СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ШИХТОВОГО МАТЕРИАЛА В ВИДЕ БРИКЕТОВ К ПЛАВКЕ Российский патент 2000 года по МПК C22B1/243 C22B7/00 

Изобретение относится к металлургии, а именно к производству чугуна и стали с использованием шихтового материала в виде брикетов.

Известен способ брикетирования стальной окалины, включающий размол окалины, смешивание со связующим веществом, прессование и обжиг, причем в качестве связующего используют смесь оксидов алюминия, натрия, кальция и кремния [1].

Этот способ не позволяет получить связующее вещество без предварительного сплавления его компонентов с последующим помолом, а брикеты без обжига. Эти технологические процессы энергоемки и трудоемки.

В качестве наиболее близкого аналога выбран способ подготовки шихтового материала в виде брикетов к плавке, включающий смешивание железосодержащих отходов металлургического производства, например окалины, с тонко измельченным углеродосодержащим материалом и связующим, прессование и последующую сушку. Окалину предварительно размалывают, смешивают с порошкообразным углесодержащим материалом в количестве 15 - 60% по углероду от массы окалины. Готовую смесь окалины, углеродосодержащего материала и связующего обрабатывают водным раствором Na₂O n SiO₂ (жидкого стекла). В качестве связующего используют механическую смесь оксида алюминия, карбоната кальция, карбоната натрия, буры, пыли от газоочистки электропечи и двуокиси кремния [2]. Известно и использование бентонита в качестве связующего при производстве окатышей [3].

К недостаткам прототипа относится сравнительно высокое поверхностное натяжение расплава связующего, что затрудняет пропитку шихтовых материалов, образование сплошной газоплотной оболочки между компонентами брикета и изоляцию их от атмосферы печи. Это приводит к непродуктивной потере части углерода при технологическом нагреве и уменьшает степень извлечения металла из окалины.

К недостаткам относится также необходимость набора многочисленных компонентов для изготовления связующего, часть которых - это синтезированные дорогостоящие материалы, а при использовании бентонита, увеличивающегося при увлажнении в объеме более чем в 30 раз, получение высокой пористости и газопроницаемости, что необходимо при переработке брикетов и окатышей в доменной печи с газовой восстановительной атмосферой. В случае их переработки в сталеплавильных агрегатах необходимо обеспечить их изоляцию от окислительной атмосферы, чтобы обеспечить внутреннее прямое восстановление оксидов железа углеродом, его металлизацию и расплавление.

При изготовлении брикетов из окалины, электродного боя и связующего, имеющего состав в соответствии с прототипом, в соотношении 8:2:1 с последующим их проплавлением в нагревательной печи (печи Таммана) установлено, что угар углерода из брикетов превышает 10,9%, а выход металла по отношению к массе брикета менее 51,8%.

Задачей изобретения является уменьшение угара углерода из брикета, повышение степени извлечения металла из отходов, снижение стоимости связующего и шихтового материала.

Решение задачи достигается тем, что в способе подготовки шихтового материала в виде брикетов, включающем смешивание предварительно подготовленных железосодержащих отходов металлургического производства с тонко измельченным углеродосодержащим материалом в количестве 15 - 60% по углероду от массы отходов и связующим, обработку полученной смеси водным раствором Na₂O n SiO₂, прессование и сушку, согласно изобретению в качестве связующего используют механическую смесь природных материалов суглинка, глины или полевого шпата и карбоната натрия в следующем соотношении, мас. %: карбонат натрия - до 15%, одно из названных природных материалов - остальное. Смесь подвергают совместному размолу до фракции 0,85 мм и менее. В качестве железосодержащих отходов можно использовать окалину, пыль из газоочистных устройств, шлам газоочистных устройств и ванн травления, сварочный шлак нагревательных колодцев и печей, бой графитовых электродов, шлам и бой электролизных ванн для производства алюминия.

Особенностью названных природных материалов является то, что они содержат К₂O и Na₂O от 5 до 18%. Эти оксиды являются основными плавнями. Добавленный к природным материалам карбонат натрия в количестве до 15% при технологическом нагреве брикетов диссоциирует с образованием Na₂О. Обогащение природных материалов оксидом натрия совместно с оксидом калия обеспечивает более низкую температуру плавления связующего вещества, облегчает по сравнению с имеющими повышенное содержание глинозема прототипами образование стекловидной газоплотной пленки, обволакивающей компоненты брикета и препятствующей угару углерода, т.е. появляется новое свойство, не совпадающее со свойствами известных решений. Содержащийся в природных материалах оксид K₂О являются поверхностно-активным веществом (ПАВ), снижающим поверхностное натяжение силикатных расплавов и угол смачивания. Совместное действие K₂О и Na₂О как плавней особенно сильно и еще больше способствует снижению поверхностного натяжения расплава связующего и уменьшению угла смачивания.

Влияние карбоната натрия на угол смачивания расплава связующего приведено в таблице. Из нее видно, что оптимальные условия пропитки и газоплотности брикетов, обеспечиваемые при угле смачивания до 35^o, достигаются введением карбоната натрия до 15%. Повышение доли карбоната натрия сверх 15% практически не приводят к уменьшению угла смачивания, а только понижает температуру начала расплавления связующего.

Смесь подвергают совместному размолу, что обеспечивает однородность по химическому и зерновому составу. Это в свою очередь способствует получению газоплотной пленки на основном материале. А размол до фракции 0,85 мм и менее обеспечивает высокую прочность брикета.

К достоинствам способа следует отнести также то, что в нем используются природные материалы - глина, суглинок, полевой шпат. Эти материалы недефицитны, широко распространены, их добыча, транспортировка и переработка не требуют больших затрат.

Способ осуществляется следующим образом (показано на примере суглинка как природного материала). Прокатную окалину с содержанием железа 72,5% размололи в течение 0,5 ч в лабораторной шаровой мельнице, после чего просеяли через сито с ячейкой 3 мм без остатка. Затем взяли 20 г электродного боя и размололи до фракции не более 3 мм.

Окалину и электродный бой перемешали в миксере. Отдельно приготовили следующее вещество в соотношении, мас.%: карбонат натрия 10, суглинок 90. Компоненты совместно размололи, перемешали и просеяли через сито 020, соответствующего фракции 0,85 мм (без остатка). Смесь из 80 г окалины, 20 г электродного боя и 7 г связующего вещества перемешали, затем в полученную смесь добавили водный раствор Na₂O и SiO₂ плотностью 1,3 г/см³ в количестве 13 г. Смесь прессовали в виде цилиндрического брикета массой 120 г при удельном давлении 20 МПа. Брикет сушили в шкафу при температуре 200^oC в течение 1 ч и охлаждали на воздухе. Масса брикета после сушки 110 г. Брикет поместили в алундовый тигель и плавили в печи сопротивления с графитовым нагревателем (печь Таммана) в течение 1,2 ч.

Результат плавки: масса полученного сплава 59,2 г; содержание углерода в сплаве 3,80%; теоретическое восстановление железа 58 г; фактическое восстановление железа 56,95 г; степень восстановления железа 98,18%; теоретический расход углерода на восстановление железа 16,0 г; фактический расход углерода на науглероживание 2,25 г; масса сгоревшего углерода 1,75 г; угар углерода 8,75%. Выход металла по отношению к массе брикета 53,8%. Аналогичным образом осуществляется способ при использовании в качестве связующего глины или полевого шпата, а в качестве железосодержащих отходов - пыли из газоочистных устройств, шлама газоочистных устройств и ванн травления, сварочного шлака нагревательных колодцев и печей, боя графитовых электродов, боя электролизных ванн для производства алюминия. Полученные брикеты могут быть использованы как частичный заменитель стального лома, чугуна, источник железа и разбавитель содержания примесей цветных металлов в стальном расплаве.

Использование предложенного способа подготовки шихтового материала в виде брикетов на плавках легированной и углеродистой стали в 25-тонных дуговых электропечах позволило более полно утилизировать отходы металлургического производства, снизить затраты на приготовление брикетов, вывоз и хранение отходов, снизить расход шихтовых материалов и улучшить экологические условия производства. Таким образом, заявленное техническое решение практически легко осуществимо, обладает новизной и соответствует критерию "изобретательский уровень".

Литература
1. Патент N 2055919 от 16.12.93, БИ N 7, опубл. 10.03.96.

2. Патент N 2095436 от 31.01.96, БИ N 31, опубл. 10.11.97.

3. Патент США N 3779782 от 20.05.71, опубл. 18.12.73.

Использование: изобретение относится к металлургии. Сущность: способ заключается в смешивании железосодержащих отходов металлургического производства с углеродосодержащим и связующим материалами с последующим прессованием и сушкой. Пределы содержания углерода в материале составляют 15 - 60% (по массе). В качестве связующего используют дешевые недефицитные природные материалы - суглинок, или глину, или полевой шпат в смеси с карбонатом натрия, причем карбоната натрия до 15% по массе, а одно из названных природных материалов - остальное. Смесь подвергает совместному размолу до фракции 0,85 мм и менее. В качестве исходного материала могут быть использованы и утилизованы такие железосодержащие отходы металлургического производства, как пыль и шлам газоочистных устройств доменных и электродуговых печей, а также кислородных конвертеров, сварочный шлак нагревательных печей и колодцев. Полученные брикеты могут быть использованы в качестве частичного заменителя стального лома, чугуна, источника железа и разбавителя содержания примесей цветных металлов в стальном расплаве, при этом значительно уменьшается угар углерода из брикета и повышается степень извлечения металла из отходов. 6 з. п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ подготовки шихтового материала в виде брикетов к плавке, включающий смешивание предварительно подготовленных железосодержащих отходов металлургического производства с тонко измельченным углеродосодержащим материалом в количестве 15 - 60% по углероду от массы отходов и связующим, обработку полученной смеси водным раствором Na₂O • n • SiO₂, прессование и последующую сушку, отличающийся тем, что в качестве связующего используют механическую смесь природных материалов - суглинка, глины или полевого шпата и карбоната натрия, взятых в следующем соотношении, мас.%:
Карбонат натрия - До 15
Одно из названных материалов - Остальное
причем смесь подвергают совместному размолу до фракции 0,85 мм и менее. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве железосодержащих отходов используют прокатную и кузнечную окалину. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве железосодержащих отходов используют пыль из газоочистных устройств. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве железосодержащих отходов используют шлам газоочистных устройств и ванн травления. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве железосодержащих отходов используют сварочный шлак нагревательных колодцев и печей. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве углеродсодержащих отходов используют бой графитовых электродов. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве углеродосодержащих используют шлам или бой электролизных ванн для производства алюминия.