способ брикетирования железосодержащих отходов в виде окалины для плавки

Формула изобретения

1. Способ брикетирования железосодержащих отходов в виде окалины для плавки, включающий смешивание предварительно подготовленной окалины с измельченным углеродсодержащим материалом и связующим, включающим кремнийсодержащий материал и карбонат щелочного металла, обработку полученной смеси отвердителем, включающим водный раствор жидкого стекла, прессование и последующую сушку, отличающийся тем, что связующее дополнительно содержит гидрокарбонат щелочного металла, а в качестве кремнийсодержащего материала используют спеченный и измельченный керамзит, а отвердитель дополнительно содержит кремнефтористый натрий и наполнитель в виде кислого пылевидного минерала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при использовании замасленной окалины ее предварительно обрабатывают силикатно-известковым раствором, содержащим известь в количестве 0,5-2,5 мас.% на 1 мас.% масла, добавленную к водному раствору жидкого стекла плотностью 1100-1150 кг/м³ , при их соотношении 1:2-1:3, с последующим гранулированием и сушкой при температуре от 200 до 250°С.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве кислого пылевидного минерала используют керамзитовую пыль.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, а именно к производству чугуна и стали с использованием шихтового материала в виде брикетов из оксидов железа, а именно окалины, обычной и/или замасленной.

Известен способ брикетирования шихтовых материалов для плавки, включающий смешивание предварительно подготовленных железосодержащих отходов, в частности окалины, с углеродсодержащим и связующим материалами, обработку полученной смеси водным раствором жидкого стекла (Na₂O, nSiO₂ ), прессование и сушку, при этом в качестве связующего используют смесь кремнийсодержащих природных материалов (суглинка, или глины, или полевого шпата) и карбоната натрия (Na₂ СО₃) (патент РФ №2154680, 20.08.2000) [1] - прототип.

Недостатком этого решения является высокая температура плавления связующего материала даже при достаточно большом расходе карбоната натрия, что приводит к повышенному угару углерода в процессе металлизации и, как следствие, уменьшению степени извлечения металла из окалины. Кроме того, получаемые брикеты недостаточно прочны, а также влагонеустойчивы, что требует создания специальных условий хранения и завалки в плавильные печи.

Другим недостатком этого способа является то, что при использовании замасленной окалины данный способ не обеспечивает получение прочных брикетов, поскольку водный раствор жидкого стекла, обеспечивающий сухую прочность брикета, не имеет физико-химического взаимодействия с масляной пленкой.

Известен также способ брикетирования замасленных шихтовых материалов к плавке, отличающийся от предыдущего тем, что замасленную окалину предварительно обрабатывают 10-20% раствором каустической соды (NaOH) в водном растворе жидкого стекла, после чего сушат и одновременно гранулируют при температуре 100-120°С. (Патент РФ №2217511, 27.11.2003 г.) [2].

В этом способе устранены недостатки, связанные с использованием замасленной окалины, однако сохраняются все остальные. Кроме того, каустическая сода, используемая для обработки замасленной окалины, является дорогостоящим, коррозионно-агрессивным и опасным с точки зрения техники безопасности для человека веществом.

Технической задачей изобретения является увеличение прочности и влагостойкости брикета, а также снижение угара углерода при технологической плавке, как следствие, повышение количества и качества извлекаемого металла, повышение технико-экономических и экологических показателей утилизации железосодержащих отходов.

Поставленная задача решается тем, что в способе брикетирования железосодержащих отходов в виде окалины для плавки, включающем предварительную подготовку обычной и/или замасленной окалины, измельчение и смешивание окалины с измельченными углеродсодержащим материалом и связующим, включающим кремнийсодержащий материал и карбонат щелочного металла, обработку полученной смеси отвердителем, включающим водный раствор жидкого стекла, прессование и сушку брикета, новым является то, что в связующем в качестве кремнесодержащего компонента используют измельченный керамзит и дополнительно гидрокарбонат щелочного металла, а в отвердитель дополнительно вводят кремнефтористый натрий и наполнитель.

При этом в качестве наполнителя используют кислый пылевидный минерал, в частности циклонную керамзитовую пыль.

При этом предварительную обработку замасленной окалины осуществляют силикатно-известковым раствором, содержащим известь в количестве 0,5-2,5 мас.% на 1 мас.% масла, которую добавляют к водному раствору жидкого стекла плотностью 1100-1150 кг/м ³, при их соотношении 1:2-1:3, с последующим гранулированием и сушкой при температуре от 200 до 250°С.

Технический результат достигается следующим.

а) Использование в связующем в качестве основного компонента спеченного и измельченного керамзита позволяет значительно снизить температуру плавления связки до температуры 780-860°С, и чем ниже температура плавления связки, тем меньше угар углерода и, как следствие, выше выход металла из оксида.

б) Добавление в связующее гидрокарбоната щелочного металла обеспечивает прочность и влагостойкость брикета после сушки, поскольку при температуре до 150°С (температура сушки брикета) из него выделяется углекислота согласно реакции:

2NaHCО₃ Na₂CO₃+СО ₃+H₂O

Углекислота реагирует с жидким стеклом с образованием кремнезема (твердого стекла), кроме того, в результате реакции образуется дополнительный карбонат щелочного металла (Na₂CO ₃), понижающий температуру плавления керамзита.

в) Добавление в отвердитель кремнефтористого натрия значительно ускоряет процесс отвердения жидкого стекла в естественных условиях, в результате чего брикет сохраняет свою форму еще до сушки.

г) Добавка кислого пылеобразного минерального наполнителя создает дополнительную прочность и влагостойкость.

Кроме того, новый состав отвердителя образует каркас (дополнительную связку), который создает более благоприятные условия для полной металлизации оксидов без дополнительного расхода углерода.

д) При предварительной обработке замасленной окалины использование извести (вместо каустической соды) удешевляет процесс, снижает его коррозионную агрессивность и опасность для рабочего персонала.

Кроме того, в присутствии извести улучшается процесс сушки и грануляции (Т=200-250°С) замасленной окалины без обжига масла, а получаемые офлюсованные брикеты способствуют улучшению качества получаемого металла (снижение содержание серы, фосфора и шлаков).

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Исходными компонентами для изготовления брикета являются:

1. Железосодержащие отходы металлургического производства (65-75 мас.%), содержащие оксиды железа, а именно окалина различного происхождения, в т.ч. прокатная окалина, замасленная окалина.

2. Углеродсодержащие материалы (15-22 мас.%) в качестве восстановителя и науглероживателя металла, например углерод древесный, антрацит, коксовая пыль, углеродсодержащие отходы и др.

3. Связующий материал (5-8 мас.%), в качестве которого используют смесь следующих компонентов:

- керамзит марки 500 или 600, измельченный до фракции 0,4 мм, в количестве 70-80 мас.%;

- карбонат щелочного металла, например кальцинированная сода ((Na₂ СО₃), в количестве 18-25 мас.%;

- гидрокарбонат щелочного металла, например пищевая сода (NaHCO ₃), в количестве 3-12 мас.%.

4. Отвердитель (5-8 мас.%), необходимый для формования (брикетирования) и повышения прочности брикетов при низких температурах.

В качестве отвердителя используют смесь следующих компонентов:

- жидкое стекло плотностью 1450-1550 кг/м³ в количестве 82-94 мас.%.

- кремнефтористый натрий в количестве 2-6 мас.%.

- наполнитель, в качестве которого используют кислый пылевидный минерал, например циклонную керамзитовую пыль в количестве 4-12 мас.%.

До начала изготовления брикета окалину подготавливают, при этом обычную окалину измельчают до фракции не более 0,63 мм (чем меньше, тем лучше происходит процесс металлизации и ниже энергозатраты при проведении плавки), что повышает эффективность и сокращает время плавления металла.

Замасленную окалину смешивают с силикатно-известковой суспензией, состоящей из извести в количестве 0,5-2,5 мас.% в расчете на 1 мас.% масла, гашеный 2-3-кратным количеством щелочного водного раствора жидкого стекла плотностью 1100-1150 кг/м³, после чего сушат и одновременно гранулируют (перемешиванием) при температуре 200-250°С.

Подготовленную обычную и замасленную окалину смешивают, при этом может быть использована окалина или только обычная, или только замасленная, или их смесь.

Углеродсодержащие материалы измельчают до фракции 0,63 мм, связующий материал измельчают до фракции 0,4 мм, окалину измельчают до фракции 0,63 мм, после чего измельченные смеси и раствор отвердителя смешивают, а полученную смесь прессуют (брикетируют) и сушат при температуре до 150°С.

Технико-экономические показатели

Применение данного способа для брикетирования различных железооксидных отходов позволяет снизить температуру сушки брикетов более чем в два раза, а время сушки сократить на 30-40%.

Процесс подготовки замасленной окалины к брикетированию является наиболее технологичным, экологически чистым и экономически оправданным способом.

Многочисленные плавки стали, проведенные с использованием брикетов в количестве 10-15% от загруженного металлолома, показали, что брикеты, изготовленные по предлагаемому способу, заменяют до 80% от количества применяемого стального лома.

Экономия стального лома возникает в результате сокращения угара на 2-4%. При среднем сокращении угара на 3% экономия в 150-тонных печах составляет 3% × 150=4,5 тонны на плавку. Брикеты, заваливаемые в печь в количестве 10% от завалки (15 тонн), дают при восстановлении 7,5 тонны металла. Следовательно, тонна брикетов заменяет (4,5+7,5)/15=800 кг стального лома.

Кроме того, при использовании брикетов науглероживание металла происходит только за счет углерода брикета.

В то время как при обычных плавках для науглероживания используется 3,5-4,0 тонн антрацита.

Кроме того, дополнительная экономия от использования брикетов будет за счет:

- замены чугуна брикетами;

- повышения горячей производительности печи;

- повышения качества выплавленной стали;

- сокращения экологических платежей.