ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НЕЙТРАЛИЗАТОРА ШЛАКА Российский патент 2009 года по МПК C04B35/18 C21C5/06 

Изобретение относится к силикатной промышленности и может быть использовано для изготовления нейтрализатора металлургического шлака в технологии и установках внепечной металлургии стали для уменьшения агрессивного воздействия шлаков на огнеупорную футеровку металлургических агрегатов.

Основной причиной износа футеровки тепловых агрегатов, используемых при внепечной обработке стали, являются физико-химические процессы взаимодействия металлургических шлаков с огнеупорами, в результате которых образуются соединения, способствующие коррозии огнеупоров на химическом и механическом уровнях: как за счет растворения огнеупоров при образовании соединений с пониженной температурой плавления, так и их перерождения в результате образования β-двухкальциевого силиката (β-2СаО·SiO₂) и его модификационного перехода при охлаждении футеровки в γ-форму, протекающего с ростом объема до 12%, что приводит к ускоренному разрушению футеровки.

Для уменьшения агрессивного воздействия металлургических шлаков используют нейтрализаторы, изготовленные на основе тугоплавких оксидов, которые, растворяясь в шлаках, повышают его температуру плавления, сводя к минимуму скорость химического взаимодействия образующегося смешанного оксидного расплава с огнеупором. Кроме того, в состав нейтрализатора вводят добавки, стабилизирующие структуру β-2СаО·SiO₂ и препятствующие ее переходу в γ-форму при охлаждении футеровки.

Известна шихта для изготовления нейтрализатора шлака, включающая глинозем технический (50-70%), магнезитовую каустическую пыль (20-45%) и глину огнеупорную пластичную (4,5-10%), отличающаяся тем, что с целью повышения шлакоустойчивости футеровки она дополнительно содержит окисел из группы В₂О₃,

Y₂О₃, ВаО в количестве 0,5-2,0% (см. В.А.Орлов, Г.И.Кузнецов и Ю.В.Яковлев, авторское свидетельство №959376, С04В 35/18 «Шихта для изготовления нейтрализатора шлака»). Недостатком этой шихты является низкая технологичность из-за необходимости применения четырех компонентов и получения расплава при введении нейтрализатора в шлак с пониженной температурой плавления из-за использования легкоплавких стабилизирующих добавок.

Наиболее близким решением, принятым нами за прототип, является «Шихта для изготовления нейтрализатора шлака» по изобретению СССР №1330160, кл. С04В 35/18, опубликованная 15.08.87 в бюллетене изобретений №30. Авторы С.М.Эпштейн, А.Н.Соколов, Е.С.Борисовский, О.В.Лодария, Г.Н.Кушнирский, Ю.С.Федосин, Н.К.Шорина и Б.Л.Красный. Шихта включает огнеупорную составляющюю 84-99% и стабилизирующую добавку, в качестве которой она содержит алюмоборфосфатный концентрат в количестве 1-6%. Огнеупорная составляющая согласно описанию этого изобретения может содержать как технический глинозем, так и его смесь с магнезитовой каустической пылью и огнеупорной глиной.

Недостатком этой шихты является то, что алюмоборфосфатный концентрат также снижает температуру плавления смеси металлургического шлака и нейтрализатора, образуя расплав, который глубже проникает в поры огнеупора, ускоряет его разрушение и сводит к минимуму эффект от стабилизации β-двухкальциевого силиката.

Целью изобретения является уменьшение проникновения расплава в огнеупор и повышение эффективности стабилизации β-двухкальциевого силиката (β-2СаО·SiO₂) в огнеупорной футеровке при ее охлаждении.

Указанный технический результат достигается тем, что в качестве высокоглиноземистой огнеупорной составляющей и, одновременно, добавки, стабилизирующей β-2СаО·SiO₂, шихта для нейтрализатора шлака содержит хромсодержащие высокоглиноземистые отходы промышленности при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

хромсодержащие высокоглиноземистые   отходы промышленности 70-85 магнезитовая каустическая пыль 15-30

Хромсодержащие высокоглиноземистые отходы промышленности характеризуются следующим химическим составом, мас.%:

Al₂О₃ - 68-84; Cr₂O₃ - 5-13; SiO₂ - 0,5-13; MgO - 0,7-5; CaO - 0,3-13; Fe₂О₃ - 0,2-3; K₂O+Na₂O - 0,1-4.

Содержащийся в отходах тугоплавкий оксид хрома является высокоэффективным стабилизатором β-формы двухкальциевого силиката.

Вышеперечисленное обеспечивает необходимое сочетание технологических характеристик и физико-химических и механических свойств нейтрализатора.

Данный двухкомпонентный состав шихты позволяет уменьшить проникновение расплава в огнеупор и эффективно стабилизировать β-2СаО·SiO₂ при охлаждении футеровки.

Нейтрализаторы металлургического шлака из предлагаемых шихт и шихты прототипа готовили по следующей технологии: хромоглиноземистый отход от выплавки хрома размалывали в шаровой мельнице до удельной поверхности выше 3500 см²/г и смешивали с магнезитовой каустической пылью до гомогенного состояния в соотношениях, указанных в таблице.

Приготовленную шихту подавали на тарельчатый гранулятор и окатывали гранулы до размеров 10-40 мм. В качестве связки использовали раствор ЛСТ (лигносульфоната технического) плотностью 1,1-1,2 г/см³ в количестве 10-15% сверх 100% сухой шихты. Сформованные гранулы сушили при температуре 150-200°С.

Для проведения лабораторных опытов по определению влияния хромсодержащих высокоглиноземистых отходов промышленности на степень стабилизации β-двухкальциевого силиката (β-2СаО·SiO₂) и пропитку огнеупора, полученные гранулы измельчали до фракции менее 0,5 мм и смешивали с металлургическим шлаком в соотношении 1:1. Для опытов использовали конвертерный шлак Магнитогорского металлургического комбината.

Смесь расплавляли в алундовом тигле при температуре 1600°С и в образовавшийся расплав помещали на 1 час образцы размером 20×20×40 мм, выпиленные из периклазоуглеродистого кирпича марки ПУСК по ТУ 14-200-336-98.

Проникновение расплава в огнеупор определяли по глубине пропитки огнеупорных образцов по толщине измененной зоны, для чего образцы извлекали из расплава и на полированном срезе измеряли толщину пропитанной зоны.

Для оценки эффекта стабилизации β-2СаО·SiO₂ в этой зоне определяли интенсивность отражений β и γ формы двухкальциевого силиката на рентгеновском дифрактометре ДРОН-2. Дифрактограммы получали с использованием рентгеновской трубки с медным катодом при вторичном напряжении 40 kV. Работы выполнялись в лаборатории ЗАО «Маркетинговый Центр АС Теплострой».

Результаты выполненных работ также приведены в таблице.

Анализ полученных данных позволяет сделать следующие выводы:

1. Составы шихт нейтрализатора шлака №1, 2, 3, в которых соотношения компонентов находятся в предлагаемом диапазоне, в смеси с металлургическим шлаком характеризуются существенно меньшей глубиной проникновения расплава в огнеупор и наибольшей интенсивностью отражений γ-2СаО·SiO₂ по сравнению с прототипом (образец №6).

2. Увеличение содержания хромсодержащего высокоглиноземистого отхода промышленности в шихте нейтрализатора свыше заявленных (состав №4) приводит к увеличению глубины проникновения расплава в огнеупор и снижению степени стабилизации β-2СаО·SiO₂.

Уменьшение ввода упомянутого отхода ниже предложенного диапазона до 65% (состав №5) также приводит к увеличению толщины пропитки огнеупора расплавом, приближаясь по показателям к прототипу.

Таким образом, предлагаемая шихта для изготовления нейтрализатора шлака, отличительным признаком которой является введение в ее состав хромсодержащих высокоглиноземистых отходов промышленности в качестве глиноземистого компонента и одновременно добавки, стабилизирующей β-2СаО·SiO₂, обеспечивает получение технического результата - уменьшение проникновения расплава в огнеупорную футеровку и более высокую степень стабилизации β-2СаО·SiO₂ при высокой технологичности ее приготовления из двух компонентов.

Важным преимуществом предлагаемой шихты для приготовления нейтрализатора является использование побочных продуктов производства взамен промышленно выпускаемых материалов.

Шихта для изготовления нейтрализатора шлака проверена в промышленных условиях с положительным результатом и рекомендуется для использования в производстве.

Изобретение относится к силикатной промышленности и может быть использовано для изготовления нейтрализатора металлургического шлака. Шихта содержит магнезитовую каустическую пыль, стабилизирующую добавку и в качестве глиноземсодержащего компонента и одновременно стабилизирующей добавки она содержит хромсодержащие высокоглиноземистые отходы промышленности при следующих соотношениях компонентов, мас.%: хромсодержащие высокоглиноземистые отходы промышленности 70-85; магнезитовая каустическая пыль 15-30. Использование изобретения позволяет уменьшить глубину пропитки огнеупора шлаковым расплавом и улучшение стабилизации β-формы двухкальциевого силиката при хорошей ее технологичности. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Шихта для изготовления нейтрализатора шлака, включающая глиноземсодержащий компонент, магнезитовую каустическую пыль и стабилизирующую добавку, отличающаяся тем, что для уменьшения проникновения расплава в огнеупорную футеровку и повышения эффективности стабилизации β-двухкальциевого силиката (β-2СаО·SiO₂) в качестве глиноземсодержащего компонента и одновременно стабилизирующей добавки она содержит хромсодержащие высокоглиноземистые отходы промышленности при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
хромсодержащие высокоглиноземистые   отходы промышленности 70-85 магнезитовая каустическая пыль 15-30

2. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что упомянутые хромсодержащие высокоглиноземистые отходы промышленности имеют следующий химический состав, мас.%:
Al₂О₃ 68-84
Cr₂O₃ 5-13
SiO₂ 0,5-13
MgO 0,7-5
CaO 0,3-13
Fe₂О₃ 0,2-3
K₂O+Na₂O 0,1-4