СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПУЦЦОЛАНОВЫХ ИЛИ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ВЯЖУЩИХ ДЛЯ ЦЕМЕНТНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ИЗ ОСНОВНЫХ ОКСИДНЫХ ШЛАКОВ Российский патент 2004 года по МПК C04B5/06 C21B3/06 

Изобретение относится к способу получения пуццолановых или гидравлических вяжущих для цементной промышленности из основных оксидных шлаков.

Из заявки ЕР 666930 В1 уже известен способ, в котором сталеплавильные шлаки восстанавливают при применении доменного чугуна и, особенно, за счет присутствующего в доменном чугуне углерода, благодаря чему, во-первых, происходит рафинирование чугунолитейной ванны и одновременно происходит восстановление оксида, который удается перевести в металлическую ванну. Оксидные шлаки и особенно шлаки сталеплавильных цехов обладают в зависимости от содержания в них оксидов металлов и их основности более или менее высокой вязкостью, за счет чего приходится работать при сравнительно высоких температурах, чтобы поддерживать соответственно жидкоплавкость шлака. Кроме того, если такие шлаки приспосабливают с учетом состава, требующегося с точки зрения цементной технологии, с помощью корректирующих веществ, то это часто приводит к образованию шлаков, которые при обычных температурах за счет высокого образования СО из углерода, содержащегося в ванне, склонны к усиленному пенообразованию. Если образующаяся таким путем пена является стабильной, то это ведет к уменьшенному массообмену между металлом и шлаком и за счет этого - к заметному уменьшению скорости восстановления. Соответственно существенно увеличивается время обработки. Если одновременно работают с металлической ванной с относительно высоким содержанием углерода, то это может привести к особенно бурным реакциям на поверхности раздела, которые могут вызывать сильную пену, а также нежелательный выброс шлаков.

Изобретение направлено также на снижение начальной скорости реакции и времени обработки при переработке подобных оксидных шлаков и одновременно на то, чтобы при более низком уровне температур вызвать надежную и быструю реакцию и в особенности восстановление оксидов металлов в шлаке. Для решения этой задачи способ получения пуццолановых или гидравлических вяжущих для цементной промышленности из основных оксидных шлаков, в особенности сталеплавильных шлаков, с применением жидкометаллической ванны для восстановления оксидов металлов в шлаках согласно изобретению состоит в основном в том, что основность жидких шлаков доводят за счет добавления кислых корректирующих веществ (присадок), например, кварцевого песка, и/или доменного шлака, и/или содержащих SiO₂ корректирующих веществ до значения, которое на 0,1-0,5 ниже базового значения основности (CaO/SiО₂) целевого шлака. Путем снижения основности жидких шлаков до относительно малых значений и в особенности более низких значений, чем те, которые кажутся желательными для облагораживания цементной технологии, можно непосредственно получить также при более низких температурах шлаки, которые обладают низкой тенденцией к пенообразованию. Вследствие снижения основности и связанным с этим снижением вязкости в зависимости от уровня температур, получают заметно повышенные скорости восстановления и за счет этого - более быстропротекающую реакцию, при которой особенно быстро восстанавливаются оксиды железа и марганца до металлических железа и марганца. Подобным образом восстанавливаются оксиды хрома, никеля, ванадия и других металлов. По мере снижения содержания оксидов металлов уменьшается, естественно, реакция перехода углерода ванны в монооксид углерода и диоксид углерода, так что опасность восстановления шлака в основном возникает снова. Если добавляют соответствующее количество Аl₂O₃, происходит дополнительное снижение вязкости, и уменьшенное снижение вязкости является достаточным для получения желаемых скоростей реакций.

При преимущественном варианте, в рамках способа согласно изобретению, в дальнейшем основность шлаков в конце фазы восстановления или вблизи него доводят до желаемого базового значения основности 1,1-1,5. Вследствие пониженных реакций углерода и за счет этого пониженной тенденции к ценообразованию можно, таким образом, к концу восстановления уже установить необходимую для цементной технологии целевую основность. При этом указанное добавление можно производить в конверторе, в котором проводили восстановление сталеплавильных шлаков.

Для установления предпочтительного для технологии получения цемента состава шлаков желательно, наряду с достижением основности на уровне значений 1,1-1,5, как правило, также повысить содержание Аl₂O₃, причем для этой цели можно добавить, например, боксит. Для быстрой реакции в фазе восстановления выгодно, если также уже к началу обработки будут добавлены содержащие Al₂O₃ корректирующие вещества, например, боксит, по меньшей мере частично, перед восстановлением шлаков. За счет добавления частичного количества присадок, необходимых для регулирования содержания А1₂O₃ перед восстановлением происходит надежное перемешивание в шлаке при одновременном снижении вязкости шлака во время процесса восстановления, причем данное частичное количество преимущественно может составлять от половины до трех четвертей требуемой добавки присадок, содержащих Al₂O₃.

Особенно простым образом можно установить целевую основность путем добавления обожженной извести и/или содержащих СаО корректирующих веществ.

Снижение вязкости перед восстановлением до значений, близких к нейтральному значению, создает также особое преимущество с точки зрения срока службы огнеупорной футеровки, не имеющей основной природы.

Преимущество предложенного способа состоит также в том, что целевую основность регулируют с момента времени, к которому содержание оксидов металлов и, в частности, сумма содержаний оксидов железа, марганца, хрома и ванадия в шлаках не превосходит 3,5 мас.%. С момента падения содержания оксидов металлов до значений ниже 3,5%, как уже упоминалось, в силу значительного подавления реакции углерода в ванне пенообразование уже существенно подавлено, так что в этот момент времени уже можно добавлять присадки, требуемые для управления составом, который применяют в технологии производства цемента. Такое добавление не окажет отрицательного воздействия на способ.

Предпочтительно, чтобы основность при добавлении содержащих Аl₂O₃ корректирующих веществ для достижения содержания Аl₂O₃ 12-15 мас.% снижалась в меньшей степени, чем при более низких содержаниях Аl₂O₃.

Ниже изобретение поясняется более подробно с помощью примеров его осуществления.

ПРИМЕР 1.

В конверторе на 10 т чугуна прибавляли 3 т шлака следующего состава:

В жидкометаллическую ванну во время процесса восстановления добавляли углерод в форме носителей углерода. За счет введения угля и кислорода достигали температуры, необходимой для получения жидких шлаков и требуемого восстановительного потенциала. Основность шлака понижали до значения 1,1 посредством вдувания 770 кг кварцевого песка и добавляли 494 кг боксита. При этом в начале восстановления в расплаве образовывался шлак следующего состава:

К концу фазы восстановления, в которой, в частности, содержание FeO 15,4 маc.% могло быть снижено до значения ниже 1 маc.%, а содержание оксида марганца снижено в основном наполовину, устанавливали желательный конечный состав шлаков путем добавления 265 кг обожженной извести и 330 кг боксита. В сумме относительно низкое содержание оксидов металлов около 1,7 маc.% и подавленная реакция перехода углерода в монооксид углерода и диоксид углерода к концу фазы восстановления снижают к данному моменту времени пенообразование вплоть до конца обработки. Состав целевого шлака, который отличается высокими свойствами для технологии получения цемента, был следующим:

В целом за счет этого в рамках предложенного способа основность шлака снижалась на величину 0,2 по отношению к значению целевой основности. За счет этого были гарантированно снижены пенообразование и нежелательный выброс шлаков.

ПРИМЕР 2.

В конвертор было загружено на 10 т чугуна 4 т шлака следующего состава, в жидком состоянии:

Вышеуказанный шлак был подвергнут процессу восстановления в расплаве за счет введения угля и кислорода.

Предварительно, однако, химию шлака изменяют таким образом, что снижают вязкость. Это происходило за счет добавки 867 кг кварцевого песка и 980 кг боксита.

Одновременно уже при контакте оксидного шлака с углеродсодержащей ванной из расплавленного железа протекает реакция восстановления.

Оба эффекта (установление основности и содержания Аl₂O₃, а также протекающее восстановление) приводили к следующему составу перед началом собственно самой обработки посредством восстановления в расплаве:

После завершения фазы восстановления устанавливали желательный целевой состав шлака путем введения 828 кг обожженной извести и 237 кг боксита.

Состав целевого шлака был следующим:

В способе получения пуццолановых или гидравлических вяжущих для цементной промышленности из основных оксидных шлаков, в особенности сталеплавильных шлаков, при применении жидкометаллической ванны путем добавления кислых корректирующих веществ, как, например, кварцевого песка, и/или доменного шлака, и/или содержащих SiO₂ корректирующих веществ перед проведением реакции восстановления основность шлаков доводят до значения, которое на 0,1-0,5 ниже базового значения (CaO/SiO₂) целевого шлака. Технический результат - уменьшение пенообразования, снижение начальной скорости реакции и времени обработки при переработке подобных оксидных шлаков, повышение надежности и скорости реакции, восстановление оксидов металлов в шлаке. 5 з.п. ф-лы, 6 табл.

1. Способ получения пуццолановых или гидравлических вяжущих для цементной промышленности из основных оксидных шлаков, в особенности сталеплавильных шлаков, с применением жидкометаллической ванны для восстановления оксидов металлов в шлаках, отличающийся тем, что основность жидких шлаков перед восстановлением доводят за счет добавления кислых корректирующих веществ, например, кварцевого песка, и/или доменного шлака, и/или содержащих SiО₂ корректирующих веществ до значения, которое от 0,1 до 0,5 ниже базового значения основности (CaO/SiО₂) целевого шлака.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что основность шлаков в конце фазы восстановления или вблизи него доводят до желательного базового значения основности 1,1-1,5.3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что добавляют содержащие Аl₂О₃ корректирующие вещества, например, боксит, по меньшей мере частично, перед восстановлением шлаков.4. Способ по любому из пп.1, 2 или 3, отличающийся тем, что целевую основность устанавливают путем добавления обожженной извести и/или содержащих СаО корректирующих веществ.5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что целевую основность регулируют с момента времени, к которому содержание оксидов металлов и, в частности, сумма содержаний оксидов железа, марганца, хрома и ванадия в шлаке не превышает 3,5 маc.%.6. Способ по п.3, отличающийся тем, что основность при добавлении содержащих Аl₂О₃ корректирующих веществ для достижения содержания Аl₂О₃ 12-15 маc.% снижается в меньшей степени, чем при более низких содержаниях Аl₂О₃.