Шихта и способ получения флюса и огнеупорного материала для сталеплавильного производства (варианты) с ее использованием Российский патент 2021 года по МПК C21C5/36 C21C5/54 C22B1/24 

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано для производства огнеупорных материалов и флюсов для сталеплавильных агрегатов.

Известна шихта для получения сталеплавильного флюса, включающая материал, содержащий оксиды железа и кремнезем, доломит и гидратированные отходы обжига доломита при следующем соотношений компонентов, мас.%: доломит 20-70; гидратированные отходы обжига доломита 20-70; материал, содержащий оксиды железа и кремнезем - остальное (RU 2207382, С21С 5/36 от 17.04.2002 г.)

Главным недостатком данной шихты является высокое содержание углекислоты в доломите CaMg(CO₃)₂ и воды в гидратированных отходах обжига доломита Ca(OH)₂+Mg(OH)₂, что вызывает необходимость высоких затрат тепловой энергии на декарбонизацию доломита и гидратацию его отходов.

Кроме того, высокое содержание легкоплавких компонентов в виде сочетания оксидов кальция и железа, а также кремнезема резко снижает огнеупорность продуктов обжига шихты во вращающейся печи. Кроме того данная шихта вызывает интенсивное кольциеобразование в высокотемпературной зоне вращающейся печи.

Известен также способ получения флюса ожелезненного магнезиального, где в качестве исходной сырьевой шихты используют природный магнезит, кальцинированный магнезит в виде каустического магнезита фракции менее 0,2 мм и сидеритовую руду, которые подают непосредственно в печь, при следующем соотношений компонентов, мас.%: природный магнезит 40-45; каустической магнезит 20-55; сидеритовая руда 5-15; (RU 2296800, С21С 5/36 от 01.04.2005 г.).

Недостатком данной шихты является необходимость высокотемпературного обжига (1550-1700°C). В составе шихты преобладают карбонатные минералы:

природный магнезит MgCO₃ и сидеритовая руда FeCO₃, содержащие до 48% и до 38% углекислоты соответственно. Суммарное количество указанных карбонатных компонентов составляет 45-60 мас.%. Для термического разложения (декарбонизации) магнезита и сидерита требуются значительные, дополнительные большие затраты тепловой энергии.

Близкой по вещественному (химико-минеральному) составу является шихта включающая смесь доломита, каустического магнезита и (или) кальцинированного магнезита и железосодержащего материала, при следующем соотношений компонентов, мас.%: доломит 45,-65,0; каустической магнезит и или кальцинированный магнезит 25,0-50,0; железо содержащие материал 5,0-10,0. Причем доломит имеет размер зерна 5,0-15,0 мм (RU 2381279, С21С 5/36, 14.04.2008 г.). Шихта имеет известково-магнезиально-железистый состав. В известной шихте в качестве магнийсодержащего исходного сырья используется каустический магнезит и (или) кальцинированный магнезит, минеральной основой которых является наноразмерный минерал - периклаз MgO. Техническое название материала - нанопериклаз.

Содержание MgO в этих магнезиальных компонентах не менее 90 мас.%. В качестве исходного железосодержащего материала в шихте используют оксиды железа виде сидерита (FeCO₃), агломерата сидерита (FeO, Fe₃O₄, Fe₂O₃, MgFe₂O₄), а также железосодержащие отходы, которые образуются на металлургических предприятиях, например, аспирационная пыль сталеплавильного производства. Оптимальной температурой обжига (термогрануляции) во вращающейся печи является температура в пределах 1500-1680°C.

Недостатком этой шихты является достаточно высокое содержание ценных и дефицитных магнезиальных продуктов, до 50 мас %, представленных каустическим и (или) кальцинированным магнезитом. Эти материалы состоящее из MgO (более 90 мас.%) относительно дорогие и дефицитные, представляют собой полифункциональное минеральное сырье для других ценных видов продукции ряда отраслей промышленности. Использование данных материалов в количестве 25-50% в шихте для сталеплавильного флюса, поэтому, технически и экономически нецелесообразно. Высокая чистота нанопериклаза не позволяет осуществлять спекания шихты при температуре ниже 1500°C. Высокая температура спекание известной шихты, наличие в ней карбонатных компонентов - доломита CaMg(CO₃)₂ и сидерита FeCO₃ приводят к дополнительному расходу топлива при спекании смеси.

Наиболее близкой по вещественному составу к заявляемой является шихта, состоящая из смеси природного магнезита и кальцинированного магнезита в массовом соотношений (30:70-70:30) с добавкой углерода виде коксика в количестве 5-15% от ее общей массы (RU 2244017, С21С 5/36 22.01.2002 г.). Шихта представляет собой тонкодисперсную смесь частиц с удельной поверхностью 0,6-1,2 м²/г (средний размер частиц 1,5-3,0 мкм), что требует больших энергозатрат и времени на весьма тонкое ее измельчение. По вещественному составу данная шихта представляет собой смесь карбоната MgCO₃ (магнезит), периклаза MgO (кальцинированный магнезит) и углерода. При этом значительное содержание в ней природного MgCO₃ (30-70 % мас.) при использовании в качестве модификатора (флюса) в сталеплавильном агрегате приводит к охлаждению металлургического расплава, а также вызывает интенсивное пылеобразования вследствие мгновенного (взрывообразного) термического разложения с выделением углекислого газа MgCO3-->MgO+CO2 и большой потери сырья в следствии пылеуноса. Исходная шихта имеет известково-магнезиально-железистый вещественный состав, она содержит, мас.%: CaO 0,5-10,0; Fe2O₃ 0,5-6,0; SiO₂ 0,5-5,0; C (углерод (кокс)) 5,0-15,0; MgO остальное (62,75-93,07); Δm прк 0,43-4,25.

Известен способ производства высокоосновного агломерата, включающий смешивание компонентов шихты, их увлажнение, измельчение до крупности менее 0,1 мм, окомкование и спекание во вращающейся печи при 1320-1500°C в течении 15-20 мин.

Способ позволяет получить высокоосновной агломерат с соотношением (CaO+MgO)/SiO₂>7 (RU 2175987, 15.05.2000 г.)

Главным недостатком данного способа является необходимость тонкого измельчения всех компонентов шихты с большими удельными затратами энергоресурсов. Кроме того, обжиг тонкоизмельченной шихты во вращающейся печи сопровождается значительным уносом (до 30%) массы материалов шихты, что существенно повышает себестоимость производства агломерата.

Известен также способ производства высокозакисного агломерата, включающий смешивание, окомкование и двухслойную укладку шихты на спекательную тележку агломашины с различным содержанием компонентов в верхнем и нижнем слое (А.с. №1574656, С22В 1/16, 02.02.1988 г.). Способ применяется для агломерации железорудного сырья с высоким содержанием (60-90 мас.%) легкоплавкого оксида железа FeO, имеющего температуру плавления 1370°C. Использование данного способа ограничивается агломерацией относительно легкоплавких оксидо-железосодержащих материалов. Для агломерационного спекания более тугоплавкой заявляемой известково-магнезиально-железистой шихты известный способ не эффективен, так как он требует повышенного (более 10 мас.% от общей массы шихты) введения коксика. Даже при расходе топлива (коксика) в шихте 5-7 мас.% получаемый этим способом агломерат заявленного состава имеет открытую пористость более 35%.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемого результата является способ производства промывочного агломерата, включающий ввод в шихту смеси железосодержащих материалов с доломитом CaMg(CO₃)₂, доломитизированным известняком CaMg(CO₃)₂+CaCO₃, известняком CaCO₃ и (или) известью CaO в качестве MgO/CaO≥0,2 при основности CaO/SiO₂≤0,7, и загрузку шихты двумя слоями разного вещественного состава (А.с. №2158316, С22В 1/1, 31.12.1999 г.).

Для реализации данного способа в нижний слой загружают 25-30% от общего количества шихты с мас. Долей топлива в ней 2,0-2,7%, а доля топлива в шихте верхнего слоя 5,8-6,4% от массы верхнего слоя, при этом в полученном агломерате общее содержание железа более 60%, а содержание FeO не менее 20%.

Недостатком данного способа является также ограниченное применение для термической обработки относительно легкоплавких материалов и шихт с содержанием железа более 63 мас.%. Такие материалы и шихты на их основе имеют температуру полного расплавления (до жидкотекущего состояния) не более 1500-1550°C. Обжиг шихты производится по данному способу в востановительной среде при температуре не более 1400°C. Получить достаточно плотный и прочный агломерат универсального применения из заявляемой известково-магнезиально-железистой шихты данным способом сложно, так как требуется введение в нее дополнительно до 5-7% мас. коксика.

Задачей заявленного технического решения является получение спеченного универсального известково-магнезиально-железистого продукта, огнеупорного агломерата двойного применения: в качестве сталеплавильного флюса и неформованного огнеупорного материала для подин и откосов электросталеплавильных печей на основе преимущественно дешевого техногенного магнезиального сырья с минимальной себестоимостью. В себестоимости производства флюсов и огнеупорных материалов стоимость сырья обычно колеблется в пределах 20-65%. Главным направлением снижения себестоимости производства флюсов и огнеупоров являются замена в шихте дорогого природного и особенно искусственного минерального сырья (например нанопериклаз) на значительно более дешевое техногенное, то есть оптимизация вещественного состава шихты для снижения затрат на ее переработку.

Для достижения поставленной задачи целесообразно использовать дешевое техногенное минеральное сырье, а также наиболее экономичный и простой способ его переработки. В связи с этим в качестве сырья выбран лом отработанных периклазоуглеродистых огнеупоров, известь и железосодержащие отходы производства. Для эффективного рециклинга в сталеплавильном производстве требуется окислительное обезуглероживание лома и окомкование продуктов обжига совместно со спекающими добавками. При этом снижение себестоимости обеспечивается наличием до 12% собственного углерода (графит, кокс) в самом ломе, в этом случае введение в шихту дополнительного топлива будет минимально.

Полное выгорание графита и кокса происходит в интервале температур 600-1000°C, при этом образуется рыхлый, пористый периклазовый материал с низкой механической прочностью. Для рециклинга в сталеплавильном производстве обезуглероженный периклазовый лом нужно подвергнуть высокотемпературному спеканию (температурный интервал 1250-1500°C). Максимальное снижение продолжительности окислительной термообработки и спекания лома достигается введением в шихту спекающих добавок виде оксидов железа, кальция, алюминия и кремния. При этом технически и экономически наиболее целесообразно совместить обезуглероживание и спекание агломерационной способом.

Предварительным экспериментальным исследованием установлены главные параметры обезуглероживания и агломерации известково-магнезиально-железистой смеси, определены минеральный, химический состав и физико-химические свойства продуктов высокотемпературного спекания в окислительной среде.

Главными минералами обожженного лома в присутствии минерализаторов (спекающие добавки) является периклаз MgO и ферриты кальция; представленные твердым раствором (Ca₂Fe₂O₅+Ca₂AlFeO₄),и силикаты: Ca₃SiO₅ и β-Ca₂SiO₄ с температурами плавление 2070°C и 2130°C соответственно.

Двухкальциевый феррит 2CaO⋅Fe₂O₃ и браунмиллерит Ca₂AlFeO₄ (4CaO⋅Al₂O₃⋅Fe₂O₃) - относительно более легкоплавкие соединение с температурой плавления 1436°C и 1415°C соответственно, они выполняют совместно с силикатами функцию спекающих добавок для периклаза. Суммарное их количество определяет температуру и продолжительность агломерации.

Для агломерационного спекания флюса в зависимости от его состава необходима температура 1250-1350°C и продолжительность окислительного обжига в течение 15-20 мин. При уменьшении нижних значений данных термовременных параметров получаемый флюс имеет высокую пористость и низкую механическую прочность.

Повышение максимальной температуры окислительной термообработки (1350°C) вызывает перерасход топлива без заметного улучшения по качеству агломерата.

Для получения огнеупорного агломерата осуществляется агломерация при температуре 1350-1500°C в течение 20-25 мин в окислительный среде. При температуре ниже 1350°C и выдержке менее 20 мин не обеспечивается выгорание углерода менее 0,1 мас.% и не формируется достаточно плотная и прочная структура агломерата. Более интенсивный высокотемпературный обжиг (Т>1500°C) при более продолжительной агломерации нецелесообразен, так как не улучшаются термомеханические свойства огнеупорного агломерата, но вызывает дополнительный расход топлива в шихте.

Поставленная задача достигается тем, что известная известково-магнезиально-железистая шихта для производства шлакового модификатора (флюса), содержащая компоненты с оксидами магния, кальция, железа и углеродсодержащий материал, согласно изобретению дополнительно содержит лом отработанных переклазоуглеродистых огнеупоров при следующем качественном и количественном соотношений компонентов, мас.%:

углеродсодержащий материал фракции 0,1-3,0 мм 3-5 материал фракции 0,1-1,0 мм, содержащий не менее 80 мас.% CaO 5-20 материал фракции 0,1-1,5 мм, содержащий не менее 80 масс. % Fe₂O₃ 3-6 лом отработанных периклазоуглеродистых огнеупоров фракции 0,1-20 мм остальное

Целесообразно в качестве углеродсодержащего материала использовать коксик с зольностью не более 15 мас.%; в качестве материала, содержащего оксид кальция, применять молотую известь и (или) пыль извести обжиговых агрегатов; в качестве материала, содержащего оксид железа, использовать молотую прокатную окалину и (или) пыль и шлам сталеплавильного и (или) доменного производства. При этом все компоненты входят в состав шихты в обеспыленном виде, дисперсные частицы в материалах менее 100 мкм (0,1 мм) в них отсутствуют.

Согласно предлагаемому техническому решению получение огнеупорного известково-магнезиально-железистого агломерата осуществляется выполнением технологических операций в следующей последовательности.

Лом периклазоуглеродистых изделий подвергают дроблению, грохочению, воздушно-гравитационной классификации с выделением продукта фракционного состава 0,1-20,0 мм. При этом фракцию 0,1-20,0 мм этого продукта разделяют на две части: 0,1-4,0 мм и 4,0-20,0 мм. Крупнозернистую составляющую лома укладывают в нижний слой (постель) агломерационной установки в оптимальном количестве в зависимости от огнеупорности и целевого назначения получаемого агломерата. Верхний слой представляет собой смесь мелкозернистой части лома (фракции 0,1-4,0 мм) с остальными компонентами части шихты, обогащенной флюсующими оксидами в виде смеси извести CaO, оксидов железа FeO, Fe2O3; Fe3O4, Al2O3 и SiO2.

Для получения известково-магнезиально-железистого флюса (модификатора шлака) в нижний слой загружают 57-73 мас.% крупнозернистого лома (фракции 0,4-20 мм), а верхний слой укладывают смесь остальных компонентов шихты с мелкозернистым ломом (фракции 0,1-4 мм) при следующем соотношений компонентов, мас.%:

лом фракции 0,1-4,0 мм 10-20 материал, содержащий оксид кальция 8-20 материал, содержащий оксид железа 5-6 коксик 4-5

Толщина нижнего слоя составляет 23-25 см. Агломерацию этой шихты производят в окислительной среде при температуре 1250-1350°C до остаточного содержания углерода не более 0,1 мас.%.

Для получения огнеупорного агломерата известково-магнезиально-железистого состава в нижний слой загружают 60-70 мас.% крупнозернистого лома (фракция 4,0-20,0 мм), а в верхний слой укладывают смесь мелкозернистого лома (фракции 0,1-4,0 мм) с остальными компонентами шихты при следующем соотношений компонентов, мас.%:

лом фракции 0,1-4,0 мм 19-24 материал, содержащий оксид кальция 5-8 материал, содержащий оксид железа 3-4 коксик 3-4

Толщина верхнего слоя шахты также 23-25 см. Верхний слой укладывают на нижний толщиной 23-25 см. Агломерацию этой шахты производит в окислительный среде при температуре 1350-1500°C до остаточного содержания углерода не более 0,1 мас.%.

Заявленные пределы содержаний компонентов шихты определяются химическим (таблица 1) и минеральным (таблица 2) составом сырьевых материалов.

Вещественный (химико-минералогический) состав исходных (сырьевых) материалов, приведенных в таблице 1 и 2, показывает, что главными минералами лома отработанных периклазоуглеродистых огнеупоров являются периклаз и графит (в сумме до 93 мас.%). Минеральная основа материалов, содержащих оксид кальция, представлена свободный известью CaO и частично ее гидратом (портландит) Ca(OH)₂.

Известь в сочетании железосодержащим материалом имеет низкую температуру появления расплава (~1205°C) и выполняет роль спекающей добавки в шихте в процессе ее агломерации. При содержании известь содержащего компонента более 20 мас.% в агломерате появляется свободная, не связанная в ферриты, силикаты и алюминаты извести. Наличие свободной извести вызывает известковый распад агломерата в следствии гидратации извести парами воды по реакции: CaO+H₂O-->Ca(OH)₂ с увеличением объема почти в 2 раза. При количестве CaO-содержащего материала менее 8,0 мас.% и железосодержащего компонента менее 3,0% полученный агломерат имеет высокую пористость и низкую механическую прочность. Количество железосодержащего компонента более 6,0 мас.% резко снижается огнеупорность агломерата.

Для конкретного выполнения заявляемых объектов технического решения была использована опытная агломерационная установка с колосниковой решеткой и системой просасывания воздуха при агломерации. Для экспериментального обжига на агломерационной установке было приготовлено восемь опытных смесей для 4х двухслойных шихт (примеры 1-4 в таблице 3) и одна однослойная шихта - прототип (пример 5 в таблице 3).

Шихту укладывали на колосниковую решетку в два слоя, толщиной 23-25 см каждый. В примерах 1, 2, 3 и 4 в нижний слой загружали лом отработанных периклазоуглеродистых огнеупоров фракции 0,4-20,0 мм в количестве 57, 73, 60 и 70 мас.% соответственно (таблица 3).

Верхний слой шихты содержал смесь четырех компонентов:

лома указанных огнеупоров в количестве от 10 до 24 мас.%;

материала, содержащего оксид кальция, в виде негашеной извести (5-20 мас.%);

молотой прокатной окалины (3,0-6,0 мас.%);

коксика (3,0-5,0 мас.%).

Химсостав всех компонентов шихты приведен в таблице 1. Зажигание шихты производили с использованием стружки, смоченный керосином. Температуры на границе слоев шихты на глубине 24 см замеряли платино-родиевой (Pt-Rh) термопарой. Спекание во всех этапах проводили в окислительной среде (коэффициент избытка воздуха на горение более 1,4). Для получения флюсового агломерата (см. примеры 1,2 в таблице 3) в верхний слой вводили максимальное количество флюсующих компонентов (сочетание CaO и Fe₂O₃) в смеси с коксиком и различным содержанием лома отработанных периклазоуглеродистых огнеупоров фракции 0,1-4,0 мм. Агломерационное спекание выполняли во всех примерах в окислительной среде при температуре 1320°C в течение 15 минут (пример 1) и при 1350°C в течение 15 минут (пример 2) до остаточного содержания углерода в полученном агломерате не более 0,1 мас.%. Экспериментально было установлено, что температура спекания менее 1250°C и длительности термообработки менее 15 минут не позволяет уменьшить содержание остаточного углерода в готовом агломерате менее 0,1 мас.%. Более высокотемпературный и длительный агломерационный обжиг практически не изменяет качество целевого продукта, но приводит к изменению расхода топлива (коксика).

Для получения огнеупорного агломерата (примеры 3 и 4 в таблицы 3) в верхний слой вводили минимальное суммарное количество флюсующих компонентов (СаО-содержащего в сочетании с Fe₂O3-содержащим) и коксика при максимальном суммарном содержании лома обеих фракции в двухслойной (общей) шихте (в примерах 3 и 4 соответственно 84 мас.% и 89 мас %) (таблицу 3). Агломерацию также выполняли в окислительный среде при температуре 1400°C и 1500°C в течение 25 минут и 20 минут до снижения количества остаточного углерода менее 0,1 мас.% (пример 3, 4 таблица 3).

Для агломерационного спекания шихты согласно прототипу (RU 2244017) использовали смесь природных магнезиальных сырьевых материалов: магнезита MgCO₃ Саткинского месторождения и брусита Mg(OH)₂ Кульдурского месторождения в массовом соотношений, %: 30:60. В качестве топлива в шихту водили 10 мас.% углерода виде коксика (химсостав коксика приведен в таблице 1). Агломерацию шихты-прототипа выполняли в окислительной среде при температуре 1500°C в течение 20 минут до остаточного содержания углерода в полученном агломерате менее 0,1 мас.% (пример 5, в таблица 3).

У всех полученных агломератов определяли химический, минералогический состав (таблицы 4, 5) и главные физико-химические свойства: огнеупорность, температуру начало деформации под нагрузкой, открытую пористость, растворимость в шлаковом расплаве и шлакоустойчивость (таблица 6).

Определение огнеупорности выполняли из тонкомолотых порошков агломератов в соответствии с требованиями ГОСТ 4069-69. Для определения температуры начала деформации (т.н.д.) под нагрузкой согласно ГОСТ 4070-83 были изготовлены спрессованные образцы из полисмесей фракции (размер зерен 3-0 мм) каждого агломерата. Определение высокотемпературных свойств проводили в окислительной среде. Для определения открытой пористости по ГОСТ 2409-95 агломераты подвергали дроблению с получением монофракции 10-6 мм. Результаты определения перечисленных свойств агломератов приведены в таблице 6.

Для агломерации шихты - прототипа укладку смеси природных сырьевых материалов, представленной магнезитом и бруситом, делали в один слой.

Растворимость в шлаковом расплаве определена нестандартным методом с использованием конвертерного шлака ОАО «НТМК», содержащего, мас.%: CaO 29,5; SiO₂ 14,3; FeO 25,2; MgO 6,40; MnO 4,41; Al₂O₃ 4,36; V₂O₅ 3,9; CaO/SiO₂ 2,6. Шлак предварительно измельчали до фракции 1,0-0 мм, загружали в цирконографитовый тигель и нагревали до полного плавление при температуре 1620°C в расплавленный шлак погружали спрессованные из полифункционных смесей образцы агломератов и выдерживали в нем в течение 30 минут. Расчет растворимости R выполнен по формуле:

R=(C2-C1)⋅100/C1, %,

где С1 - концентрация MgO в шлаке до испытаний, мас.%:

С2 - тоже после испытаний, мас.%.

Результаты определения растворимости в шлаке приведены в таблице 6. Оценка растворимости сделана по площади коррозии в вертикальном осевом разрезе тиглей после испытаний.

Анализ данных приведенных в таблице 6, позволяет сделать следующие выводы о качестве известково-магнезиально-железистых агломератов, полученных заявленным способом:

- полученные агломераты имеют низкую себестоимость производства;

- все агломераты является огнеупорным материалом (огнеупорность более 1580°C);

- все агломераты могут иметь двойное применение: в качестве высокомагнезиальных флюсов для сталеплавильного производства для модифицирования шлакового расплава и в виде огнеупорных, легко спекающихся, неформованных огнеупоров (полифракционных порошков) для изготовления и ремонта подин электросталеплавильных печей;

- агломераты с более низкими значениями огнеупорности и температуры начало деформации под нагрузкой (составы 1 и 2 в таблице 6) более предпочтительны для использования в качестве высокомагнезиальных флюсов (монография К.Н. Демидов, Т.В. Борисова, А.П. Возчиков «Высокомагнезиальные флюсы для сталеплавильного производства» - Екатеринбург. - Уральский рабочий. - 2013г. - 280 с.);

- агломераты с высоким содержанием MgO (составы 3 и 4 в таблице 6) вполне пригодно для футеровки подин сталеплавильных агрегатов (монография И.Д. Кащеев, И.П. Басьяс, Г.А. Фарафонов, В.И. Сизова) «Футеровка дуговых сталеплавильных печей». - М: - Интермет инжиниринг. - 2010 г. - 192 с.).

Источники информации

1. RU 2207382, С21С 5/36, 17.04.2002 г.

2. RU 2296800, С21С 5/36, 01.04.2005 г.

3. RU 2244017, С21С 5/36, 22.01.2002 г.

4. RU 2381279, С21С 5/36. 14.04.2008 г.

5. RU 2175987, 15.05.2000 г.

6. А.с. №1574656, С22В 1/16, 02.02.1988 г.

7. А.с. №2158316, С22В 1/1, 31.12.1999 г.)

Таблица 1.

Материал MgO Al₂O₃ SiO₂ Fe₂O₃ Δm прк CaO Прочие Лом периклазоуглеродистых огнеупоров 80,0 3,0 3,5 1,6 10,1* 2,0 0,3 Известковый материал 4,0 0,8 3,1 0,5 3,9 ** 87,6 - Железосодержащий материал 4,1 2,7 7,5 74,9 1,2* 5,8 3,7 Углеродистый материал (кокс) 0,3 2,9 6,8 3,5 85,0* 0,4 0,9

*Потери массы связаны с содержанием углерода

** Потери массы обусловлены наличием Ca[OH]₂.

Таблица 2.

Название (температура плавления °C) Химическая формула Лом ПУ-огнеупоров Известьсодержащие материалы Железосодержащие материалы Коксик Периклаз (2800) MgO 80-85 3-5 1-3 ----------- Углерод (графит, кокс и др.) (>4300) С 10-13 --------------- 1,0-2,0 ----------- Шпинель (2135) MgAl₂O₄ 3-4 -------------- <0,5 ----------- Известь (26250) CaO ------------- 85-88 1-2 ----------- Портландит Ca(OH)₂ ------------- 12-15 1-3 ---------- Вьюстит (1370) магнетит(1580) FeO, Fe₃O₄ Fe₂O3 0,5-1,9 ------------ 75-80 ---------- Силикаты + стекло R₂O⋅RO·Al₂O₃⋅SiO₂ 1,0-1,8 0,5-1,0 8-10 Зола 15-20 Железо (Fe) (1536) Fe 1,0-1,5 ---------- 2-3 -----------

Таблица 3.

Слой шихты Компоненты Пример выполнения 1 Пример выполнения 2 Пример выполнения 3 Пример выполнения 4 Прототип Пат. 2244017 Пример выполнения 5 * Материал содержащий CaO, мас.% 20,0 8,0 8,0 5,0 ----------- * Материал содержащий Fe₂O₃, мас.% 6,0 5,0 4,0 3,0 ------------ * Материал содержащий углерод, мас.% 5,0 4,0 4,0 3,0 10,0 * Лом периклазоуглеродистых огнеупоров, фр. 0,1-4,0 мм мас.% 12,0 10,0 24,0 19,0 ----------- ** Лом периклазоуглеродистых огнеупоров, фр. 0,4-20,0 мм 57,0 73,0 60,0 70,0 ----------- Суммарное количество лома в шихте, мас.% 69,0 83,0 84,0 89,0 ---------- Магнезит природный Саткинского месторождения, мас.% MgO~95 мас.% ---------- ---------- ---------- ---------- 30,0 Брусит природный Кульдурского месторождения, мас.% Mg(OH)₂~ 90 мас.% ---------- ---------- ---------- ---------- 60,0

В колонках примеров указано содержание компонентов в каждом слое. мас.%.

*Верхний слой шихты.

**Нижний слой шихты.

Таблица 4.

№ № примера выполнения MgO CaO Fe₂O₃ Al₂O₃ SiO₂ C, мас.% (содержание остаточного углерода) 1 58,6 29,0 6,4 2,8 3,6 0,09 2 70,1 16,7 6,8 2,7 3,8 0,10 3 81,1 8,7 3,6 3,2 3,7 0,08 4 85,4 5,8 1,7 3,2 3,7 0,08 5*прототип 84,1/92,5 4,3/5,2 3,2/0,7 0,9/0,1 7,3/1,4 0,07

*В числителе: прототипа магнезит Саткинского месторождения (после прокаливания при 1000°C); в знаменателе брусит Кульдурского месторождения (после прокаливания при 1000°C).

Таблица 5.

Название минерала (соединения) Химическая формула минерала (соединения) Содержание, мас.% Огнеупорный (пример 3, 4) Содержание, мас % Флюсовый (пример 162) Периклаз + магнезит MgO+(Mg,Fe²⁺)Fe₂³⁺O₄ 87-90 57-60 Ферриткальция + браунмиллерит (Ca₂Fe₂O₄+Ca₂AlFeO₅) 3-5 30-32 Алит + белит 3CaO⋅SiO₂+2CaO⋅SiO₂ 4-6 7-9 Графит (остаточный) C <0,1 <0,1

Таблица 6.

№ примера выполнения (состав) Материал Температура спекания, °C Продолжительность обжига, мин. Огнеупорность, °C Температура начала деформации, °C Пористость открытая, % Растворимость в шлаке, % Шлакоустойчивость (площадь коррозии), мм² 1 Заявляемый агломерат (флюс) 1320 20 1640 1480 12,3 19,1 ------- 2 Тоже 1350 15 1650 1490 8 18,7 ------- 3 Заявляемый агломерат (огнеупор) 1400 25 1690 1550 18,4 6,3 16,3 4 Тоже 1500 20 >1750 1650 6,7 5,8 15,4 5 Прототип 1500 20 >1750 1650 16,9 6 15,7

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения огнеупорного известково-магнезиально-железистого агломерата. Шихта содержит лом отработанных периклазоуглеродистых огнеупоров фракции 0,1-20,0 мм, в качестве материала, содержащего оксид кальция, использован материал, содержащий не менее 80 мас.% СаО, фракции 0,1-1,0 мм, а в качестве материала, содержащего оксид железа – материал, содержащий не менее 80 мас.% Fe₂O₃, фракции 0,1-1,5 мм, при следующем содержании компонентов, мас.%: материал, содержащий оксид кальция, 5-20, материал, содержащий оксид железа, 3-6, коксик фракции 0,1-3 мм 3-5, лом отработанных периклазоуглеродистых огнеупоров - остальное. Лом отработанных периклазоуглеродистых огнеупоров перед смешиванием подвергают дроблению, грохочению, воздушно-гравитационной классификации с выделением продуктов фракционного состава 0,4-20,0 мм и 0,1-4,0 мм и осуществляют раздельную двухслойную укладку выделенных фракций лома на спекательную поверхность колосника в нижний и верхний слои шихты, агломерацию проводят в окислительной среде при температуре 1250-1500°C в течение 15-25 мин до содержания остаточного углерода менее 0,1 мас.%. Полученный огнеупорный известково-магнезиально-железистый агломерат может быть использован в качестве высокомагнезиальных флюсов для сталеплавильного производства и в качестве огнеупорного материала для изготовления и ремонта подин и откосов электросталеплавильных печей. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 6 табл.

1. Шихта для получения огнеупорного известково-магнезиально-железистого агломерата, содержащая материал, содержащий оксид кальция, материал, содержащий оксид железа, и углеродсодержащий материал виде коксика, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит лом отработанных периклазоуглеродистых огнеупоров фракции 0,1-20,0 мм, в качестве материала, содержащего оксид кальция, использован материал, содержащий не менее 80 мас.% СаО, фракции 0,1-1,0 мм, а в качестве материала, содержащего оксид железа – материал, содержащий не менее 80 мас.% Fe₂O₃, фракции 0,1-1,5 мм при следующем содержании компонентов, мас.%:

материал, содержащий оксид кальция 5-20 материал, содержащий оксид железа 3-6 коксик фракции 0,1-3 мм 3-5 лом отработанных периклазоуглеродистых огнеупоров остальное

2. Шихта по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве материала, содержащего оксид кальция, используют молотую известь и/или пыль извести обжиговых печных агрегатов.

3. Шихта по п. 2, отличающаяся тем, что в качестве материала, содержащего оксид железа, используют молотую прокатную окалину и/или пыль и шлам доменного и/или сталеплавильного производства.

4. Шихта по п. 1, отличающаяся тем, что используют коксик зольностью не более 15 мас.%.

5. Способ получения огнеупорного известково-магнезиально-железистого агломерата из шихты по п. 1, характеризующийся тем, что осуществляют смешивание компонентов шихты, двухслойную загрузку шихты на спекательную поверхность колосника и ее агломерацию, при этом лом отработанных периклазоуглеродистых огнеупоров перед смешиванием подвергают дроблению, грохочению, воздушно-гравитационной классификации с выделением продуктов фракционного состава 0,4-20,0 мм и 0,1-4,0 мм и осуществляют раздельную двухслойную укладку выделенных фракций лома на спекательную поверхность колосника в нижний и верхний слои шихты, агломерацию проводят в окислительной среде при температуре 1250-1350°C в течение 15-20 мин до содержания остаточного углерода менее 0,1 мас.%, причем в нижний слой шихты загружают 57-73 мас.% упомянутого лома фракции 4,0-20,0 мм, а в верхний слой укладывают смесь упомянутого лома фракции 0,1-4,0 мм с остальными компонентами шихты при следующем соотношении, мас.%:

лом фракции 0,1-4,0 мм 10-12 материал, содержащий оксид кальция 8-20 материал, содержащий оксид железа 5-6 коксик 4-5

6. Способ по п. 5, в котором получают огнеупорный известково-магнезиально-железистый агломерат для использования в качестве сталеплавильного флюса.

7. Способ получения огнеупорного известково-магнезиально-железистого агломерата из шихты по п. 1, характеризующийся тем, что осуществляют смешивание компонентов шихты, двухслойную загрузку шихты на спекательную поверхность колосника и ее агломерацию, при этом лом отработанных периклазоуглеродистых огнеупоров перед смешиванием подвергают дроблению, грохочению, воздушно-гравитационной классификации с выделением продуктов фракционного состава 0,4-20,0 мм и 0,1-4,0 мм и осуществляют раздельную двухслойную укладку выделенных фракций лома на спекательную поверхность колосника в нижний и верхний слои шихты, агломерацию проводят в окислительной среде при температуре 1350-1500°C в течение 20-25 мин до содержания остаточного углерода менее 0,1 мас.%, причем в нижний слой шихты загружают упомянутый лом фракции 4,0-20,0 мм в количестве 60-70 мас.%, а в верхний слой укладывают смесь упомянутого лома фракции 0,1-4,0 мм с остальными компонентами шихты при следующем соотношении, мас.%:

лом фракции 0,1-4,0 мм 19-24 материал, содержащий оксид кальция 5-8 материал, содержащий оксид железа 3-4 коксик 3-4

8. Способ по п. 7, в котором получают огнеупорный известково-магнезиально-железистый агломерат для использования в качестве огнеупорного материала для подин и откосов электросталеплавильных печей.

9. Способ по п. 5 или 7, отличающийся тем, что нижний и верхний слои шихты имеют толщину, равную 23-25 см каждый.