СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЗОВАННОГО ПРОДУКТА ДЛЯ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ Российский патент 2022 года по МПК C22B1/243 

Описание патента на изобретение RU2785558C1

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при изготовлении металлизованного продукта, применяемого для выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи.

Перспективным направлением в черной металлургии является производство и применение металлизованной шихты. Металлизованная шихта с содержанием металлического железа более 80% является альтернативой металлическому лому и используется при выплавке сталей в дуговых сталеплавильных печах (ДСП), чистых по примесям цветных металлов. Оптимальной степенью металлизации считается 90 - 94%, при содержании пустой породы не более 5%. Содержание вредных примесей -серы и фосфора должно быть минимальным, а содержание углерода - в пределах 1 - 2%.

Большая часть металлизованных материалов представлена окатышами или брикетами, полученными путем горячего брикетирования. Металлизованное сырье производят непосредственно из оксидного железосодержащего сырья без применения кокса, минуя аглодоменный передел, в печах шахтного типа с использованием в качестве восстановителя конвертированного природного газа. Такие технологии связаны с высоким расходом природного газа и технологически сложным процессом его конвертации.

Развитие технологий металлизации в настоящее время пошло по пути интеграции процессов улучшения качества металлизованных материалов, использования в качестве восстановителей набора твердых углеродсодержащих материалов. Этот набор включает в себя, как правило, энергетические (неспекающиеся) угли, продукт их термической переработки, а также другие углеродсодержащие материалы (Курунов, И.Ф. Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа / И.Ф. Курунов, И.А.Савчук. М: Черметинформация, 2002, 198 с.)

Изучение процессов твердофазного восстановления железа из оксидов с использованием углей в качестве восстановителей и разработка энергоэффективных технологий получения и применения металлизованных материалов является актуальным научным направлением в черной металлургии.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ приготовления шихты для получения металлизированного продукта (RU №2430979 С22В 1/243, опубл. 10.10.2011 г.) Способ включает дозированное смешение оксидсодержащего материала с углеродсодержащим восстановителем, подачу кремнеземсодержащего связующего, агломерацию, термообработку полученных агломератов. В качестве кремнеземсодержащего связующего в исходную смесь подают жидкое стекло. Термообработку железо-углерод содержащих агломератов производят в восходящем и нисходящем потоках газов, которые подают из теплообменника охлаждения отходящих газов печи металлизации, а температуру при термообработке агломератов поддерживают 350-400°С. В качестве оксидсодержащего материала используют железорудный концентрат, в качестве восстановителя - измельченный бурый уголь, в качестве связующего используют жидкое натриевое стекло при следующем соотношении компонентов, вес. %:

железорудный концентрат - 60-70,

измельченный бурый уголь - 15-22,

жидкое натриевое стекло - 10-22.

Недостатком известного способа является достаточно большой расход жидкого стекла при приготовлении шихты, что приводит к значительному увеличению массы шлаковой составляющей продуктов высокотемпературного обжига, а также достаточно высокая температура предварительной термообработки агломератов шихты, при которой углеродсодержащий восстановитель - бурый уголь, начинает терять летучие углеродсодержащие компоненты. Эти недостатки отрицательно отражаются на технико-экономических показателях процесса прямого восстановления железа из шихты.

Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в высокой степени извлечения железа из железосодержащего концентрата для повышения качества получаемого метализованного продукта, снижении шлаковой составляющей при применении этого продукта в сталеплавильной печи (ДСП), создании продукта с повышенной степенью металлизации, обладающего повышенными прочностными характеристиками, позволяющими осуществлять его транспортировку, складирование и загрузку в сталеплавильный агрегат.

Существующая техническая проблема решается тем, что в известном способе приготовления металлизованного продукта методом прямого восстановления из оксидсодержащего материала, включающем дозированное смешение измельченных оксидсодержащего материала с углеродсодержащим восстановителем и кремнеземсодержащим связующим, термообработку полученной шихтовой смеси, согласно изобретению, в качестве оксидсодержащего материала используют железосодержащий концентрат, полученный при гидрометаллургическом обогащении железомарганцевых руд, в качестве углеродсодержащего восстановителя - уголь длиннопламенный марки Д, в качестве кремнеземсодержащего связующего используют бентонит при следующем соотношении компонентов, мас. %:

железосодержащий концентрат 63,0-74,0 уголь длиннопламенный марки Д 27,0-33,0 бентонит 2,0-4,0,

полученную шихтовую смесь увлажняют бентонитовой суспензией в количестве 8 - 10% от массы сухой шихты, формируют брикеты с помощью гидравлического пресса при давлении 4,8 - 5,0 МПа, затем осуществляют термообработку полученных брикетов при температуре 393К в течение двух часов, после чего брикеты подвергают восстановительному обжигу при температуре 1373К в течение 60 мин.

Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого изобретения, заключается в повышении качества металлизованного продукта, за счет использования в шихте оксидсодержащего материала с высоким содержанием железа 81 - 83%, снижении шлаковой составляющей при использовании продукта в сталеплавильном процессе, увеличении степени металлизации продукта до 96 - 98,5%, повышении прочностных характеристик продукта до 96 - 98%, позволяющих транспортировать, хранить и загружать его в печь без значительных потерь.

Используемый железосодержащий концентрат получен при гидрометаллургическом обогащении железомарганцевых руд по технологической схеме, разработанной и представленной в исследовании - Нохрина О.И., Рожихина И.Д., Рыбенко И.А., Голодова М.А., Израильский А.О. Гидрометаллургическое обогащение полиметаллических и железомарганцевых руд // Известия вузов. Черная металлургия. - 2021. - №4. - С. 271-279.

Состав железосодержащего концентрата характеризуется высоким содержанием железа и низким содержанием примесей. Результаты рентгенофазового анализа показали, что основная часть железа содержится в виде гематита, оставшееся железо содержится в магнетите и гетите, имеются также фазы, представленные кварцем, коалинитом, хлоридом кальция.

Усредненные результаты химического анализа исходного железосодержащего концентрата приведены в таблице 1.

В качестве восстановителя использован уголь длиннопламенный марки Д. Технический состав угля и химический состав золы угля приведены в таблицах 2 и 3.

Основность минеральной части угля равна 0,194, что способствует ускорению твердофазного восстановления железа из оксидов. При температуре выдержки превышающей 1373К степень восстановления железа из брикетов, в состав которых в качестве восстановителя входит длиннопламенный уголь, составляет 90,15%.

В качестве связующего в предлагаемом изобретении использован бентонит. В составе предлагаемой шихты 2 - 4% бентонита приводят к незначительному увеличению массы шлаковой составляющей продуктов металлизации.

Увлажнение полученной смеси бентонитовой суспензией позволяет повысить прочность формируемых брикетов. Формируют брикеты с помощью гидравлического пресса при давлении 4,8 - 5,0 Мпа, использование давления ниже 4,8 МПа не позволяет формировать брикеты заданных размеров, а повышение давления выше 5,0 МПа не целесообразно. После термообработки брикетов производится восстановительный обжиг, в результате которого в полученном продукте достигается степень металлизации на уровне 98,5%. Пример конкретного выполнения.

Для осуществления предложенного способа в лабораторных условиях из заявленных компонентов шихты, включающей железосодержащий концентрат - 67,35 г, уголь длиннопламенный - 29,65 г, бентонит - 3 г. изготовили смесь (использовали фракции материалов от -0,8 мм до +0,063 мм), которую тщательно перемешали в герметичном лабораторном смесителе в течение 30 минут. В лабораторной керамической ступке осуществляли поэтапное увлажнение полученной смеси. Увлажнение проводили бентонитовой суспензией. Для приготовления суспензии в 100 мл дистиллированной воды растворяли 20 мг бентонитовой глины. Количество суспензии составляло 8 - 10% от массы сухой шихты. Таким образом, были получены увлаженные брикеты с влажностью 8 - 10% и содержанием бентонита 3%. Шихтовые смеси в количестве 50 г каждая последовательно помещали в специальную пресс-форму диаметром 35 мм. Далее осуществляли брикетирование на гидравлическом прессе П-10. Давление при прессовании смесей составляло 5 МПа. Полученные брикеты подвергали сушке (термообработке) в сушильном шкафу СНОЛ-1 при температуре 393К в течение двух часов.

Содержание углерода в брикете было рассчитано по реакции на полное восстановление железа из железосодержащего концентрата.

Fe2O3+3C=2Fe+3CO

Процесс металлизации в восстановительной атмосфере проводили в печи сопротивления с графитовым нагревателем (печь Таммана). Брикет помещали в графитовый тигель, далее тигель с брикетом помещали в печь, нагретую до температуры 1373К, и производили изотермическую выдержку в течение 60 мин. В полученных металлизованных продуктах методами химического анализа определяли содержание Feмет, Feобщ, углерода, серы, фосфора. Усредненные результаты экспериментов представлены в таблице 4.

Полученный металлизованный продукт испытывали на определение прочности на сбрасывание согласно установленным стандартам, показатель прочности на сбрасывание составил 96,0 - 98,0%, что является достаточными прочностными характеристиками для транспортировки, хранения и загрузки материалов в печь без значительных потерь.

Результаты аттестации физико-химических свойств металлизованного продукта, включающего железосодержащий концентрат, полученный при гидрометаллургическом обогащении железомарганцевых руд и уголь длиннопламенный в качестве восстановителя, показали, что металлизованный продукт содержит металлического железа более 80% при степени металлизации более 95%, а также содержит минимальное количество серы и фосфора, что соответствует требованиям, предъявляемым к металлизованным продуктам для выплавки стали в дуговых электропечах.

Похожие патенты RU2785558C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ШИХТЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЗИРОВАННОГО ПРОДУКТА 2009
  • Лазарев Денис Геннадьевич
  • Паткин Павел Григорьевич
RU2430979C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ЖЕЛЕЗА 2011
  • Черных Владимир Евгеньевич
  • Вершаль Владимир Владимирович
  • Рыбкин Сергей Георгиевич
RU2497953C2
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЖЕЛЕЗОЦИНКСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА 2005
  • Москаленко Владимир Анатольевич
  • Уваров Михаил Григорьевич
  • Борисов Вячеслав Валентинович
  • Иванов Сергей Яковлевич
RU2283885C1
БРИКЕТ ЭКСТРУЗИОННЫЙ (БРЭКС) - КОМПОНЕНТ ДОМЕННОЙ ШИХТЫ 2012
  • Скороходов Владимир Николаевич
  • Курунов Иван Филиппович
  • Тихонов Дмитрий Николаевич
  • Бижанов Айтбер Махачевич
RU2506326C2
СПОСОБ МЕТАЛЛИЗАЦИИ ТИТАНОМАГНЕТИТОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ С ПОЛУЧЕНИЕМ ЖЕЛЕЗНЫХ ГРАНУЛ И ТИТАНОВАНАДИЕВОГО ШЛАКА 2008
  • Макаров Юрий Витальевич
  • Садыхов Гусейнгулу Бахлул Оглы
  • Самойлова Галина Григорьевна
  • Мизин Владимир Григорьевич
RU2399680C2
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ НЕКОНДИЦИОННЫХ ЖЕЛЕЗО- И ЦИНКСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА 2009
  • Ульянов Владимир Павлович
  • Дьяченко Виктор Фёдорович
  • Артамонов Александр Петрович
  • Гибадулин Масхут Фатыхович
  • Ульянова Ирина Владимировна
  • Смирнов Александр Сергеевич
RU2404271C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ЖЕЛЕЗА 2019
  • Вершаль Владимир Владимирович
  • Гилев Виталий Александрович
  • Мищенко Артем Николаевич
  • Сумкин Александр Владимирович
  • Логунов Вадим Дмитриевич
  • Анисимов Александр Геннадьевич
RU2717758C1
Получение оксидов активных металлов и концентратов из комплексных и трудно перерабатываемых железосодержащих руд селективным восстановлением элементов 2024
  • Рощин Василий Ефимович
  • Кузнецов Юрий Серафимович
  • Гамов Павел Александрович
  • Салихов Семен Павлович
  • Смирнов Константин Игоревич
  • Сулеймен Бакыт
  • Косдаулетов Нурлыбай
  • Адилов Галымжан
  • Бильгенов Арман
  • Григорьев Евгений Вячеславович
RU2826667C1
СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЕЧАХ 2014
  • Тимофеева Анна Стефановна
  • Никитченко Татьяна Владимировна
  • Кожухов Алексей Александрович
  • Киселева Наталия Анатольевна
  • Мельников Евгений Николаевич
RU2573847C1
СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ЖЕЛЕЗОЦИНКСОДЕРЖАЩИХ ПЫЛЕЙ И ШЛАМОВ 2004
  • Кашин Виктор Васильевич
  • Дмитриев Андрей Николаевич
  • Кашин Александр Викторович
  • Танутров Игорь Николаевич
RU2280087C2

Реферат патента 2022 года СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЗОВАННОГО ПРОДУКТА ДЛЯ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при изготовлении металлизованного продукта, применяемого для выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи. Способ включает дозированное смешение измельченных оксидсодержащего материала с углеродсодержащим восстановителем и кремнеземсодержащим связующим, увлажнение полученной шихты бентонитовой суспензией, формирование брикетов с помощью пресса, термообработку брикетов при температуре 393К в течение двух часов, затем проведение восстановительного обжига при температуре 1373К в течение 60 мин. В качестве оксидсодержащего материала используют железосодержащий концентрат, полученный при гидрометаллургическом обогащении железомарганцевых руд, в качестве углеродсодержащего восстановителя - уголь длиннопламенный марки Д, в качестве кремнеземсодержащего связующего используют бентонит. Обеспечивается повышение качества металлизованного продукта за счет использования в шихте оксидсодержащего материала с высоким содержанием железа 81-83%, снижение шлаковой составляющей при использовании продукта в сталеплавильном процессе, увеличение степени металлизации продукта до 96-98,5%, повышении прочностных характеристик продукта до 96-98%. 4 табл., 1 пр.

Формула изобретения RU 2 785 558 C1

Способ приготовления металлизованного продукта для выплавки стали методом прямого восстановления из оксидсодержащего материала, включающий дозированное смешение измельченных оксидсодержащего материала с углеродсодержащим восстановителем и кремнеземсодержащим связующим, термообработку полученной шихтовой смеси, отличающийся тем, что в качестве оксидсодержащего материала используют железосодержащий концентрат, полученный при гидрометаллургическом обогащении железомарганцевых руд, в качестве углеродсодержащего восстановителя - уголь длиннопламенный марки Д, в качестве кремнеземсодержащего связующего используют бентонит при следующем соотношении компонентов, мас.%:

железосодержащий концентрат 63,0-74,0 уголь длиннопламенный марки Д 27,0-33,0 бентонит 2,0-4,0,

полученную шихтовую смесь увлажняют бентонитовой суспензией в количестве 8 - 10% от массы сухой шихты, формируют брикеты с помощью гидравлического пресса при давлении 4,8 - 5,0 МПа, затем осуществляют термообработку полученных брикетов при температуре 393К в течение двух часов, после чего брикеты подвергают восстановительному обжигу при температуре 1373К в течение 60 мин.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2022 года RU2785558C1

СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ШИХТЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЗИРОВАННОГО ПРОДУКТА 2009
  • Лазарев Денис Геннадьевич
  • Паткин Павел Григорьевич
RU2430979C2
БРИКЕТ ДЛЯ ВЫПЛАВКИ МЕТАЛЛА 2003
  • Лисин В.С.
  • Скороходов В.Н.
  • Курунов И.Ф.
  • Кукарцев В.М.
  • Самсиков Е.А.
  • Подлесных А.В.
  • Сперкач И.Е.
  • Чижикова В.М.
RU2244026C1
БРИКЕТ ДЛЯ ЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛИ МАРГАНЦЕМ 2005
  • Наконечный Анатолий Яковлевич
  • Хабибулин Дим Маратович
RU2305140C1
БРИКЕТ ЭКСТРУЗИОННЫЙ (БРЭКС) ШЛАМОВЫЙ 2012
  • Скороходов Владимир Николаевич
  • Курунов Иван Филиппович
  • Тихонов Дмитрий Николаевич
  • Стил Ричард Бинион
  • Бижанов Айтбер Махачевич
RU2506327C2
US 6743275 B1, 01.06.2004.

RU 2 785 558 C1

Авторы

Нохрина Ольга Ивановна

Рожихина Ирина Дмитриевна

Голодова Марина Анатольевна

Ходосов Илья Евгеньевич

Даты

2022-12-08Публикация

2022-07-07Подача