шлакообразующая смесь для рафинирования стали (варианты) и брикет из шлакообразующей смеси (варианты)

Формула изобретения

1. Шлакообразующая смесь для рафинирования стали, включающая компоненты, содержащие оксид алюминия (Аl₂О₃ ), отличающаяся тем, что шлакообразующая смесь включает компоненты с содержанием в них оксида алюминия в количестве 30-99 мас.% при следующем соотношении их в смеси, мас.%:

компоненты с содержанием Аl2О3>90	5-35
компоненты с содержанием Аl2О3 от 55 до 90	30-70
компоненты с содержанием Аl2О3<55	остальное

2. Шлакообразующая смесь для рафинирования стали, включающая компоненты, содержащие оксид алюминия (Аl₂О₃) и алюминий, отличающаяся тем, что шлакообразующая смесь включает компоненты с содержанием в них оксида алюминия в количестве 30-99 мас.% и алюминия в количестве 1-20 мас.%, при этом соотношение компонентов, содержащих оксид алюминия в смеси, составляет, мас.%:

компоненты с содержанием Аl2О3>90	5-35
компоненты с содержанием Аl2О3 от 55 до 90	30-70
компоненты с содержанием Аl2О3<55	остальное

3. Шлакообразующая смесь для рафинирования стали, включающая компоненты, содержащие оксид алюминия (Аl₂О₃), отличающаяся тем, что шлакообразующая смесь включает компоненты с содержанием оксида алюминия в количестве 30-99 мас.% при следующем соотношении их в смеси, мас.%:

компоненты с содержанием Аl2О3>90	5-35
компоненты с содержанием Аl2О3 от 55 до 90	30-70
компоненты с содержанием Аl2О3<55	остальное,

при этом шлакообразующая смесь имеет следующий фракционный состав, мас.%:

компоненты фракцией 0-1 мм	>60
компоненты фракцией 1-10 мм	10-20
компоненты фракцией от 10 до 30 мм	остальное

4. Шлакообразующая смесь для рафинирования стали, включающая компоненты, содержащие оксид алюминия (Аl₂О₃) и алюминий, отличающаяся тем, что шлакообразующая смесь включает компоненты с содержанием оксида алюминия в количестве 30-99 мас.% и алюминия в количестве 1-20 мас.%, при этом соотношение компонентов, содержащих оксид алюминия в смеси, составляет, мас.%:

компоненты с содержанием Аl2О3>90	5-35
компоненты с содержанием Аl2О3 от 55 до 90	30-70
компоненты с содержанием Аl2О3<55	остальное,

при этом шлакообразующая смесь имеет следующий фракционный состав, мас.%:

компоненты фракцией 0-1 мм	>60
компоненты фракцией 1-10 мм	10-20
компоненты фракцией от 10 до 30 мм	остальное

5. Брикет из шлакообразующей смеси для рафинирования стали, включающий спрессованные частицы компонентов, содержащих оксид алюминия (Аl₂О₃), отличающийся тем, что брикет включает связующее, обеспечивающее дефрагментацию брикета на фракции, в количестве 1-4 мас.%, а компоненты, включающие оксид алюминия, содержат оксид алюминия в них в количестве 30-99 мас.% при следующем соотношении их в смеси, мас.%:

компоненты с содержанием Аl2О3>90	5-35
компоненты с содержанием Аl2О3 от 55 до 90	30-70
компоненты с содержанием Аl2О3<55	остальное,

при этом указанные компоненты имеют следующий фракционный состав, мас.%:

компоненты фракцией 0-1 мм	>60
компоненты фракцией 1-3 мм	от 25 до 60
компоненты фракцией 3-5 мм	остальное,

причем объемная плотность брикета составляет 1,7-2,0 г/см³ , влажность -1-5%, а температура плавления или горения связующего - 550-650°С.

6. Брикет по п.5, отличающийся тем, что в качестве связующего использовано неорганическое связующее, например, строительный цемент и/или глиноземистый цемент, и/или высокоглиноземистый цемент.

7. Брикет по п.5, отличающийся тем, что в качестве связующего использовано органическое связующее, например, лигносульфанат и/или клей ПВА, и/или патока, и/или крахмал.

8. Брикет по п.5, отличающийся тем, что брикет имеет объем 40-70 см³.

9. Брикет из шлакообразующей смеси для рафинирования стали, включающий спрессованные частицы компонентов, содержащих оксид алюминия (Аl₂О₃ ) и алюминий, отличающийся тем, что брикет включает связующее, обеспечивающее дефрагментацию брикета на фракции, в количестве 1-4 мас.%, а компоненты, включающие оксид алюминия и алюминий, содержат оксид алюминия в них 30-99 мас.% и алюминий в количестве 1-20 мас.%, при этом соотношение компонентов, содержащих оксид алюминия в смеси, составляет, мас.%:

компоненты с содержанием Аl2О3>90	5-35
компоненты с содержанием Аl2О3 от 55 до 90	30-70
компоненты с содержанием Аl2О3<55	остальное,

при этом указанные компоненты имеют следующий фракционный состав, мас.%:

компоненты фракцией 0-1 мм	>60
компоненты фракцией 1-3 мм	от 25 до 60
компоненты фракцией 3-5 мм	остальное,

причем объемная плотность брикета составляет 1,7-2,0 г/см³ , влажность -1-5%, а температура плавления или горения связующего - 550-650°С.

10. Брикет по п.9, отличающийся тем, что в качестве связующего использовано неорганическое связующее, например, строительный цемент и/или глиноземистый цемент, и/или высокоглиноземистый цемент.

11. Брикет по п.9, отличающийся тем, что в качестве связующего использовано органическое связующее, например, лигносульфанат и/или клей ПВА, и/или патока, и/или крахмал.

12. Брикет по п.9, отличающийся тем, что брикет имеет объем 40-70 см³.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в агрегатах комплексной обработки стали (АКОС) при внесении шлакообразующих смесей в печь-ковш для ускоренного получения рафинировочных шлаков на поверхности жидкого расплава и нейтрализации их разрушающего влияния на футеровку путем образования в зоне взаимодействия шлака с магнезиальной футеровкой ковша защитной шпинели.

Шлак обычно покрывает поверхность жидкого металла при металлургических процессах: плавке сырья, обработке расплавленных промежуточных продуктов и рафинирования жидких расплавов. Шлак представляет сплав оксидов переменного состава; главными компонентами шлака являются кислотный оксид SiO₂ и щелочные оксиды CaO, FeO, MgO, а также нейтральные оксиды Аl₂O₃. В процессе химической реакции, происходящей при обработки стали шлаком, содержащим Аl, и называемой раскислением, остается продукт раскисления Аl₂О ₃, который удаляют при последующем рафинировании продукта. Для этой цели обычно используют плавиковый шпат CaF₂ . К побочным эффектам от его применения можно отнести выделение фтора, удаление которого связано с дополнительными затратами на вентиляционное и очистное оборудование и интенсивное разрушение футеровки ковша в зоне контакта со шлаком.

Рафинирование стали производят также за счет добавления в расплав шлака смесей, обладающих абсорбирующими свойствами в отношении Аl₂ O₃, приготовленных, например, на основе глинозема. Однако ввиду мелкодисперсной структуры глинозема его введение в печь-ковш невозможно без предварительной обработки. Поэтому возникает необходимость в приготовлении синтетического шлака заданного состава путем сплавления его компонентов в плавильной печи, что ведет к резкому удорожанию продукта.

Известна шлакообразующая теплоизолирующая смесь для жидкого расплава [описание патента РФ № 2320451, опубл. 27.03.2008], включающая органическую и минеральную составляющие, отличающаяся тем, что минеральная составляющая имеет следующий состав, мас.%: основные окислы CaO, MgO - 53,00-65,00, кислый окисел SiO₂ - не более 50,00, боксит Аl ₂O₃ - не более 36,00 или основные окислы CaO, MgO - 53,00-65,00, кислый окисел SiO₂ - не более 50,00 - не более 36,00 или основные окислы CaO, MgO - 53,00-65,00, боксит Аl₂O₃ - не более 36,00, при этом органическая и минеральная составляющие взяты в следующем соотношении, мас.%: органическая составляющая 5-25, минеральная составляющая 75-95.

Недостатком данной смеси является то, что она не обеспечивает удаления из расплава Аl₂O ₃ и не предохраняет зону контакта футеровки и шлака от разрушения.

Целью изобретения является создание шлакообразующей смеси, повышающей качество рафинирования стали и обеспечивающей предохранение зоны контакта футеровки и шлака от разрушения, при существенном - до 25%, снижении ее стоимости.

Поставленной цели достигают за счет использования комбинаций первичных и вторичных глиноземов, корундовых материалов, лома и отходов высокоглиноземистых огнеупоров при том, что шлакообразующая смесь для рафинирования стали, включающая компоненты, содержащие оксид алюминия (Аl₂O₃), включает компоненты с содержанием в них оксида алюминия в количестве 30÷99 мас.% при следующем соотношении их в смеси, мас.%:

компоненты с содержанием Аl2O3>90	5÷35
компоненты с содержанием Аl2O3 от 55 до 90	30÷70
компоненты с содержанием Аl2О3<55	остальное.

В состав смеси могут быть также включены отходы алюминиевого производства, например алюминиевая стружка. В этом случае шлакообразующая смесь для рафинирования стали, включающая компоненты, содержащие оксид алюминия (Аl ₂О₃) и алюминий, включает компоненты с содержанием в них оксида алюминия в количестве 30÷99 мас.% и алюминия в количестве 1÷20 мас.%, при этом соотношение компонентов, содержащих оксид алюминия в смеси, составляет, мас.%:

компоненты с содержанием Аl2O3>90	5÷35
компоненты с содержанием Аl2О3 от 55 до 90	30÷70
компоненты с содержанием Аl2О3<55	остальное.

Перечень материалов, используемых в качестве компонент с различным процентным содержанием Аl ₂O₃ и Аl, приведен в Таблице 1.

Таблица 1
Содержание Аl2О3 (%%)	Компоненты и содержание в них Аl2О3 (%%) и Аl
более 90	Электрокорунд белый - 99
Лом корундового легковеса - 99
Глинозем - 98
от 55 до 90	Цемент высокоглиноземистый - 70
Высокоглиноземистый лом 65÷85
(лом муллитокорундового стенового (МКС-72, ММКН-90) и муллитокорундового (ММКБ) кирпича, заполнитель муллитовый ММК-88)
менее 55	Цемент глиноземистый - 50
Лом шамотный 30÷35
Глина (Каолин) - 35
Глина (ПГБ) - 30
Чистый Аl	Стружка алюминиевая - 99

Варианты состава смеси приведены в Таблице 2.

Таблица 2
Содержание	Компоненты (%%)
Al2O3 (%%)	I вариант	II вариант	III вариант
Более 90	Электрокорунд белый - 30	Глинозем - 10	Глинозем - 10
(лом корундового легковеса)	Электрокорунд белый - 15	Электрокорунд белый - 10
	(лом корундового легковеса)	(лом корундового легковеса)
от 55 до 90	Глиноземистый и/или высокоглиноземистый цемент - 7	Глиноземистый и/или высокоглиноземистый цемент - 7	Глиноземистый и/или высокоглиноземистый цемент - 7
Высокоглиноземистый лом - 26	Высокоглиноземистый лом - 37	Высокоглиноземистый лом - 43
менее 55	Лом шамотный -37	Глина (каолин) - 13	Лом шамотный - 30
Чистый Al	-	Стружка алюминиевая - 18	-

Достижение требуемого технического результата по качеству и стоимости процесса рафинирования стали, а также по защите от разрушения зоны контакта футеровки ковша и шлака обусловлено композиционным составом шлакообразующей смеси и способом ее введения в печь-ковш.

Для максимально быстрого образования шлакового слоя на зеркале расплава, защитной шпинели в зоне контакта шлака с футеровкой ковша, а также обеспечения при этом в целом постоянной скорости реакции по рафинированию стали за счет равномерного растворения шлакообразующая смесь для рафинирования стали, включающая компоненты, содержащие оксид алюминия (Аl₂О₃), включает компоненты с содержанием оксида алюминия в количестве 30÷99 мас.% при следующем соотношении их в смеси, мас.%:

компоненты с содержанием Аl2О3>90	5÷35
компоненты с содержанием Аl2О3 от 55 до 90	30÷70
компоненты с содержанием Аl2О3<55	остальное,

при этом шлакообразующая смесь имеет следующий фракционный состав, мас.%:

компоненты фракцией 0÷1 мм	>60
компоненты фракцией 1÷10 мм	10÷20
компоненты фракцией от 10 до 30 мм	остальное.

При введении в состав смеси чистого алюминия Аl в виде, например, отходов алюминиевого производства их фракционный состав не превышает 5 мм. В данном варианте шлакообразующая смесь для рафинирования стали, включающая компоненты, содержащие оксид алюминия (Аl ₂О₃) и алюминий, включает компоненты с содержанием оксида алюминия в количестве 30÷99 мас.% и алюминия в количестве 1÷20 мас.%, причем соотношение компонентов, содержащих оксид алюминия в смеси, составляет, мас.%:

компоненты с содержанием Аl2О3>90	5÷35
компоненты с содержанием Аl2О3 от 55 до 90	30÷70
компоненты с содержанием Аl2О3<55	остальное,

при этом шлакообразующая смесь имеет следующий фракционный состав, мас.%:

компоненты фракцией 0÷1 мм	>60
компоненты фракцией 1÷10 мм	10÷20
компоненты фракцией от 10 до 30 мм	остальное.

Однако в процессе внесения изготовленной смеси с указанным фракционным составом в печь-ковш неизбежны потери основной фракционной составляющей (<1 мм), в первую очередь влияющей на скорость образования шлакового слоя и защитной шпинели. Потери обусловлены наличием в зоне транспортировки и загрузки интенсивных воздушных потоков, характерных и присущих металлургическим цехам. Данная проблема может быть решена, например, путем брикетирования фракций смеси, подверженных выдуванию. Кроме того, брикетирование мелких фракций смеси обеспечивает максимальную точность ее дозировки, исключая самопроизвольный сход из бункера в печь-ковш.

Известен брикет для выплавки стали [описание изобретения к патенту РФ № 2304175, МПК С22В 1/243 (2006.01), опубл. 10.08.2007]. Брикет содержит окалину черных металлов, колошниковую пыль, пыль газоочистки электросталеплавильного производства и цемент в качестве связующего. Соотношение компонентов в брикете следующее, мас.%: пыль газоочистки электросталеплавильного производства 10-60, колошниковая пыль 0,5-15, окалина черных металлов 35-80, цемент 1-4,5.

Известен также брикет для выплавки стали [описание изобретения к патенту РФ № 2298584,

МПК С22В 1/243 (2006.01), опубл. 10.05.2007]. Брикет содержит железосодержащие отходы металлургического производства, включающие колошниковую пыль 1-40 мас.%, пылевидный доломит 5-30 мас.%, цемент в качестве связующего 1-5 мас.% и пыль газоочистки электросталеплавильного производства 40-80 мас.%.

Наиболее близким к предлагаемому является брикет для раскисления и рафинирования стали [описание изобретения к патенту РФ № 2226556, МПК С21С 7/06, опубл. 10.04.2004], выполненный в виде спрессованных частиц, состоящих из алюминия и оксида алюминия, при этом образующие его частицы представляют собой алюминиевую стружку толщиной 1-2 мм, покрытую оболочкой из оксида алюминия, при этом объемная плотность брикета составляет 0,85-0,95 плотности стружки, а соотношение по массе алюминия и оксида алюминия находится в диапазоне (100:6)-(100:13).

Основным недостатком данного брикета является его высокая стоимость.

Целью изобретения является исключение потерь шлакообразующей смеси и обеспечение точности ее дозировки при достижении максимальных значений скоростей образования жидкой шлаковой фазы и заданных качественных показателей стали после рафинирования при удешевлении стоимости производства брикетов.

Для достижения поставленной цели брикет из шлакообразующей смеси для рафинирования стали, включающий спрессованные частицы компонентов, содержащих оксид алюминия (Аl₂О₃), включает связующее, обеспечивающее дефрагментацию брикета на фракции, в количестве 1÷4 мас.%, а компоненты, включающие оксид алюминия, содержат оксид алюминия в них в количестве 30÷99 мас.% при следующем соотношении их в смеси, мас.%:

компоненты с содержанием Аl2О3>90	5÷35
компоненты с содержанием Аl2О3 от 55 до 90	30÷70
компоненты с содержанием Аl2О3<55	остальное,

при этом указанные компоненты имеют следующий фракционный состав, мас.%:

компоненты фракцией 0÷1 мм	>60
компоненты фракцией 1÷3 мм	от 25 до 60
компоненты фракцией 3÷5 мм	остальное,

причем объемная плотность брикета составляет 1,7÷2,0 г/см ³, влажность - 1÷5%, а температура плавления или горения связующего - 550÷650°С.

В варианте выполнения брикета из шлакообразующей смеси для рафинирования стали, включающей спрессованные частицы компонентов, содержащих оксид алюминия (Аl₂О₃) и алюминий, брикет включает связующее, обеспечивающее дефрагментацию брикета на фракции, в количестве 1÷4 мас.%, а компоненты, включающие оксид алюминия и алюминий, содержат оксид алюминия в них 30÷99 мас.% и алюминий в количестве 1÷20 мас.%, причем соотношение компонентов, содержащих оксид алюминия в смеси, составляет, мас.%:

компоненты с содержанием Аl2О3>90	5÷35
компоненты с содержанием Аl2О3 от 55 до 90	30÷70
компоненты с содержанием Аl2О3<55	остальное,

при этом указанные компоненты имеют следующий фракционный состав, мас.%:

компоненты фракцией 0÷1 мм	>60
компоненты фракцией 1÷3 мм	от 25 до 60
компоненты фракцией 3÷5 мм	остальное.

Как и в первом варианте, объемная плотность брикета составляет 1,7÷2,0 г/см³, влажность - 1÷5%, а температура плавления или горения связующего - 550÷650°С.

В обоих вариантах в качестве связующего может быть использовано либо неорганическое связующее, например строительный цемент, и/или глиноземистый цемент, и/или высокоглиноземистый цемент, либо органическое связующее, например лигносульфанат (ЛСТ), и/или клей ПВА, и/или патока, и/или крахмал. Допускается применение как самостоятельно неорганических или органических связующих, так и их различных комбинаций. Основным требование к связкам является их температура плавления или горения, обеспечивающая дефрагментацию брикета на фракции в диапазоне температур 550÷650°С. Брикет имеет объем 40÷70 см³.

В одном из вариантов брикет выполнен, в целом, в виде куба с размером любого из ребер не более 45 мм путем прессования смеси с введенным в ее состав связующим. Прессование производят в специальных формах на валковом прессе с малой величиной давления валков либо на вибростоле. Затем смесь в формах высушивают и после остывания выгружают из форм.

Хранение и транспортировку брикетов производят во влагонепроницаемой упаковке.

Использование комбинаций первичных и вторичных глиноземов, корундовых материалов, лома и отходов высокоглиноземистых огнеупоров позволяет максимально удешевить смесь и приблизить ее по стоимости к плавиковому шпату, а применение предлагаемых брикетов из шлакообразующей смеси позволяет избежать потерь ее основной фракционной составляющей (<1 мм) и достичь максимальной точности дозировки смеси, для обеспечения заданных качественных показателей стали после ее рафинирования.