Абразивный материал и способ его изготовления из жидкого шлака доменного производства Российский патент 2022 года по МПК C09K3/14 C21B3/06 

Описание патента на изобретение RU2779194C1

Настоящее изобретение относится к металлургической промышленности и может быть использовано для производства материалов, предназначенных для абразивно-струйной (или пескоструйной) обработки поверхности стальных изделий от коррозии, оксидов, краски и других загрязнений.

Существует множество способов производства материалов твердостью 5-7 единиц по Моосу для абразивной обработки поверхностей, изготовленных из металлургических шлаков. Однако известные способы не лишены недостатков.

Известен способ производства абразивного материала из сталеплавильного шлака, описанный в патенте JP 2008045002 A. Данный способ позволяет получать из жидкого сталеплавильного шлака состава Fe не более 5%, 25-35% Si, 10-20% Al, 30-40% Са и 5-15% Mg, аморфный материал шаровидной формы, размерами до 5 мм с высокими абразивными свойствами. Суть способа заключена в том, что вертикальный поток расплавленного сталеплавильного шлака разбивался несколькими воздушными струями на капли размером до 5 мм, а затем резко охлаждался водой для формирования частиц шаровидной формы и аморфной структуры, сформированные гранулы сталеплавильного шлака поступают на вибрирующую сетку, где производится удаление воды, далее шлак отправляется на вылеживание.

Недостатком известного способа является сложность технической реализации устройства грануляции, представляющее собой высокую колонну, где распыление шлакового потока осуществляется потоком воздуха, направленным в сторону движения шлакового потока под углом 30-45°. Это придает распыленным частицам дополнительную скорость и необходимость увеличения зоны охлаждения для формирования гранул. Другим недостатком данного способа является то, что получаемые по данному способу частицы обладают разными размерами и соответственно различным абразивным эффектом.

Известен способ выделения абразивных материалов из металлургических шлаков, описанный в патенте SU1711995A1. Данный способ позволяет разделить предварительно дробленые до фракции 0-10 мм металлургические шлаки в прямолинейном и центробежном воздушных потоках за счет разной кинетической энергии частиц, в том числе выделить крупное 2,5-0,315 мм абразивное зерно.

Недостатком данного способа является необходимость дробления шлака до соответствующих фракций. Другим недостатком данного способа является то, что форма частиц зависит от способа измельчения шлака и при наличии частиц неправильной формы абразивные свойства такого материала будут снижены.

Известен абразивный материал для обработки поверхностей, который состоит из конвертерного шлака металлургического производства, раскрытый в патенте RU 2627413 С1. Данный материал содержит 96-99,9 мас. % смеси соединений: портландит (СаО⋅Н2О), магнетит (Fe3O4), брусит (Mg(OH)2, кальцит (СаСО3), сперрит (2Ca2SiO4⋅CaCO3), алюминат кальция (5СаО⋅3Al2O3), шпинель (MgAl2O4), периклаз (MgO), силикат кальция (Ca2SiO4) и 0,1-4 мас. %, прочих элементов, выбранных из ряда S, и/или Mn, и/или Cr, и/или Zn, и/или Ti, и/или V, при этом не менее 95 мас. % частиц порошка имеют изометрическую окатанную форму, а остальные частицы имеют неизометрическую удлиненную форму.

Основным недостатком данного материала является то, что из него не выделяются частицы, обладающие наибольшим абразивным эффектом, по этому такой материал содержит большое количество пылевидной фракции и сильно пылит при обработке поверхностей, затрудняя контроль качества обработки. К тому же возможное содержание оксидов железа более 30% делает применение этого материала экономически нецелесообразным.

Наиболее близким способом к раскрытому в настоящем изобретении является способ производства абразивных материалов с использованием жидкого сталеплавильного шлака раскрытый в патенте WO2006085712A1. Данный способ позволяет перерабатывать жидкий сталеплавильный шлак состава СаО 9-18 масс. %, Fe2O3 38-62 масс. %, SiO2 17-28 масс. %, MgO 6-10 масс. %, Al2O3 5-9 масс. %. в аморфный абразивный материал шаровидной формы. Суть способа заключена в том, что при разливке шлака из шлакового ковша, поток шлака распыляется мощным воздушным потоком, который направлен под углом 0-45° к нормали против движения потока шлака, в процессе распыления поток шлака разбивается на отдельные шарообразные частицы размером 0-5 мм, в воздушном потоке частицы частично охлаждаются и переносятся на специальную площадку для охлаждения водой. После охлаждения водой, частицы шлака загружаются ковшом в просеивающее устройство для отделения пыли и выделения абразивной фракции 0,315-5 мм.

Недостатком этого способа является высокое содержание оксида железа в шлаке Fe2O3 38-62 масс. %, поскольку при таком содержании оксида железа, экономически более эффективно его извлечение из шлака и возврат в процессы выплавки стали.

Техническим результатом настоящего изобретения является разработка абразивного материала и экономически целесообразного способа его производства из доменного шлака, при этом абразивный материал должен обладать твердостью 5-7 единиц по Моосу, меньшим пылением при использовании и низким содержанием оксидов железа (Fe2O3, FeO) до 1%.

Технический результат настоящего изобретения достигается путем использования расплава шлака доменного производства состава Fe2O3 и FeO 0,2-1 масс. %, СаО 35-45 масс. %, SiO2 35-45 масс. %, MgO не более 15 масс. %, Al2O3 не менее 7 масс. %, Na2O 0,5-1 масс. %, K2O 1-1,5 масс. %, TiO2 не более 4 масс. %, MnO не более 2 масс. %, S не более 1 масс. %. при изготовлении абразивного материала путем следующих технологических операций:

1. Расплавленный шлак доменного производства, имеющий химический состав Fe2O3 и FeO 0,2-1 масс. %, СаО 35-45 масс. %, SiO2 35-45 масс. %, MgO не более 15 масс. %, Al2O3 не менее 7 масс. %, Na2O 0,5-1 масс. %, K2O 1-1,5 масс. %, TiO2 не более 4 масс. %, MnO не более 2 масс. %, S не более 1 масс. %., Жидкий шлак из доменной печи по желобу поступает на грануляцию в бункер-отстойник, где под желобом установлен водо-воздушный гранулятор. За счет механического воздействия водо-воздушной струи гранулятора расплав шлака раздрабливается и в виде трех фаз (паровоздушной смеси, воды и частиц граншлака) поступает в заполненный водой бункер-отстойник. При погружении в воду, частицы граншлака, приобретают округлую форму, резко охлаждаются и затвердевают в состоянии стеклофазы, а образовавшаяся при этом паровоздушная смесь выбрасывается в атмосферу.

2. Под воздействием вводимого в насадку шлакового эрлифта воздуха, смесь воды с граншлаком поднимается из бункера-отстойника в сепаратор, откуда самотеком поступает в обезвоживатель (карусельного или иного типа).

3. В обезвоживателе влажность гранулированного шлака доводят до значения менее 15% при температуре не более 70°С. Далее обезвоженный и охлажденный шлак через узел выгрузки подают на конвейеры и транспортируют на склад.

4. На складе проводят оценку качественных показателей шлака по ГОСТ 3476-74. Для выделения абразивных фракций используют гранулированный шлак 1-го или 2-го сорта с коэффициентом качества не ниже 1,45.

5. Со склада шлаки 1-го или 2-го сорта направляют на просеивающее устройство для отделения абразивной фракции. Абразивная фракция содержит не менее 95% частиц округлой формы размером 0,3-5 мм.

Для получения определенной зернистости абразивного материала по ГОСТ Р 52381-2005 «Материалы абразивные. Зернистость и зерновой состав шлифовальных порошков. Контроль зернистого состава.» возможен дальнейший рассев на отдельные фракции.

Химический состав произведенных абразивных материалов идентичен химическому составу исходного шлака состава Fе2О3 и FeO 0,2-1 масс. %, СаО 35-45 масс. %, SiO2 35-45 масс. %, MgO не более 15 масс. %, Аl2О3 не менее 7 масс. %, Na2O 0,5-1 масс. %, K2O 1-1,5 масс. %, ТiO2 не более 4 масс. %, МnО не более 2 масс. %, S не более 1 масс. %.

Абразивные свойства полученного материала соответствуют степени очистки Sa 2, Sa 2 1/2 по ГОСТ Р ИСО 8501-1-2014 «Подготовка стальной поверхности перед нанесением лакокрасочных материалов и относящихся к ним продуктов. Визуальная оценка чистоты поверхности. Часть 1. Степень окисления и степени подготовки непокрытой стальной поверхности и стальной поверхности после полного удаления прежних покрытий»

Способ и абразивный материал, получаемый данным способом, раскрытые в заявляемом техническом решении, имеют ряд преимуществ:

- способ обеспечивает низкую влажность получаемого абразивного материала, что препятствует его смерзанию при отрицательных температурах;

- абразивный материал, полученный данным способом отделен от пылевидных фракций, что позволяет легче контролировать качество абразивной обработки;

- способ позволяет получать материал, обладающий абразивными свойствами, из доменного шлака за счет образования более твердой стекловидной фазы.

- для реализации способа не требуется изготовления дорогостоящего или нестандартного оборудования.

- полученный данным способом абразивный материал содержит минимальное количество железа и его оксидов.

Сравнительный анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявляемого способа с признаками известных технических решений. На основе этого делается вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения «Новизна».

Изобретение иллюстрируется следующим примером:

Пример

На производственной площадке Группы «НЛМК» проводился выпуск опытно-промышленной партии абразивного шлакового материала из жидкого доменного шлака состава Fe2O3 и FeO 0,5 масс. %, СаО 40 масс. %, SiO2 39 масс. %, MgO 10,5 масс. %, Al2O3 7,5 масс. %, полученного в процессе выплавки чугуна доменной печи №6.

В качестве устройства грануляции использовалась стандартная установка грануляции доменного шлака, изображенная на рис. 1

Жидкий шлак из доменной печи по желобу 1 поступает на грануляцию в бункер-отстойник 2, где под желобом установлен водо-воздушный гранулятор 3. За счет механического воздействия водо-воздушной струи расплав шлака раздрабливается и в виде трех фаз (паровоздушной смеси, воды и частиц граншлака) поступает в бункер-отстойник 2 заполненный водой.

При погружении в воду, частицы граншлака охлаждаются и затвердевают, а образовавшаяся при этом паровоздушная смесь по трубе 4 за счет самотяги выбрасывается в атмосферу.

Вода из бункера-отстойника 2 через нижнее окно в бункере-отстойнике переливается в камеру шлакового эрлифта и через окно 5, и вертикальный канал 6. Из камеры шлакового эрлифта в камеру осветленной воды - через водослив 7.

В случае переполнения бункера-отстойника и завала граншлаком нижнего окна и вертикального канала перелив осуществляется через аварийный канал 8.

Из камеры осветленной воды 9 вода забирается эрлифтом, состоящим из воздушной трубы 10, насадки 11, подъемной трубы 12, сепаратора 13, трубы отработавшего воздуха 4 и подается по трубе 14 в гранулятор. Воздух к гранулятору подается от воздуховода водяного эрлифта по трубопроводу 15.

В нижней части бункер-отстойник 2 сообщается с колодцем 16, в котором устанавливается шлаковый эрлифт, состоящий из воздуховода 17, воздухоподводящей насадки 18, подъемной трубы эрлифта 19, сепаратора 20 и сливной трубы 21.

Для подачи взмучивающей воды от шламового эрлифта используется опускная труба 22. В камере осветленной воды 9 для непрерывного удаления осадка установлен шламовый эрлифт, состоящий из воздуховода 18, воздухоподводящей насадки 23, подъемной трубы 24, сепаратора 25 и трубопровода 26 для сброса парогазовой смеси. Для избежания забивания шлакового эрлифта случайными негабаритными предметами бункер-отстойник 2 перекрывается решеткой 27 с ячейками 200×200 мм.

Под воздействием вводимого в насадку шлакового эрлифта воздуха смесь воды с граншлаком поднимается в сепаратор 20, откуда самотеком по трубе 21 поступает в обезвоживатель 28 карусельного типа, выполненный в виде кольца, разделенного на шестнадцать отсеков. В каждый отсек вставляется отдельная сменная коробка 29. Снизу коробки 29 перекрываются перфорированными (сетчатыми) днищами 30, одна сторона которых шарнирно подвешивается к радиальной стенке коробки, а другая сторона, снабженная роликом 31, опирается на стационарный кольцевой рельс 32. Соответствующий профиль укладки этого рельса при вращении обезвоживателя 28 обеспечивает поддержание в закрытом положении днищ 30 в секторе загрузки и обезвоживания, а также открывание и закрывание их в секторе выгрузки обезвоженного шлака в бункер 33.

К наружной поверхности обезвоживателя приварен кольцевой рельс 34, посредством которого обезвоживатель опирается на катки 35. Вращение обезвоживателя осуществляется электроприводом 36 через редуктор и зубчатую передачу с частотой вращения 0,5-1,5 оборота в час. Частота вращения обезвоживателя регулируется в зависимости от степени наполнения коробок 29 граншлаком.

При вращении обезвоживателя каждый отсек последовательно проходит периоды: заполнение пульпой, стекающей из сепаратора 31, отфильтровывания воды из шлака через перфорацию днищ 30, выгрузки обезвоженного шлака в бункер 33.

С целью дополнительного обезвоживания производится продувка сжатым воздухом столба граншлака через перфорированные днища.

При заполнении пульпой вода из коробки 29 через переливное окно 37 сливается в водосборник 38.

В этот же водосборник стекает отфильтровывающаяся вода из обезвоживателя через сетчатые днища 30 и по трубе 39 поступает обратно в бункер-отстойник.

Компенсация расхода воды на парообразование и остаточную влажность граншлака осуществляется водой промывки сеток обезвоживателя и подпиткой через сливную трубу 39 водосборника обезвоживателя. Дополнительное увеличение расхода воды для поддержания рабочего уровня в камере осветленной воды и заполнение технологической линии после ремонта осуществляется через водовод 40 задвижкой 41.

Для предотвращения попадания загрязненной воды в водный бассейн и обеспечения стабильности режимных параметров грануляции технологические линии каждой установки (рабочая и резервная) попарно соединены. Общим является приямок сточных вод с установленным в нем эрлифтом, соединенным с приемными бункерами обеих технологических линий, а камеры осветленной воды соединены между собой и приямком сточных вод трубопроводами с размещенными в них переключающими задвижками 42.

Выгруженный из обезвоживателя гранулированный шлак имеет влажность не более 15% и температуру около 70°С. Обезвоженный и охлажденный шлак через узел выгрузки 43 подается на конвейеры 44 и транспортируется на склад для выделения абразивной фракции. При транспортировке и хранении на складе гранулированный шлак дополнительно высушивается до достижения влажности не более 10%.

Показатели доменного шлака перед рассеиванием, оцененные по ГОСТ 3476-74, приведены в таблице 1.

Просушенные шлаковые частицы при помощи карьерной техники перегружались в просеивающее устройство барабанного типа, где происходило отделение пылевидных частиц, не обладающих абразивными свойствами, размером не более 0,3 мм и крупных частиц размером более 5 мм. Абразивные частицы 0,3-5 мм были дополнительно рассеяны на 3 фракции абразивного материала для проверки абразивных свойств: 0,5-2,5 мм, 0,3-2,5 мм, 0,3-1,5 мм.

Абразивные характеристики материала оценивались как степень очистки поверхности по ISO 8501-1 и остаточной шероховатости обрабатываемых образцов. Результаты испытаний показали следующее:

1. Фракция абразива 0,5 - 2,5 мм. Степень очистки поверхности соответствует степени А Sa 2 l/2(ISO 8501-1). Шероховатость по прибору составляет: 94-120 μm (средн. = 111 μm).

2. Фракция абразива 0,3 - 2,5 мм. Степень очистки поверхности соответствует степени А Sa 2 l/2(ISO 8501-1). Шероховатость по прибору составляет: 79-105 μm (средн. = 91 μm).

3. Фракция абразива 0,3 - 1,5 мм. Степень очистки поверхности соответствует степени A Sa 2 l/2(ISO 8501-1). Шероховатость по прибору составляет: 30-б0 μm (средн. = 41 μm).

Похожие патенты RU2779194C1

название год авторы номер документа
Способ придоменной грануляции шлакового расплава 1990
  • Трошенков Борис Васильевич
  • Перевязкин Николай Иванович
  • Мазурин Владимир Николаевич
  • Кузнецова Лариса Николаевна
SU1742244A1
УСТАНОВКА ДЛЯ ПРИПЕЧНОЙ ГРАНУЛЯЦИИ ШЛАКА 2011
  • Зайнуллин Лик Анварович
RU2496727C2
УСТАНОВКА ПРИПЕЧНОЙ ГРАНУЛЯЦИИ ШЛАКА 2012
  • Зайнуллин Лик Анварович
  • Бычков Алексей Викторович
  • Чеченин Геннадий Иванович
  • Прокофьева Людмила Петровна
  • Грезнев Валерий Григорьевич
  • Мехряков Дмитрий Владимирович
RU2501751C1
Установка для грануляции расплавов штейна, файнштейна и шлака 2021
  • Зайнуллин Лик Анварович
  • Мехряков Дмитрий Владимирович
  • Зайнуллин Роман Ликович
RU2766817C1
Установка для получения гранулированного шлака 1983
  • Курченко Анатолий Григорьевич
  • Зекцер Юрий Самойлович
  • Фишевский Сергей Юрьевич
  • Соболева Екатерина Дмитриевна
  • Розов Владимир Васильевич
SU1121248A1
УСТАНОВКА ДЛЯ ГРАНУЛЯЦИИ РАСПЛАВА ШЛАКА 2012
  • Зайнуллин Лик Анварович
  • Грезнев Валерий Григорьевич
  • Мехряков Дмитрий Владимирович
RU2497765C2
Установка для грануляции и обезвоживания шлака 1975
  • Шаранов Михаил Алексеевич
  • Ольгинский Феликс Янович
  • Сацкий Виталий Антонович
  • Зайнуллин Лик Анварович
  • Хайновский Валентин Петрович
  • Щербаков Иван Иванович
  • Похилько Игорь Николаевич
  • Дремин Вячеслав Вадимович
  • Хабибулин Рамиль Миннолович
SU546584A1
Установка придоменной грануляции шлака 2017
  • Бубнов Сергей Юрьевич
  • Елфимов Владимир Федорович
  • Музалевский Антон Геннадьевич
  • Музалевский Андрей Геннадьевич
  • Никуличев Сергей Александрович
  • Сорокин Андрей Юрьевич
  • Черницын Анатолий Александрович
RU2655340C1
Установка для припечной грануляции металлургических шлаков 1979
  • Барышников Владислав Геннадьевич
  • Бурлаков Владимир Иванович
  • Потанин Владимир Николаевич
  • Коломиец Виулен Алексеевич
  • Ольгинский Феликс Янович
  • Щербаков Иван Иванович
  • Шаранов Михаил Алексеевич
  • Зайнуллин Лик Анварович
  • Петров Евгений Иванович
  • Сапожников Валерий Павлович
  • Ручкин Игорь Иванович
SU775068A1
Установка придоменной грануляции шлака 1982
  • Антипов Николай Сергеевич
  • Овчаренко Николай Гурьевич
  • Франценюк Иван Васильевич
  • Гавриков Анатолий Михайлович
  • Абрамович Чеслав Болеславович
SU1038308A1

Иллюстрации к изобретению RU 2 779 194 C1

Реферат патента 2022 года Абразивный материал и способ его изготовления из жидкого шлака доменного производства

Изобретение может быть использовано при получении материалов для абразивно-струйной обработки поверхности стальных изделий от коррозии, оксидов, краски. Способ изготовления абразивного материала из жидкого шлака доменного производства включает распыление потока шлака на отдельные частицы, охлаждение частиц в воде, сушку частиц, отсев абразивных фракций. В качестве исходного материала используют расплав доменного шлака следующего состава, мас.%: Fe2O3 и FeO 0,2-1, СаО 35-45, SiO2 35-45, MgO не более 15, Al2O3 не менее 7, Na2O 0,5-1, K2O 1-1,5, TiO2 не более 4, MnO не более 2, S не более 1. Расплав шлака раздрабливают струей водовоздушной смеси на отдельные частицы, которые охлаждают водой до температуры не более 70°С и обезвоживают до влажности не более 10%. В качестве абразивного материала отсеивают частицы шлака размером 0,3-5 мм. Предложен также абразивный материал. Изобретения позволяют получить абразивный материал из доменного шлака, обладающий низким содержанием оксидов железа и твёрдостью по Моосу 5-7 единиц, уменьшить его пыление при использовании. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 1 пр.

Формула изобретения RU 2 779 194 C1

1. Способ изготовления абразивного материала из жидкого шлака доменного производства, включающий в себя распыление потока шлака на отдельные частицы, охлаждение частиц в воде, сушку частиц, отсев абразивных фракций, отличающийся тем, что

в качестве исходного материала используют расплав доменного шлака, содержащий состав: Fe2O3 и FeO 0,2-1 мас. %, СаО 35-45 мас. %, SiO2 35-45 мас. %, MgO не более 15 мас. %, Al2O3 не менее 7 мас. %, Na2O 0,5-1 мас. %, K2O 1-1,5 мас. %, TiO2 не более 4 мас. %, MnO не более 2 мас. %, S не более 1 мас. %.;

расплав шлака раздрабливают струей водовоздушной смеси на отдельные частицы;

частицы шлака охлаждают водой до температуры не более 70°С;

частицы шлака обезвоживают до влажности не более 10%;

в качестве абразивного материала отсеивают частицы шлака размером 0,3-5 мм.

2. Абразивный материал, полученный по способу, описанному в п. 1, химический состав которого состоит из химических соединений в следующих процентных соотношениях: Fe2O3 и FeO 0,2-1 мас. %, СаО 35-45 мас. %, SiO2 35-45 мас. %, MgO не более 15 мас. %, Al2O3 не менее 7 мас. %, Na2O 0,5-1 мас. %, K2O 1-1,5 мас. %, TiO2 не более 4 мас. %, MnO не более 2 мас. %, S не более 1 мас. %, при этом не менее 95% частиц имеют округлую форму и размер в диапазоне от 0,3 до 5 мм.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2022 года RU2779194C1

WO 2006085712 A1, 17.08.2006
Способ выделения абразивных материалов из металлургических шлаков 1989
  • Демин Борис Леонидович
  • Сорокин Юрий Васильевич
  • Грабеклис Альфред Альфредович
  • Леонтьев Сергей Алексеевич
  • Кулезнева Людмила Петровна
  • Юрганов Юрий Михайлович
  • Калибатовский Станислав Витольдович
  • Хохлов Владлен Михайлович
  • Бережной Анатолий Дмитриевич
  • Юзов Сергей Вениаминович
  • Марьясов Михаил Фомич
  • Мальцев Евгений Николаевич
SU1711995A1
АБРАЗИВНЫЙ ПОРОШОК 2012
  • Перевалова Надежда Владимировна
RU2518842C1
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ШЛАКОВ 2007
  • Сукинова Наталья Васильевна
  • Мурзина Зубаржат Наиловна
  • Коваленкова Елена Юрьевна
RU2365642C2
US 2015101257 A1, 16.04.2015.

RU 2 779 194 C1

Авторы

Завьялов Михаил Павлович

Пискунов Алексей Игоревич

Ревякин Илья Валерьевич

Рощупкин Антон Геннадиевич

Воробьев Игорь Сергеевич

Даты

2022-09-05Публикация

2021-04-19Подача