ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОГО ФЛЮСА Российский патент 2020 года по МПК C21C5/36 C21C5/54 C21C7/76 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к флюсам для сталеплавильного производства.

Известен флюс, который содержит оксиды кальция, магния, кремния и железа при следующем содержании компонентов, мас. %: оксид магния - основа, оксид кальция - 15-30, двуокись кремния - 2-7, оксиды железа - 4-10. В производстве флюса используется сырьевая смесь, состоящая из: доломита фракции 5-25 мм в количестве - 35-60; каустизированного магнезита фракции менее 4 мм в количестве - 30-60; сидерита фракции менее 15 мм в количестве - 5-10. Флюс состоит из бикерамического материала - оболочки и ядра, при этом соотношения содержания оксида магния и оксида кальция в оболочке к их содержанию в ядре составляют: (80-90):(38-42) и (7-15):(45-55). Использование изобретения позволяет создать флюс с высокой реакционной способностью его к растворению в шлаковых расплавах сталеплавильного производства. (RU 2363737 от 27.02.2008 г.).

Недостатком данного флюса является недостаточно высокая устойчивость к гидратации. Это, прежде всего, обусловлено нестабильностью химического состава гранул флюса. При производстве флюса в промышленных условиях технологически сложно выдерживать содержание оксидов магния и кальция в указанных соотношениях в оболочке и ядре гранул, т.к., физико-химические показатели исходного сырья также нестабильны. Поэтому, колебания содержащегося в ядре, и особенно в оболочке гранул оксида кальция приводит к нарушению соотношения MgO:CaO, снижая устойчивость к гидратации флюса, что, в свою очередь приводит к деструктивным процессам, в результате чего флюс теряет прочность и разрушается.

Известен флюс, содержащий, мас. доля % на прокаленное вещество: оксид магния основа; оксид кальция 3,0-12,0; оксиды железа 5,0-15,0; оксид алюминия 0,2-2,5; диоксид кремния 2,0-5,0, произведенный во вращающейся печи из шихты, состоящей из 40-65% природного магнезита, 20-55% каустического магнезита и 5-15% сидеритовой руды. (RU 2296800 от 01.04.2005 г.).

Недостатком вышеуказанного решения является недостаточно высокая скорость растворения флюса, так как полученный продукт представлен спеченным ожелезненным периклазом, образованным тугоплавкими ферритами и вюститами магния с высокой температурой плавления (более 1750°C). Также, недостаточно высокое содержание оксидов кальция во флюсе (3,0-12,0) свидетельствует о низком содержании в нем ферритов кальция, поэтому скорость растворения данного флюса в шлаке будет низкой.

Известен флюс, изготовленный из шихты, состоящей из магнийсодержащих материалов (сырого доломита, хвостов обогащения магнезита, доломитизированного известняка), кальцийсодержащих материалов (известняка) и железистых шламов металлургического производства. Готовый флюс содержит, мас. %: оксид кальция 45-60; оксид магния 26-35 и оксид железа 5-15. Заявленный технический результат - повышение стойкости футеровки конвертера, улучшение шлакообразования плавки и повышение дефосфорации металла. (RU 2164952 от 15.06.2000 г.)

Недостатком данного флюса является высокое (не менее 45%) содержание оксида кальция, которое способствует образованию соединений Са(ОН)₂, что приводит к разрушению флюса при хранении и транспортировке. Наряду с этим, недостаточное содержание оксидов магния в готовом флюсе (максимальный предел - 35%) приводит к химическому износу футеровки. Основная причина состоит в недостаточном содержании в шлаках оксида магния MgO, что создает химический градиент между футеровкой и шлаком и приводит к реакции растворения.

Наиболее близким является флюс, полученный путем обжига во вращающейся печи смеси шлакообразующих компонентов доломита, железосодержащего материала и каустического магнезита и/или кальцинированного магнезита при следующем содержании компонентов, мас. %: доломит 45,0-65,0; каустический магнезит и/или кальцинированный магнезит 25,0-50,0; железосодержащий материал 5,0-10,0. Причем доломит имеет размер зерна 5-15 мм. В качестве каустического магнезита используют пылеунос, уловленный от вращающихся печей, работающих на обжиге природного магнезита и/или от печей, работающих на обжиге данной сырьевой смеси. Изобретение позволяет получить флюс в виде гранул бикерамического состава с определенным градиентом химического состава, характеризующегося неравномерным содержанием основных оксидов в оболочке и ядре гранулы, что способствует высокой скорости усвоения флюса шлаковым расплавом конвертерной плавки и тем самым обеспечивается лучшее качество гарнисажного покрытия футеровки конвертера. (RU 2381279 от 14.04.2008 г.).

Недостатком указанного решения является использование в производстве флюса доломита фракции 15-5 мм, (средний размер зерна согласно примеру - 9,5 мм.). При прохождении по печи такого мелкого доломитового материала происходит чрезмерное его окатывание легкоплавким расплавом, увеличивается периферийная зона (оболочка) гранулы, что приводит к снижению реакционной способности флюса в металлургическом агрегате.

Задачей изобретения является получение сталеплавильного флюса, обладающего высокой прочностью гранул, высокой скоростью растворения в шлаках при производстве стали за счет пониженного содержания SiO₂, а также

обеспечивающего образование защитного слоя шлакового пояса (насыщенного оксидом магния) в металлургическом агрегате, который защищает футеровку от преждевременного износа за счет повышенного содержания MgO во флюсе. Повышенное содержание MgO во флюсе обеспечивает в шлаке концентрацию данного оксида в пределах 6-12%, что является оптимальным. Указанное количество MgO в шлаке способствует снижению вязкости расплава, что позволяет создавать на футеровке защитный слой и также обеспечивает выплавку стали рядового сортамента с содержанием серы и фосфора в допустимых пределах.

Технический результат, достигаемый настоящим изобретением, заключается в повышении стойкости футеровки за счет обеспечения оптимального содержания MgO и SiO₂ в шлаках металлургических агрегатов.

Технический результат достигается тем, что шихта для изготовления сталеплавильного флюса, содержащая каустический магнезит, кальцийсодержащий материал и железосодержащий материал отличается тем, что кальцийсодержащий материал фракции 20-5 мм состоит из доломита и продукта сортировки кристаллического магнезита в соотношении (50-90):(50-10), а указанный продукт сортировки содержит не более 3% SiO₂ и не менее 30% MgO, при следующем соотношении компонентов, масс %:

Указанный кальцийсодержащий материал - 45-65%

Каустический магнезит (MgO) - 25-50%

Железосодержащий материал - 5-10%.

Источником оксида кальция служит кальцийсодержащий материал, состоящий из доломита и продукта сортировки. Продукт сортировки представляет смесь примесных минералов, сопутствующих магнезиту: доломитизированного магнезита, доломита, диабаза. Получен указанный материал в результате первичного рентгено-трансмиссионного обогащения магнезиального сырья, поэтому содержит более низкое количество MgO. Преимущество данного продукта заключается в его относительной однородности по химическому и гранулометрическому составу.

Заявленное содержание продукта сортировки в количестве 10-50% в смеси с доломитом в количестве 50-90% обеспечивает оптимальное соотношение основных оксидов, которые при обжиге во вращающейся печи образуют ряд легкоплавких и тугоплавких соединений, соотношение которых способствует более раннему и полному формированию магнезиальнонасыщенных шлаков в металлургическом агрегате.

Использование продукта сортировки с содержанием SiO₂ в количестве не более 3% позволяет получать флюс с оптимальной температурой плавления, при которой шлак сохраняет приемлемую вязкость и рафинирующую способность. При использовании продукта сортировки с увеличенным содержанием SiO₂ в количестве более 3%, во флюсе увеличивается содержание тугоплавких силикатов кальция, в результате чего повышается температура плавления флюса, снижается скорость растворения в шлаке.

Использование продукта сортировки с содержанием MgO не менее 30% обеспечивает необходимый уровень данного оксида в готовом флюсе для обеспечения необходимой концентрации MgO в шлаке.

При использовании в шихте кальцийсодержащего материала, состоящего из доломита и продукта сортировки, в количестве более 65% увеличивается содержание оксида кальция во флюсе, что вызывает внутреннее напряжение в грануле, в результате чего происходит ее разрушение и делает непригодной для дальнейшего применения. Избыточное количество оксида кальция во флюсе приводит к излишнему загущению шлака, это способствует неэффективному перемешиванию шлака в агрегатах и затрудняет равномерное распределение растворившегося MgO по всему объему шлака. При снижении доли кальцийсодержащего материала в шихте менее 45% при производстве флюса содержание оксида кальция снижается и нарушается соотношение оксидов во флюсе, что приводит к ухудшению усвоения флюса шлаком.

Доломит и продукт сортировки представлены фракцией 20-5 мм. Зерна доломита и продукта сортировки крупностью менее 5 мм во время изготовления флюса формируют чрезмерное количество гарнисажа в печи, что может привести к аварийной остановке теплового агрегата. Применение доломита и продукта сортировки крупностью более 20 мм приведет к получению гранул флюса размером 40 мм и более. Скорость растворения такого флюса при использовании в металлургической печи будет значительно выше. Содержание класса 20-15 мм в кальцийсодержащем материале составляет не менее 25%, это обуславливает получение обожженных гранул фр. 30-10 мм в количестве не менее 65%. Полученный флюс крупностью 40-5 мм, в котором основное количество гранул размером 30-10 мм имеет высокую скорость растворения в шлаке.

Каустический магнезит является продуктом обжига различных магнезиальных материалов, либо может быть представлен в виде пылеуноса от плавильных и/или вращающихся и/или шахтных печей, работающих на обжиге (плавке) природных магнезиальных материалов (магнезит, брусит, доломит, доломитизированный магнезит) и/или на обжиге (плавке) смеси природных и кальцинированных или каустических магнезиальных материалов.

Использование в шихте каустического магнезита в количестве 25-50% необходимо для поддержания требуемого уровня MgO во флюсе в пределах (60-90%). Поэтому, снижение доли каустического магнезита менее 25% в шихте приведет к снижению в готовом флюсе магнезиовюстита, тем самым, снизится прочность флюса. Если содержание каустического магнезита будет более 50%, то флюс станет тугоплавким, так как количество прослоек ферритов кальция во флюсе снизится.

В качестве железосодержащей добавки при получении флюса используются оксиды железа в виде сидеритовой руды, агломерата сидерита и отсевы железорудного концентрата, которые образуются на предприятиях, например, аспирационная пыль металлургического производства в количестве 5-10%. Именно такое количество железосодержащей добавки обеспечивает в процессе спекания при получении флюса образование достаточного количества соединений ферритов кальция на поверхности гранул, практически не образуя свободных оксидов, что увеличивает прочность гранул флюса и устойчивость к гидратации. При содержании железосодержащего материала в обжигаемой смеси менее 5% глубина проникновения жидкой, пластичной фазы, образованной в основном ферритами кальция недостаточна, для того чтобы защитить ядро гранулы флюса от гидратации, в результате чего флюс будет рассыпаться. Если содержание железосодержащего компонента в исходной шихте увеличить более 10%, то излишки расплавленного железосодержащего материала будут взаимодействовать с футеровкой вращающейся печи, что приведет к образованию навара и, впоследствии, аварийной остановке печи. Также, опыт в металлургическом производстве показывает, что при высоких значениях содержания оксида железа в шлаке возрастает химический износ футеровки металлургических агрегатов, а при слишком низком значении снижается эффективность работы гарнисажа, поэтому опытным путем было определено оптимальное содержание железосодержащего компонента в исходной шихте при производстве заявляемого флюса.

Далее приведен пример конкретного выполнения, не исключающий другие варианты в пределах формулы предлагаемого изобретения.

Исходные компоненты в необходимом количестве (таблица 1) с помощью дозирующих устройств подавали в обжиговую печь. В печи происходят определенные физические и физико-химические процессы. Сначала удаляется углекислый газ, сырье подогревается и удаляется влага. Затем, в зоне обжига, выгорают органические примеси, и происходит образование легкоплавких соединений (монтичеллит, мервинит). Это сопровождается созданием прочных, окатанных гранул флюса, которые при дальнейшем движении по печи накатывают на свою поверхность дисперсный каустический магнезит, формируя прочную защитную оболочку гранул.

Ввод в шлак флюса приводит к тому, что под воздействием температуры расплава происходит плавление ферритов кальция из прослоек защитной оболочки, что сопровождается термическим разрушением флюса и последующим растворением в расплаве, а высокое содержание высокоактивного оксида магния во флюсе способствует насыщению шлака оксидами магния, которые при нанесении шлакового гарнисажа снижают износ футеровки металлургического агрегата.

Полученный сталеплавильный флюс при попадании на шлак начинает взаимодействовать с последним, шлак насыщается MgO, частично переводя легкоплавкие соединения в тугоплавкие - связывает оксиды железа в тугоплавкие ферритные фазы (магнезиоферриты, магнезиовюститы) и вытесняет легкоплавкие ферриты кальция. Образовавшийся шлаковый гарнисаж препятствует как химической коррозии, так и термической эрозии футеровки.

Шлак с полученными конечными характеристиками в результате модификации его флюсом снижает отрицательное воздействие на футеровку металлургического агрегата, способствуя образованию защитного слоя (гарнисажного покрытия) футеровки. Приведено (таблица 2) сравнение состава шлака в металлургическом агрегате без применения заявленного флюса и с его использованием.

Заявленный состав шихты обеспечивает получение гранул флюса с высокой прочностью, высокой скоростью растворения в шлаках при производстве стали за счет пониженного содержания SiO₂, а также имеющего повышенное содержание MgO, благодаря которому обеспечивается образование защитного слоя шлакового пояса (насыщенного оксидом магния) в металлургическом агрегате, который защищает футеровку от преждевременного износа. Готовый флюс имеет следующее содержание оксидов: MgO - 60-90%, SiO₂ - 3-5%, CaO - 12-22%, Fe₂O₃ - 4-8%.

Применение в металлургических агрегатах заявленного в данном изобретении сталеплавильного флюса, позволяет также повысить основность шлака и его ассимилирующую способность всплывающих из жидкой стали неметаллических включений, за счет чего происходит рафинирование получаемого металла и, следовательно, повышается качество стали.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к флюсам для сталеплавильного производства. Шихта содержит каустический магнезит (MgO), железосодержащий материал кальцийсодержащий материал фракции 5-20 мм, состоящий из доломита и продукта сортировки кристаллического магнезита, содержащего SiO₂ не более 3 мас.% и MgO не менее 30 мас.%, в соотношении (50-90):(50-10), при следующем соотношении компонентов, мас.%: кальцийсодержащий материал 45-65, каустический магнезит (MgO) 25-50, железосодержащий материал 5-10. Изобретение позволяет получить флюс, обладающий высокой прочностью гранул, высокой скоростью растворения в шлаках при производстве стали за счет пониженного содержания SiO₂ и обеспечивающий образование защитного шлакового пояса в металлургическом агрегате, который защищает футеровку от преждевременного износа за счет повышенного содержания MgO во флюсе. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Шихта для изготовления сталеплавильного флюса, включающая каустический магнезит, кальцийсодержащий материал и железосодержащий материал, отличающаяся тем, что кальцийсодержащий материал фракции 5-20 мм состоит из доломита и продукта сортировки кристаллического магнезита, содержащего SiO₂ не более 3 мас.% и MgO не менее 30 мас.%, в соотношении (50-90):(50-10), при следующем соотношении компонентов, мас.%:

кальцийсодержащий материал 45-65 каустический магнезит (MgO) 25-50 железосодержащий материал 5-10

2. Шихта по п. 1, отличающаяся тем, что в кальцийсодержащем материале содержание фракции 15-20 мм составляет не менее 25 мас.%.