СМЕСЬ ДЛЯ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ПЕЧИ С ПОЛУЧЕНИЕМ СЫРЬЕВОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ ЦИНКОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
MIXTURE FOR STEEL MAKING IN ELECTROSLAG FURNACE WITH PRODUCTION OF RAW MATERIAL FOR ZINC INDUSTRY

Изобретение относится к электросталеплавильному производству, а именно к составу смеси для выплавки стали в электродуговой печи с получением сырьевого материала для цинковой промышленности.
Известна смесь в виде брикета для получения цинкового полупродукта при выплавке чугуна [патент РФ №2365640, опубл. 27.08.2009], включающая материал, содержащий углерод, железо и цинк, а также связующее, в которой в качестве материала, содержащего углерод, железо и цинк, используют шламы доменной газоочистки, а в качестве связующего - цемент при следующем соотношении компонентов, мас.%:
шламы доменной газоочистки
82-96
цемент
4-18
Недостатками данной смеси являются:
- относительно высокая себестоимость получаемой смеси, связанная с необходимостью ее брикетирования;
- необходимость включения цемента, который повышает вязкость шлака, что осложняет регламентный ход металлургического процесса и, в частности, замедляет дистилляционные процессы перехода цинка из смеси в пыль ваграночной плавки;
- применение смеси менее эффективно при производстве чугуна из-за относительно низких температур по отношению к сталеплавильным процессам, что затрудняет полное извлечение цинка из смеси;
- низкое содержание цинка в смеси требует многократного количества циклов плавок для получения сырьевого материала для цинковой промышленности;
Наиболее близким аналогом изобретения является смесь в виде брикета для выплавки стали [патент РФ №2352649, опубл. 20.04.2009], включающая железосодержащий и цинксодержащий материалы, восстановитель и связующее. В качестве железосодержащего материала использовали окалину черных металлов, цинксодержащего материала - пыль электросталеплавильного производства, в качестве восстановителя - отсевы коксика, а в качестве связующего - ковшевой шлак электросталеплавильного производства при следующем соотношении компонентов, мас.%:
пыль газоочистки электросталеплавильного производства
30-70
окалина черных металлов
1-25
отсевы коксика
1-15
ковшевой шлак электросталеплавильного производства
5-45
Недостатками данной смеси являются:
- относительно высокая себестоимость получаемой смеси, связанная с необходимостью ее брикетирования;
- повышенное содержание вредных примесей в смеси за счет включения в состав ковшевого шлака;
- относительно низкое содержание цинксодержащего материала - пыли электродуговой печи при включении в смесь окалины черных металлов, которую целесообразно утилизировать известными более экономичными способами (агломерация+доменная плавка).
Задачей предлагаемого изобретения является утилизация цинксодержащих отходов электросталеплавильного производства с получением сырьевого материала для цинковой промышленности, соответствующего Техническим условиям «Цинксодержащие шламы» (Приложение 1).
Техническим результатом предлагаемого изобретения является:
- получение сырьевого материала для цинковой промышленности в виде уловленной пыли с высоким содержанием цинка, удовлетворяющего Техническим условиям «Цинксодержащие шламы»;
- эффективная утилизация цинксодержащих отходов электросталеплавильного производства;
- возможность получения сырьевого материала для цинковой промышленности за один цикл переработки первичной пыли электродуговой печи (ЭДП);
- относительно низкая себестоимость получаемой смеси, связанная с отсутствием необходимости в ее брикетировании.
Предложенная смесь отличается также тем, что в ней отсутствуют уменьшающие долю цинксодержащей составляющей в смеси компоненты, которые затрудняют ведение металлургического процесса, замедляют дистилляционные процессы перехода цинка в пыль и повышают содержание вредных примесей в металле. Применение ее при выплавке стали, где развиваются температуры до 1650°C, приводит к практически полному восстановлению и извлечению цинка из смеси и его переходу во вновь образовавшуюся обогащенную цинком пыль.
Технический результат достигается тем, что смесь для выплавки стали в электродуговых печах с получением сырьевого материала для цинковой промышленности, содержащую пыль электродуговой печи и коксовую мелочь, согласно изобретению используют в следующем соотношении компонентов, мас.%:
пыль электродуговой печи
60-90
коксовая мелочь
10-40
Заявляемые пределы соотношения компонентов подобраны экспериментальным путем.
Пыль газоочистки электродуговой печи вводится в состав смеси как цинксодержащая составляющая, причем при использовании менее 60% не достигается получение материала, по содержанию цинка соответствующего техническим условиям «Цинксодержащие шламы» из-за недостаточного содержания цинка в исходной смеси, а при увеличении более 90% материал также не соответствует указанным техническим условиям из-за неполного восстановления цинка из исходной пыли ЭДП.
Коксовая мелочь введена в качестве восстановителя, причем при введении более 40% возможно сильное науглероживание стали и снижение производительности печи в связи с окислением избыточно введенного в сталь углерода, а также уменьшение доли цинксодержащей составляющей в смеси, приводящее к несоответствию техническим условиям «Цинксодержащие шламы» полученного материала для цинковой промышленности; при снижении концентрации коксовой мелочи менее 10% количество вводимого углерода недостаточно для восстановления цинка из исходной пыли ЭДП.
Для установления пределов соотношения компонентов в смеси было проведено 5 контрольных экспериментов при выплавке стали в ЭДП вместимостью 150 тонн (Таблица 1). Смесь, упакованную в биг-бегах, присаживали в электропечь после расплавления 75 тонн металлолома в момент довалки из первой корзины в количестве 2-4% от веса готового металла. Предварительными экспериментами было показано, что использование смеси в количестве более 4% приводит к снижению технико-экономических показателей печи (увеличивается расход электроэнергии на выплавку тонны стали и время нахождения металла под током), а применение менее 2% смеси не приводит к требуемому техническими условиями содержанию цинка в пыли. В контрольных экспериментах присаживали смесь в количестве 3% от веса готового металла. Смесь располагали на дне довалочной корзины под слоем металлолома для предотвращения уноса смеси в систему газоочистки.
Содержание цинка в загружаемой пыли газоочистки электродуговой печи составляло 12%.
Пример 1.
Состав шихты:
пыль электродуговой печи
90%
коксовая мелочь
10%
Получена пыль с содержанием цинка 15%, что соответствует минимуму, установленному техническими условиями «Цинксодержащие шламы».
Пример 2.
Состав смеси:
пыль электродуговой печи
60%
коксовая мелочь
40%
Получена пыль с содержанием цинка 15%, что соответствует минимуму, установленному техническими условиями «Цинксодержащие шламы».
Пример 3.
Состав смеси:
пыль электродуговой печи
75%
коксовая мелочь
25%
Получена пыль с содержанием цинка 25%, что соответствует установленным техническим условиям «Цинксодержащие шламы».
Пример 4.
Состав смеси:
пыль электродуговой печи
98%
коксовая мелочь
2%
Получена пыль с содержанием цинка 12%, что не соответствует установленным Техническим условиям «Цинксодержащие шламы». Использование пыли ЭДП для увеличения содержания в ней цинка при данном соотношении с коксовой мелочью не привело к росту содержания цинка во вновь полученной пыли.
Пример 5.
Состав смеси:
пыль электродуговой печи
40%
коксовая мелочь
60%
Получена пыль с содержанием цинка 14%, что также не соответствует установленным Техническим условиям «Цинксодержащие шламы».
Использование коксовой мелочи в избыточном количестве привело одновременно к неконтролируемому науглероживанию металла.
Таблица 1
Результаты переработки пыли ЭДП с различным соотношением компонентов
№ примера
Соотношение пыль ЭДП / коксовая мелочь
Содержание Zn, %
1
98/2
12
2
90/10
15
3
75/25
25
4
60/40
15
5
40/60
14
Для дальнейшего увеличения содержания цинка уловленная пыль может быть многократно использована. В таблице 2 представлены данные, показывающие, как влияет количество циклов переработки пыли ЭДП на содержание в ней цинка при соотношении компонентов пыли ЭДП и коксовой мелочи 90/10.
Таблица 2
Изменение содержания цинка к пыли ЭДП в зависимости от количества циклов ее переработки при соотношении пыли ЭДП и коксовой мелочи 90/10
Количество циклов
Содержание Zn, %
1
15
2
26
3
35
4
42
5
48