ТИТАНСОДЕРЖАЩАЯ ДОБАВКА Российский патент 2013 года по МПК C04B35/46 C04B35/66 

Объектом изобретения является титансодержащая добавка для инжекции в металлургические печи для повышения долговечности облицовки печей, в производстве стали.

Применение титансодержащих добавок (присадок) в металлургических процессах известно давно. При этом действие титансодержащих добавок (присадок) основывается на образовании устойчивых к высоким температурам и износостойких Ti(C,N)-соединений, обладающих зависящей от температуры растворимостью в чугуне. При превышении предела растворимости, что, в особенности, может быть в поврежденных местах горна доменной печи при повышенном отводе тепла наружу, дело доходит до выделения Ti(C,N)-соединений из чугуна, их отложения в сильно изношенных областях каменной кладки и поэтому приводит к эффекту внутреннего собственного горячего ремонта.

С этой целью в металлургических процессах или для получения продуктов используют различные титансодержащие материалы. Что касается используемых в технике титансодержащих добавок (присадок), то речь обычно идет о титансодержащих материалах.

Так, например, известно применение в металлургической промышленности остатков от производства двуокиси титана (TiO₂-остатков) в качестве титансодержащей добавки. В немецком патенте DE-C-4419816 описывается титансодержащая добавка, состоящая из TiO₂-остатков и других веществ.

В немецком патенте DE-C-19705996 опубликован способ получения TiO₂-содержащей добавки. При этом смесь из TiO₂-остатков и железа или соединений железа подвергают термической обработке при температуре от 200 до 1300°С. Недостатком этого технического решения является усложненное дозирование и смешение TiO₂-остатков с другими конкретными компонентами добавки.

В европейской заявке на патент EP-A-0611740 опубликовано применение остатков от производства диоксида титана (TiO₂-остатков) с другими компонентами в качестве титансодержащей добавки для повышения долговечности огнеупорной облицовки печи. При этом дорогостоящим способом из остатков изготавливают формованные тела, содержащие диоксид титана, такие как брикеты, таблетки или гранулят. Однако эти продукты являются слишком крупнокусковыми и не могут применяться в металлургической промышленности и для изготовления продуктов или могут применяться только с плохими результатами.

В документе J.-C.Deirich et al. „Eigenschaften synthetischer titanhaltiger Materialien zur Verschleißminderung in Hochöfen", Stahl und Eisen, 119, (1999) Nr.8, S.85-90, раскрыта титаносодержащая добавка для увеличения срока годности горна доменных печей и исправления неисправных мест в вытяжках доменной печи. Эта добавка состоит из природных и синтетических титаносодержащих компонентов (ильменита и рутила) и имеет дисперстность 3-5 мм, при этом содержание оксида титана составляет от 25 до 50 мас.%. В состав добавки входит также оксид железа. Кроме того, известна инжекция тонких титансодержащих добавок (присадок) непосредственно в зону горна доменной печи. Инжекция титансодержащих добавок (присадок) в область горна имеет ряд преимуществ:

- введение осуществляется непосредственно вблизи поврежденных мест или в защитную зону облицовки, поэтому титансодержащие вещества могут применяться целенаправленно и в более низких концентрациях;

- более короткое время воздействия, особенно при наступлении перегрева в стенке печи;

- не появляется никаких отложений титансодержащих веществ в шахте доменной печи;

- более низкое добавляемое количество и высокая степень превращения Ti(C,N)-соединений приводит к улучшению качества шлаков за счет более низкого содержания диоксида титана (TiO₂) и, следовательно, к беспроблемному сбыту на рынке гранулированного доменного шлака.

Известно также применение кускового ильменита (структур ильменита; FeTiO₃) в качестве природного источника титана, необходимого для снижения износа в доменных печах.

Для получения двуокиси титана в качестве исходного вещества используют титановую руду ильменит (минерал формулы FeTiO₃). С этой целью ильменит используют также в комбинации с титановой рудой рутилом (диоксид титана, TiO₂).

Добычу ильменитовой руды осуществляют в карьере открытым способом. При этом руду сначала дробят на маленькие куски размером около 12 мм, а затем размалывают в тонкий порошок. Содержащиеся в руде примеси отделяют дорогостоящим способом. После отделения жильной породы из руды затем получают ильменитовый концентрат с содержанием диоксида титана около 50 мас.% (в расчете на общее содержание титана). Если в последующем говорится о содержании двуокиси титана в массовых процентах, то, когда не указывается иное, содержание его рассчитывается от общего содержания титана.

Кроме того, в качестве сырья для получения диоксида титана используют обогащенные диоксидом титана шлаки. При этом в месторождении извлекают ильменитовую руду и измельчают ее. Непосредственно после этого размолотую руду смешивают с углем и плавят в электродуговой печи. При этом образуется высококачественное железо. Образующиеся в этом процессе обогащенные диоксидом титана шлаки, например, так называемые, шлаки Сореля, могут содержать до 90 мас.% диоксида титана (в расчете на общее содержание титана).

В противоположность синтетическим титансодержащим материалам природные титансодержащие материалы в результате их крупной кусковатости или отсутствию тонкой зернистости не пригодны либо пригодны лишь частично и с плохим результатом для применения в металлургических процессах, для введения в огнеупорные материалы, для инжекций в металлургических печах для повышения долговечности печных облицовок, для инжекций в пеношлаки при производстве стали, для введения в ленточные массы, для применения в угле/графитовых электродах, для применения в качестве добавок в строительные материалы, для углеродно/графитовых камней, для углеродно/графитовых уплотняющих масс, для связанных с углеродом изделий, в качестве катализаторов. Отсутствие тонкой зернистости и ребристой структуры частиц этих природных сырьевых материалов вследствие их абразивных свойств вызывает при их применении, например при вдувании в доменные печи, сильную эрозию (коррозию, износ) в формах, вследствие чего их длительное применение невозможно. При получении продуктов скорость реакции при применении природных титансодержащих материалов вследствие их грубой кусковатости или отсутствия тонкой зернистости является недостаточной и приводит к неудовлетворительным результатам. Следовательно, находящиеся в этой форме природные титансодержащие материалы используются не в качестве титансодержащей добавки в смысле изобретения.

Задачей настоящего изобретения является получение титансодержащей добавки на природной основе.

Другой задачей настоящего изобретения является получение титансодержащей добавки на основе шлаков, обогащенных диоксидом титана.

Под «титансодержащей добавкой» в рамках изобретения подразумевают тонкозернистые титансодержащие добавки, которые способны образовывать в процессах или при изготовлении продуктов с содержащимися в этих процессах или с присутствующими при изготовлении продуктов соответствующими реакционными партнерами устойчивые к высоким температурам и износостойкие соединения титана, такие, например, как титанаты алюминия, титанаты магния, Ti(C,N)-соединения или смеси таких соединений. Выражение «на природной основе» в понятиях настоящего изобретения означает, что титансодержащий компонент титансодержащей добавки состоит до 100% из природного титансодержащего материала.

Особенной задачей настоящего изобретения является получение такой титансодержащей добавки, которая пригодна для инжекций в металлургические печи для повышения долговечности облицовки печей.

Согласно изобретению эта задача решается посредством признаков главного пункта формулы изобретения. Преимущественные формы воплощения охарактеризованы в зависимых пунктах формулы.

Для этого согласно изобретению титансодержащие материалы микронизируют соответствующим образом. Микронизацию можно осуществлять, например, в штифтовой, типа Coloplex, типа Zirkoplex, пароструйной или воздухоструйной мельницах либо в шаровой мельнице или в сушилке с одновременных размолом. Полученный таким образом титансодержащий материал обладает до 100% дисперсностью менее 0,2 мм. Средний размер частиц согласно изобретению составляет, предпочтительно, от 0,01 мкм до 2000 мкм, наиболее предпочтительно, от 0,1 мкм до 1000 мкм. Полученный таким образом материал пригоден в качестве титансодержащей добавки в рамках изобретения.

В качестве исходных титансодержащих материалов могут применяться титановые руды, обогащенные диоксидом титана шлаки или смеси этих материалов в любой композиции.

Используемые для получения титансодержащих добавок (присадок) по изобретению титановые руды и обогащенные диоксидом титана шлаки содержат от 15 до 95 мас.%, предпочтительно, от 25 до 90 мас.% диоксида титана (в расчете на общее содержание титана). Для получения титансодержащей добавки титановые руды могут применяться неочищенными или после отделения примесей, а также жильной породы.

Добавка согласно изобретению содержит от 20 до 98 мас.% диоксида титана, предпочтительно, от 25 до 95 мас.% диоксида титана, особенно предпочтительно, от 30 до 95 мас.% и, в высшей степени предпочтительно, от 40 до 90 мас.% (в расчете на общее содержание титана).

Добавка по изобретению может содержать помимо титансодержащих материалов, выбранных из титановых руд и/или обогащенных двуокисью титана шлаков, еще синтетические содержащие диоксид титана материалы.

Предусмотренные согласно изобретению синтетические содержащие диоксид титана материалы содержат от 20 до 100 мас.%, предпочтительно, от 30 до 100 мас.% диоксида титана (в расчете на общее содержание титана).

При этом синтетические содержащие диоксид титана материалы могут быть выбраны из приведенных ниже следующих материалов или их смесей:

- промежуточные продукты, продукты сочетания и/или готовые продукты получения диоксида титана. При этом материалы могут получаться как при получении диоксида титана сульфатным способом, так и при получении диоксида титана хлоридным способом. Промежуточные продукты и продукты сочетания могут быть выделены из непрерывного производства диоксида титана;

- отходы при получении диоксида титана. При этом материалы могут получаться как при получении диоксида титана сульфатным способом, так и получении диоксида титана хлоридным способом. При необходимости, перед применением для получения титансодержащих добавок материалы подвергают предварительной обработке, например нейтрализации, промывке и/или предварительной сушке;

- отходы химической промышленности, например, содержащих диоксид титана катализаторов; также, например, DENOX-катализаторов.

Синтетические титансодержащие материалы могут применяться в форме порошка, фильтровальной лепешки, паст или суспензий.

Получение добавки согласно изобретению осуществляют смешением титансодержащих материалов.

Дополнительно титансодержащие материалы могут подвергаться термообработке. В качестве термообработки используют, например, сушку, особенно предпочтительно, при температурах между 100 и 1200°С.

В рамках изобретения предусматривается также сначала тщательно микронизировать титансодержащие материалы, а затем смешивать в смесителе в желаемом соотношении в зависимости от предназначения. Кроме того, согласно изобретению предусматривается сначала смешать титансодержащие материалы, а затем после термообработки в зависимости от предназначения микронизировать.

В зависимости от целевого предназначения титансодержащая добавка согласно изобретению может содержать другие вспомогательные вещества и/или добавки, например уголь, восстановленный уголь и/или оксиды металлов, такие, например, как оксиды железа.

Добавка согласно изобретению находит применение для инжекций в металлургические печи для повышения долговечности облицовки печей.

Объектом изобретения является титансодержащая добавка, предназначенная для инжекций в металлургические печи для повышения долговечности облицовки печей в производстве стали. Титаносодержащая добавка содержит титансодержащие материалы, которые способны образовывать с реакционными партнерами, присутствующими при получении металлургических продуктов, устойчивые при высокой температуре и износостойкие соединения титана, такие, например, как титанаты алюминия, титанаты магния, Ti(C,N)-соединения или смеси таких соединений, отличающаяся тем, что титансодержащие материалы состоят, по меньшей мере, частично из природных титансодержащих материалов и/или частично из обогащенных диоксидом титана шлаков, причем титансодержащая добавка имеет до 100% дисперсность менее 0,2 мм. В качестве титансодержащего материала она содержит титансодержащую руду, обогащенные диоксидом титана шлаки и синтетические титансодержащие материалы. Технический результат изобретения: тонкая зернистость частиц не вызывает эрозии при вдувании в доменные печи, обеспечивая ее длительное применение, а также повышает скорость реакции при образовании износостойких соединений. 6 з.п. ф-лы.

1. Титансодержащая добавка, предназначенная для инжекций в металлургические печи для получения долговечности облицовки печей в производстве стали, причем титансодержащая добавка содержит титансодержащие материалы, которые способны образовывать с реакционными партнерами, присутствующими при получении металлургических продуктов, устойчивые при высокой температуре и износостойкие соединения титана, такие, например, как титанаты алюминия, титанаты магния, Ti(C,N)-соединения или смеси таких соединений, отличающаяся тем, что титансодержащие материалы состоят, по меньшей мере, частично из природных титансодержащих материалов и/или частично из обогащенных диоксидом титана шлаков, причем титансодержащая добавка имеет на 100% дисперсность менее 0,2 мм.

2. Титансодержащая добавка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве титансодержащего материала она содержит титансодержащие руды и синтетические титансодержащие материалы.

3. Титансодержащая добавка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве титансодержащего материала она содержит обогащенные диоксидом титана шлаки и синтетические титансодержащие материалы.

4. Титансодержащая добавка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве титансодержащего материала она содержит титансодержащую руду, обогащенные диоксидом титана шлаки и синтетические титансодержащие материалы.

5. Титансодержащая добавка по одному или нескольким пп.2-4, отличающаяся тем, что титансодержащей рудой является ильменит, рутил, а титансодержащим шлаком является шлак Сореля.

6. Титансодержащая добавка по п.1, отличающаяся тем, что она содержит от 20 до 98 мас.%, диоксида титана (от общего содержания титана).

7. Титансодержащая добавка по п.1, отличающаяся тем, что синтетические титансодержащие материалы выбраны, по меньшей мере, из одного из нижеприведенных материалов или их смесей:
- промежуточные продукты, продукты сочетания и/или готовые продукты получения диоксида титана, причем материалы могут получаться как при получении диоксида титана сульфатным способом, так и при получении диоксида титана хлоридным способом, а промежуточные продукты и продукты сочетания (продукты соединения) могут быть выделены из непрерывного производства диоксида титана;
- отходы от получения диоксида титана или их смеси, причем материалы могут получаться как при получении диоксида титана сульфатным способом, так и получении диоксида титана хлоридным способом;
- титансодержащие отходы химической промышленности.