СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗ ВТОРИЧНОГО АЛЮМИНИЕВОГО СЫРЬЯ ГЛИНОЗЕМСОДЕРЖАЩИХ ГРАНУЛ ДЛЯ РАФИНИРОВАНИЯ И ФОРМИРОВАНИЯ ШЛАКООБРАЗУЮЩЕГО МАТЕРИАЛА ПРИ ВЫПЛАВКЕ СТАЛИ И ГЛИНОЗЕМСОДЕРЖАЩИЕ ГРАНУЛЫ, ПОЛУЧЕННЫЕ ЭТИМ СПОСОБОМ Российский патент 2016 года по МПК C22B7/04 C22B9/10 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к переработке вторичного алюминиевого сырья в глиноземсодержащие гранулы, и может быть использовано для рафинирования сталей и формирования шлакообразующего материала при их выплавке.

Одна из основных задач любого металлургического производства является обеспечение его экологической безопасности как для собственных работников, так и для окружающей среды. Одной из основных проблем для предприятий вторичной алюминиевой промышленности является проблема переработки вторичного алюминиевого сырья, содержащего хлористые и фтористые соли щелочных и щелочноземельных металлов.

В этой связи задача полной или частичной реализации подобного вторичного алюминиевого сырья является актуальной.

Одним из решений проблемы является реализация процесса выщелачивания - растворения водорастворимых солей в воде, с последующей сушкой твердого остатка, а также выпариванием влаги из оставшегося солевого раствора с осаждением в твердый осадок означенных выше солей. Недостатком реализации данного процесса является высокая стоимость оборудования, энергозатратность процесса, а также высокие требования к его экологическому обеспечению.

Известен способ получения гранулированной шлакообразующей смеси, включающий измельчение и смешение ингредиентов, приготовление водной суспензии, гранулирование и термическую обработку (RU 2100131, B22D 11/00, опубликован 27.12.1997). Недостатком известного способа является использование при получении гранулированной смеси воды, наличие которой ограничивает использование глиноземсодержащих материалов, в состав которых входят хлориды щелочных и щелочноземельных металлов.

Известна смесь для обработки жидкой стали в ковше, содержащая известь, глиноземсодержащий и фторсодержащий материал и алюминий. В качестве глиноземсодержащего и фторсодержащего материала используется глиноземсодержащий шлак ферросплавного производства (RU 2039091, С21С 7/064, опубликованный 09.07.1995). Недостатками известной смеси являются высокая цена из-за использования в составе значительного количества чистого алюминия, низкая рафинирующая способность в отношении удаления неметаллических включений.

Известна шлакообразующая смесь для защиты поверхности стали в промежуточном ковше МНРЛ, в состав которой входят 36-40% микрокремнезема, 19-23% пылевидных отходов производства алюминия и 39-43% пылевидных отходов производства извести (RU 2356687, С21С 5/54, опубликованный 27.05.2009). Недостатками известного материала являются: высокие выбросы пылевидных отходов производства алюминия, наличие фтора в химическом составе смеси.

Известна экзотермическая смесь для раскисления, рафинирования, модифицирования и легирования стали, содержащая: алюминий - 5,0-83%, оксид алюминия - 2,5-75%, оксид кальция - 0,5-10%, оксид магния - не более 8%, оксид железа не более 15%, оксид меди - не более 2%, оксид титана - не более 7%, оксид марганца - не более 12%, оксиды Na и/или K - 5-7% (RU 2252265, кл С21С 7/00, С21С 7/06, опубликованный 20.05.2005). Недостатками известного материала являются нестабильность получаемого химического состава, что в свою очередь снижает качество стали, получаемой при выплавке с использованием известной смеси, высокая стоимость материала в вариантах с использованием для создания экзотермической смеси первичных алюминиевых шлаков.

Известен флюс для раскисления, рафинирования, модифицирования и легирования стали, содержащий: алюминий - 1,0-60%, оксид алюминия - 1,0-50%, оксид кальция - 0,28-1,0%, оксид магния - 1,0-10,0%), оксид железа 1,0-9,0%, диоксид кремния - 1,0-16,0%, оксид меди - 1,0-10,0%, оксид цинка - 0,2-12,0%, оксид марганца - 0,1-2,0%, оксид свинца - 0,01-0,5%, оксид никеля - 0,01-0,15%, оксид хрома - 0,05-0,5%, хлориды натрия - 0,1-40,0% и хлориды калия - 0,1-40,0%. Флюс может быть использован в кусковом виде фракцией 10-500 мм или в виде брикета с размерами 10-120 мм, полученного прессованием или спеканием отсевов шлака фракцией -2 мм (RU 2396364, С22В 9/10, С21С 7/06, публикация 10.08.2010). Недостатками известного материала являются нестабильность химического и фракционного составов, высокая стоимость материала, высокая стоимость материала в вариантах с использованием для создания флюса первичных алюминиевых шлаков.

Наиболее близким к предложенному является способ переработки шлака алюминиевого производства с получением глиноземсодержащего сырья, заключающийся в измельчении шлака, разделении его на фракции, водном выщелачивании измельченного шлака, фильтрации раствора с разделением солевого раствора и твердого остатка, выпаривании солевого раствора, сушке и обжиге твердого остатка (RU 2215048, С22В 7/04, опубликован 27.10.2003). Полученный глиноземсодержащий материал содержит также, алюминий, оксиды кремния, железа, магния, хлориды натрия и калия. Недостатками известного способа являются высокая энергоемкость используемой технологии за счет операций выщелачивания, сушки и обжига твердого остатка, выпаривания солевого раствора, а также высокая продолжительность технологического процесса и низкий процент выхода годного продукта. Помимо глинозема получаемое сырье содержит значительное количество оксидов металлов, что значительно затрудняет его эффективное использования в качестве флюса для раскисления и шлакообразования при выплавке стали.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка дешевого, безотходного и эффективного способа переработки вторичного алюминиевого сырья (отходов) с получением глиноземсодержащих гранул.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности переработки вторичного алюминиевого сырья (отходов) при минимальных энергозатратах, получение высокоглиноземистого материала с низким влагосодержанием, что позволяет повысить при выплавке стали эффективность процесса раскисления и увеличить жидкотекучесть получаемого шлака.

Технический результат достигается тем, что в способе получения из вторичного алюминиевого сырья глиноземсодержащих гранул для рафинирования и формирования шлакообразующего материала при выплавке стали, включающем измельчение вторичного алюминиевого сырья, разделение на фракции, проводят измельчение раскаленного алюминиевого сырья в процессе охлаждения, разделение осуществляют на три фракции: -10 мм, +10-50 мм, +50 мм, после чего частицы фракции +10-50 мм подвергают магнитной сепарации и упаковывают в контейнеры, частицы фракции +50 мм подвергают первичной магнитной сепарации, дроблению до фракции -50 мм, фракционной классификации и вторичной магнитной сепарации с последующей упаковкой в контейнеры, а фракцию -10 мм спекают и отправляют на рециклирование.

Технический результат достигается также полученным в результате осуществления заявленного способа материалом, получаемым в виде глиноземсодержащих гранул, содержащих в качестве основных компонентов оксид алюминия и алюминий, а также серу и хлориды щелочных и щелочноземельных металлов в качестве примесей при следующем соотношении компонентов, мас.%:

алюминий не менее 8 оксид алюминия не менее 20 сера не более 0,03 хлориды щелочных и щелочноземельных металлов не более 45 при этом материал имеет влагосодержание не более 2% и гранулометрический состав +10-50 мм.

При условии удовлетворенности потребителей химическим составом предлагаемого материала особое внимание при производстве уделяется влагозасоренности и гранулометрическому составу. Так, среднестатистическая допустимая влагозасоренность составляет не более 1-2%. Глиноземсодержащие материалы являются гигроскопическими и обычно перед отгрузкой потребителям продолжительное время лежат навалом в неотапливаемых складах или на открытых площадках. Таким образом, процесс изготовления от момента образования материала до момента его упаковки во влагонепроницаемую тару должен быть сведен к минимуму. Нижняя граница гранулометрического состава 10 мм обусловлена процессами, сопровождающими внепечную обработку расплава, фракция -10 мм выносится из зоны обработки восходящими газовыми потоками в атмосферу цеха, верхняя граница 50 мм обусловлена способом подачи материала и скоростью расплавления.

Отдельным требованием является отсутствие в поставляемом глиноземсодержащем материале механического засора ломом черных металлов, который постоянно присутствует в изначальном материале.

Одним из требований к химическому составу продукта является минимальная концентрация серы - материал используется для десульфурации, и отсутствие в составе плавикового шпата, который легко переходит в газообразную фазу и образует с Al и Mg опасные летучие соединения.

Одной из главных задач при реализации способа получения подобных материалов является обеспечение минимально возможной себестоимости.

Поставленная техническая задача реализована на ООО «Всеволожский завод алюминиевых сплавов».

1. Исходный материал в раскаленном виде помещается в охлаждающую установку. В процессе охлаждения материал «дробится» приобретает форму гранул и упрочняется.

2. После охлаждения материал подается в классификатор фракции, на котором гранулы разделяются на три фракции: фракцию 1 -10 мм; фракцию 2 +10-50 мм и фракцию 3 +50 мм.

3. Фракция 2, составляющая не менее 50% исходного продукта, подается на упаковку в мягкие контейнеры, в процессе которой материал проходит магнитную сепарацию. Упаковка материала осуществляется сразу же после его остывания до 20°С.

4. Фракция 3 проходит последовательно магнитную сепарацию и дробление до фракции -50 мм. После чего проходит повторную операцию фракционной классификации. Полученный материал фракции +10-50 мм подается на упаковку.

5. Фракция 1 проходит операцию спекания, после чего поступает на повторный цикл.

В результате применения данного способа получается гранулированный, упрочненный материал с заданным фракционным составом +10-50 мм, полностью очищенный от механической магнитной фракции и со стабильным химическим составом: Al - не менее 8%, Al₂O₃ - не менее 20%, S - не более 0,03%, суммарное содержание хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов - не более 45%. При этом влажность материала составляет не более 2%.

Применение описанного выше способа позволяет все глиноземсодержащие продукты переработки вторичного алюминиевого сырья перевести из отхода IV класса опасности, требующего размещения на специализированном полигоне, в готовый материал - гранулы глиноземсодержащие. При этом 50% материала образуется без дополнительных капиталовложений.

Полученные глиноземсодержащие гранулы прошли успешную проверку на ОАО «Северсталь», ОАО «ТагМет» и с 2014 г. используются в технологии производства сталей на этих предприятиях.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при получении из вторичного алюминиевого сырья глиноземсодержащих гранул для рафинирования и формирования шлакообразующего материала при выплавке стали, а также при производстве упомянутых гранул. Способ включает термо-механическую переработку вторичного алюминиевого сырья с последующей многоступенчатой классификацией и магнитной сепарацией быстро охлажденных продуктов переработки. Раскаленные продукты помещают в охлаждающий агрегат, после охлаждения они проходят фракционную классификацию. Полученная фракция -50+10 мм и фракция +50 мм, подвергнутая дополнительному дроблению, магнитной сепарации и повторной классификации, подвергаются магнитной сепарации. Полученную в результате фракционной классификации фракцию -10 мм подвергают спеканию и рециклированию. Изобретение позволяет получить упрочненный материал с заданным фракционным составом, полностью очищенный от механической магнитной фракции, и стабильным химическим составом: Al не менее 8%, Al₂O₃ не менее 20%, S не более 0,03%, суммарное содержание хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов не более 45%. 2 н. п. ф-лы.

1. Способ получения из вторичного алюминиевого сырья глиноземсодержащих гранул для рафинирования и формирования шлакообразующего материала при выплавке стали, включающий измельчение вторичного алюминиевого сырья, разделение на фракции, отличающийся тем, что проводят измельчение раскаленного алюминиевого сырья в процессе охлаждения, разделение осуществляют на три фракции: -10 мм, +10-50 мм, +50 мм, после чего частицы фракции +10-50 мм подвергают магнитной сепарации и упаковывают в контейнеры, частицы фракции +50 мм подвергают первичной магнитной сепарации, дроблению до фракции +10-50 мм, вторичной магнитной сепарации с последующей упаковкой в контейнеры, а фракцию -10 мм спекают и отправляют на рециклирование.

2. Глиноземсодержащие гранулы для рафинирования и формирования шлакообразующего материала при выплавке стали, содержащие в качестве основных компонентов оксид алюминия и алюминий, серу и хлориды щелочных и шелочноземельных металлов в качестве примесей, отличающиеся тем, что они получены способом по п.1 и содержат компоненты в следующем соотношении, мас. %:
алюминий не менее 8 оксид алюминия не менее 20 сера не более 0,03 хлориды щелочных   и щелочноземельных металлов не более 45