способ подготовки шихтового материала в виде брикетов к плавке

Формула изобретения

Способ подготовки шихтового материала в виде брикетов к плавке, включающий смешивание окалины с тонкоизмельченным углеродсодержащим материалом и связующим, прессование и последующую сушку, отличающийся тем, что в качестве связующего используют механическую смесь, ингредиенты которой взяты в следующем соотношении, мас.

Оксид алюминия 2 8

Карбонат кальция 3 9

Карбонат натрия 15 37

Бура 3 26

Пыль от газоочистки электропечи 2 10

Двуокись кремния Остальное

при этом окалину предварительно подвергают размолу, количество вводимого углеродсодержащего материала составляет 15 60% по углероду от массы окалины, а готовую смесь окалины, углеродсодержащего материала и связующего обрабатывают водным раствором Na₂O n SiO₂.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области утилизации металлургических отходов, которые в виде брикетов могут быть использованы в качестве шихтового материала при производстве чугуна и стали.

Известен способ утилизации железосодержащей пыли, образующейся в ходе металлургических процессов и улавливаемой в сухом виде или в виде шлака. Способ включает добавление к сухой пыли воды и гидравлического цемента и формирование брикетов, используемых после просушки в качестве шихты [1]

Этот способ не позволяет получить компактный материал из стальной окалины с необходимой плотностью и прочностью. Завалка такого материала в печь сопровождается выделением большого количества пыли. Степень восстановления металла из таких брикетов очень низкая.

Известен способ подготовки шихтовых материалов в виде брикетов к плавке, включающий смешение железосодержащего материала, такого, как прокатная окалина, с углеродсодержащим материалом, в качестве которого используют тонкоизмельченный уголь или угольную пыль с содержанием <8% летучих (антрацитом) или тонкоизмельченный кокс со связующим, используя сажу и термоактивную смолу (1,25 2,75 и 2,5 4,0 процента от веса шихты соответственно). Смесь брикетируют и подвергают дальнейшему нагреву для отверждения смолы. Количественное соотношение железа и углерода выбирают так, чтобы оно соответствовало условию стехиометрического восстановления окислов [2]

Данный способ, взятый в качестве прототипа, имеет следующие недостатки: он довольно трудоемок, требует значительных затрат на приготовление брикетов, а полученные брикеты имеют ограниченное применение. Это вызвано следующим. В качестве связующего вещества используется сажа и термоактивная смола. Получение, утилизация и дальнейшее использование этих компонентов требуют значительных затрат как с точки зрения их получения, так и использования. Причем полученные брикеты можно использовать только при производстве стали. Для производства чугуна такие брикеты не пригодны.

Задача изобретения усовершенствование способа утилизации железа, содержащегося в стальной окалине, являющейся отходом производства, снижение изготовляемых брикетов, расширение области их использования.

Технический результат заключается в более полной утилизации отходов металлургического производства, снижении затрат на приготовление брикетов, улучшение экологических условий производства.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе подготовки шихтового материала в виде брикетов к плавке, включающем смешивание окалины с тонкоизмельченным углеродсодержащим материалом и связующим, прессование и последующую сушку, согласно изобретению, в качестве связующего используют механическую смесь, ингредиенты которой взяты в следующем соотношении, мас. оксид алюминия 2.8, карбонат кальция 3.9, карбонат натрия 15.37, бура 3.26, пыль от газоочистки электропечи 2.10, двуокись кремния - остальное.

Отличием изобретения является то, что в качестве связующего используют механическую смесь, ингредиенты которой взяты в следующем соотношении, мас. оксид алюминия 2.8, карбонат кальция 3.9, карбонат натрия 15.37, бура 3.26, пыль от газоочистки электропечи 2.10, двуокись кремния - остальное, при этом окалину предварительно подвергают размолу, количество вводимого углеродосодержащего материала составляет 15.60% по углероду от массы окалины, а готовую смесь окалины, углеродосодержащего материала и связующего обрабатывают водным раствором Na₂ОnSiO₂.

Наличие углерода в брикете в указанных количествах позволяет использовать их не только при производстве стали, но и при выплавке чугуна. Новый состав связующего вещества позволяет предотвратить угар углерода из брикетов вследствие образования газоплотного защитного стекольного каркаса из компонентов связующего вещества в процессе технологического нагрева при плавке и значительно снизить затраты на их производство.

Введение в состав брикетов углеродсодержащего вещества менее 15% не позволяет полностью восстановить железо, содержащееся в окалине, 15% углерода обеспечивает полное восстановление железа, и такие брикеты можно использовать при производстве низкоуглеродистой стали. Дальнейшее увеличение углерода до 60% включительно позволяет использовать брикеты при производстве высокоуглеродистой стали и чугуна. Содержание углерода более 60% не позволяет полностью его использовать и требует его выжигания.

Al₂O₃ стеклообразующий оксид, влияющий на температурную прочность и вязкость. При содержании Al₂O₃ ниже 2,0% температура размягчения стеклосвязки ниже 600^o прочность брикета при нагреве резко падает. Содержание Al₂O₃ в количестве 2,0% обеспечивает прочность при температуре 650-700^oC. Дальнейшее увеличение содержания Al₂O₃ до 8% включительно обеспечивает прочность брикета до температуры 850^o. При повышении содержания Al₂O₃ свыше 8% возрастает вязкость стеклофазы, уменьшается смачиваемость, что приводит к растрескиванию брикетов.

CaCO₃ карбонат кальция является одним из основных составляющих стеклосвязки, необходимых для образования комплексного соединения силиката кальция. Введение CaCO₃ в пределах 3.9% включительно обеспечивает хорошую растекаемость и смачиваемость связующего вещества. Содержание CaCO₃ менее 3,0% не обеспечивает необходимую смачиваемость и растекаемость связующего вещества, содержание CaCO₃ более 9% приводит к снижению коэффициента объемного расширения связующего вещества и к растрескиванию брикетов.

Na₂CO₃ карбонат натрия, основной плавень, снижающий вязкость, обеспечивающий смачиваемость. Содержание Na₂CO₃ в указанных пределах включительно обеспечивает необходимую вязкость и температуру плавления связующего вещества. Введение менее 15% ведет к повышению вязкости связующего вещества, а более 37% приводит к резкому снижению температурной прочности брикета.

Бура является стеклообразующим веществом. Она влияет на смачиваемость стеклосвязки. При содержании ее ниже 3% угол смачивания стеклосвязки составляет более 70^o, что не обеспечивает связывание оксидов железа по всему объему и не дает необходимой газоплотности. Содержание буры в пределах 3.26% включительно обеспечивает угол смачивания около 20^o, что дает необходимую смачиваемость. Содержание буры более 26% снижает угол смачивания незначительно, но негативно влияет на стоимость смеси, так как цена буры достаточно высокая.

Пыль от газоочистки, содержащая в основном Fe₂O₃ и MnO₂, обеспечивает взаимодействие и сцепляемость вяжущего вещества с окалиной. Кроме того, использование пыли позволяет утилизировать отходы электроплавки, повышая эффективность самого процесса с точки зрения возможности безотходного производства стали. Содержание пыли менее 2% не оказывает влияния на сцепляемость компонентов связующего вещества. Содержание пыли в пределах 2.10% включительно обеспечивает хорошее взаимодействие и сцепляемость компонентов. Увеличение пыли в смеси более 10% приводит к рассыпаемости брикетов.

Двуокись кремния является основой смеси, ее содержание может колебаться в пределах 75.10% Содержание SiO₂ более 75% резко увеличивает вязкость и температуру плавления связующего вещества. Содержание SiO₂ менее 10% приводит к термическому разрушению брикетов при охлаждении.

При использовании предложенного вяжущего вещества отпадает необходимость его варки, дробления, а также высокотемпературного обжига спрессованных брикетов. Процесс образования стекловидного каркаса брикета происходит в процессе технологического нагрева при плавке в печи. Кроме того, при нагреве брикетов, загруженных в печь, в интервале температур 600-700^oC происходит диссоциация карбонатов (CaCO₃, Na₂CO₃) с образованием углекислого газа. Этот процесс продолжается вплоть до 1300-1400^oC.

Образовавшийся углекислый газ реагирует с твердым углеродом, содержащимся в брикете с образованием окиси углерода:

C + CO₂ _ 2CO

Окись углерода участвует в восстановлении и науглероживании железа по реакциям:

3Fe₂O₃ + CO 2Fe₃O₄ + CO₂

Fe₃O₄ + CO 3FeO + CO₂

FeO + CO Fe + CO₂

3Fe + C Fe₃C

3Fe + 2CO 2Fe₃C + CO₂

Таким образом, карбонаты являются дополнительным источником углерода, химически связанного в компонентах вяжущего вещества. Этим объясняется более низкий угар углерода в плавках с применением брикетов с предложенным вяжущим веществом.

Введение Na₂OnSiO₂ в механическую смесь перед прессованием обеспечивает необходимую "сырую" прочность брикета после прессования.

Способ осуществляется следующим образом.

Окалину размалывают в бегунах или шаровой мельнице до размера частиц 0,3.3,0 мм и просеивают через сито с ячейкой 3,0 мм без остатка. Углеродсодержащее вещество размалывают до полидисперсной смеси с размером частиц не более 5 мм. Компоненты вяжущего вещества размалываются и просеиваются через сито 020 (без остатка). Исходными компонентами для вяжущего вещества берут молотый песок, буру, карбонаты кальция и натрия, глинозем и пыль от фильтров газоочистки электропечей. Отобрав каждый компонент по массе, соответствующей заданному процентному составу вяжущей смеси, проводят тщательное перемешивание компонентов. Затем окалину, углеродсодержащее вещество и вяжущее вещество тщательно перемешивают, например, в бегунах. Количество углеродсодержащего вещества берут 15.60% от количества окалины, в количество вяжущего вещества 5.10% от массы смеси окалины с углеродсодержащим веществом. Для придания брикету прочности в сухом и сыром виде в смесь добавляют жидкое стекло (водный раствор Na₂OnSiO₂) плотностью 1,3 г/см³ в количестве 7.10% сверх 100% от массы общей смеси. Затем проводят прессование полученной массы. Прессование осуществляют при удельном давлении 200.250 кг/см² (20.25 МПа) на механическом или гидравлическом прессах. Размеры брикетов обычно составляют 80.100 мм, высотой 60.70 мм. Сушку брикетов проводят при температуре 200. 250^oC в течение одного часа. После сушки брикеты готовы к применению в качестве шихты для сталеплавильных печей (электродуговых, индукционных, мартеновских) при производстве стали и чугуна.

Пример. Окалину, полученную после прокатки слитков, собирают и размалывают в дробильных бегунах в течение 0,5.1 ч, после чего просеивают через сито с ячейкой частиц 3,0 мм без остатка. Всего отобрано 500 кг окалины. Затем взяли 125 кг электродного боя и размололи его до фракции не более 5 мм. Окалину и электродный бой перемешали в бегунах. Отдельно приготовили вяжущее вещество. Для этого взяли молотый песок, буру, глинозем, карбонат натрия, карбонат кальция и пыль от фильтров газоочистки электропечей. Компоненты вяжущего вещества перемешали при следующем массовом соотношении: SiO₂

53% бура 13% глинозем 4% карбонат натрия 22% пыль от газоочистки - 5% карбонат кальция 4% В смесь окалины с электродным боем добавили 40 кг вяжущего вещества и тщательно перемешали. Затем в полученную смесь добавили водный раствор Na₂OnSiO₂ (ГОСТ 13072-67) в количестве 50 кг и перемешали. Смесь прессовали в виде цилиндров массой 0,5-0,8 кг. Полученные прессовки сушили в сушильной камере при температуре 200^o в течение 1 ч. Охлаждали прессовки на воздухе. Полученные брикеты подвергали физико-механическим испытаниям: предел прочности на сжатие 35.40 кг/см², сопротивляемость разрушению при сбрасывании на плиту с высоты 1,5-2,0 м образование крошки 8-10% от массы брикета. Термостойкость нагрев со скоростью 80^oС/мин до температуры 1200-1300^oC без разрушения. Брикеты магнитные.

Полученные брикеты (450 кг) загрузили в завалочную корзину с помощью магнитной шайбы и загрузили в качестве шихты в дуговую сталеплавильную печь емкостью 6 т. Дополнительно в печь завалили низкоуглеродистый стальной лом. Плавку провели по технологии, принятой на заводе. Была выплавлена сталь марки 35 л.

При полном расплавлении содержание углерода в расплаве составило 0,69% среднее содержание углерода в металлическом ломе 0,30% Науглероживание на 0,39% позволило провести рафинирование расплава. Дополнительно получено 230 кг восстановленного железа из окалины брикетов. Опытно-промышленная плавка показала, что 450 кг брикетов эквивалентны 900 кг чугуна.

Использование предложенного способа получения шихтового материала для производства чугуна и стали позволило более полно использовать отходы металлургического производства (окалину, электродный бой, пыль газоочистки), снизить затраты на приготовление брикетов, улучшить экологические условия производства.