 0,7 м³/мин, а скорость распространения фронта горения 8 см/мин. Получен синтетический известково-железистый шлак, представляющий собой гомогенный пористый материал оптимального химического состава (табл. 1).

Аналогичным способом был получен синтетический известково-железистый шлак с оптимальным химическим составом (табл. 2), где в качестве железосодержащих отходов шихты использовалась окалина. Полученный шлак был использован в окислительный период электроплавки в трехтонной дуговой электропечи литейного цеха Западно-Сибирского металлургического комбината для осуществления глубокой дефосфорации стали. Из результатов проведенных плавок, представленных в табл. 4, 5, следует, что при содержании фосфора в стали в начале окислительного периода 0,02 мас. в результате использования для дефосфорации предлагаемого известково-железистого шлака достигнуто предельно низкое (0,001 мас.) остаточное содержание фосфора в стали, что свидетельствует о высоких рафинирующих возможностях заявляемого полученного шлака.

Заявляемые изобретения применимы в сталеплавильном производстве металлургических предприятий для получения синтетического известково-железистого шлака из отходов металлургического производства для последующего использования при рафинировании качественных сталей с особыми свойствами (хладостойкость), где требуется особо низкое содержание фосфора.

Использование: в сталеплавильном производстве. Цель изобретения - получение из отходов металлургического производства синтетического изветково-железистого шлака без дополнительных затрат на измельчение известьсодержащей части шихты и с невысокой степенью усвоения вредных примесей топлива без подвода тепла извне. Шихта для получения синтетического известково-железистого шлака содержит, мас.%: известковая пыль из отходов известкового производства 50-70, коксовая пыль установок сухого тушения кокса 7-9 и конвертерный шлам или окалина остальное. При способе ее получения смешивают шлакообразующие компоненты щихты с частицами 28 меш.,увлажняют смесь, гранулируют до размеров гранул диаметром 0,5-1,27 см, накатывают коксовую пыль при гранулировании на поверхность гранул шихты, сушат при 0-100^oС, осуществляют термическую обработку сжиганием коксовой пыли в режиме самораспространяющегося горения в потоке воздуха до расплавления и гомогенизации шихты. Изобретение позволяет получать синтетический шлак для рафинировании стали. 2 с. п. ф-лы, 5 табл.

1. Шихта для получения синтетического известково-железистого шлака, включающая известьсодержащую составяющую, углеродистое вещество, железосодержащие отходы и состоящая из частиц диаметром менее 28 меш, отличающаяся тем, что она содержит в качестве известьсодержащей составляющей известковую пыль из отходов известкового производства, в качестве углеродистого вещества коксовую пыль установок сухого тушения кокса, а в качестве железосодержащих отходов конвертерный шлам или окалину при следующем соотношении компонентов, мас.

Известковая пыль из отходов известкового производства 50 70
Коксовая пыль установок сухого тушения кокса 7 9
Конвертерный шлам или окалина Остальное
2. Способ получения синтетического известково-железистого шлака, включающий смешивание, увлажнение и гранулирование до размеров гранул 0,5 - 1,27 см шихты с частицами 28 меш, состоящей из железосодержащего, известьсодержащего и углеродистого материалов, сушку и термическую обработку в потоке воздуха, отличающийся тем, что углеродистый материал, в качестве которого используют коксовую пыль установок сухого тушения кокса, накатывают на поверхность гранул, сушку проводят при 0 100^oС, а термическую обработку осуществляют сжиганием коксовой пыли в режиме самораспространяющегося горения до расплавления и гомогенизации шихты.