Брикет железоуглеродсодержащий и способ его получения
IRON-CARBON-CONTAINING BRIQUETTE AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF

Группа изобретений относится к черной металлургии, в частности к получению шихтовых материалов путем окускования железорудного сырья, и может быть использована при переработке шлаков металлургических предприятий.
Известно техническое решение - брикет для выплавки металла, имеющий правильную геометрическую форму и приготовляемый из мелкодисперсных железосодержащих отходов, тонкоизмельченного углеродсодержащего материала и связующего, в качестве которого используется механическая смесь природных материалов - суглинка, глины или полевого шпата и карбоната натрия, которую подвергают совместному размолу до фракции 0,85 мм и менее (патент РФ №2154680, С22В 1/243, С22В 7/00, опубликовано 20.08.2000). Брикет для выплавки металла по известному техническому решению получают путем прессования смеси указанных материалов, увлажненной водным раствором жидкого стекла, с последующей сушкой полученного брикета. Недостатком данного известного технического решения является то, что брикет для выплавки металла, получаемый по описанной технологии, не обладает достаточной термостойкостью, что не позволяет использовать его в качестве шихтового материала в шахтных, например доменных, печах. Кроме того, наличие щелочных металлов (жидкое стекло) в составе брикета также ограничивает его применение в доменной плавке.
Указанные недостатки частично устраняются в другом известном техническом решении, принятом за прототип, которым является изобретение «Брикет - компонент доменной шихты» (патент РФ 2241760, С22В 1/243, С22В 7/00, опубликовано 10.12.2004), который получают путем вибропрессования из шихты, включающей углеродсодержащие материалы (в том числе уголь), металлоконцентрат в качестве железосодержащих материалов и минеральное связующее в виде цемента. Шихта для производства брикета содержит углерод и оксиды железа в соотношении C:Fe=0,35…0,6; крупность материалов, входящих в шихту, не превышает 10 мм, металлоконцентрата - 3 мм. Недостатком технического решения - прототипа является то, что оно регламентирует химический состав брикета, а именно соотношение углерода и железа, которое определяет восстановительный потенциал вещества брикета как недостаточный по содержанию железа по отношению к углероду, которое может вызывать ухудшение показателей доменной плавки при использовании брикета в шихте из-за повышенной вязкости шлака, образующегося из брикета, вследствие его гетерогенности или высокой температуры кристаллизации. Другим недостатком прототипа является то, что он устанавливает размер фракции железосодержащих материалов не более 3 мм, что приводит к необходимости операции дробления отходов, что требует оснащенности дробилками, повышает энергозатраты процесса.
Технической проблемой, решение которой обеспечивается при использовании заявляемого технического решения «Брикет железоуглеродсодержащий» и которая не могла быть решена при использовании известных аналогов изобретения, является улучшение показателей плавки при использовании брикета в шихте и снижение трудоемкости получения железоуглеродсодержащего брикета.
Для решения указанной технической проблемы предлагается Брикет железоуглеродсодержащий, включающий углеродсодержащие материалы (уголь), металлоконцентрат в качестве железосодержащих материалов и минеральное связующее в виде цемента, характеризующие материал брикета, при этом, в отличие от известного, указанные компоненты формовочной смеси (материала брикета) используют при следующем отношении, вес. %:
Железосодержащий компонент
88-90
Углеродсодержащий компонент
5
Связующее
5-7,
крупность железосодержащих материалов, входящих в шихту, составляет 3-20 мм, брикет имеет форму правильной 6-угольной призмы.
Такой состав материала имеет повышенное по сравнению с известными аналогами содержание железосодержащего компонента и форму, улучшающую перемешивание брикетов с другими элементами загрузочной шихты, что приводит к улучшению показателей плавки при использовании заявляемого брикета. Улучшение перемешивания брикетов происходит в силу того, что, в отличие от распространенных 4-угольных призм, шестигранная имеет меньшую устойчивость из-за большего размера в средней части даже при расположении гранью вниз, находясь по этому показателю ближе к цилиндру. Увеличенная по сравнению с известными аналогами крупность железосодержащего компонента дает возможность заменить энергозатратную операцию дробления операцией рассева.
2
2
Известной технологией получения брикета для выплавки металла является «Способ подготовки шихтового материала в виде брикетов к плавке» (см. упомянутый патент РФ №2154680), включающий смешивание железосодержащих отходов металлургического производства с углеродосодержащим и связующим материалами, совместный размол до фракции 0,85 мм и менее, обработку полученной смеси водным раствором NaO ⋅ n ⋅ SiO, с последующим прессованием и сушкой. К недостаткам указанного способа относится установление супермелкого фракционирования, из-за которого получаемый брикет не обладает достаточной термостойкостью, что не позволяет использовать его в качестве шихтового материала в шахтных, например доменных, печах. Кроме того, наличие щелочных металлов (жидкое стекло) в составе брикета также ограничивает его применение в доменной плавке.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению, принятым за прототип, является техническое решение «Plant and method for the recovery of exhausted refractory material - Установка и способ утилизации отработанного огнеупорного материала», опубликованное как международная заявка WO2017221130 28.12.2017, также опубликовано 21.01.2021 как патент РФ 2470887, С22В 7/04. Это техническое решение характеризуется как Способ производства металлургических брикетов, содержащий этапы
- переработка шлаков до получения железосодержащего компонента сырьевой композиции;
- получение формовочной смеси, включающей железосодержащий и углеродсодержащий компоненты смеси и связующее;
- формование брикета.
При этом переработка шлаков включает установление пороговых значений размеров частиц, подачу исходного материала на обработку, отделение лома металла, магнитную сепарацию с отделением железосодержащего компонента и последующее разделение отмагниченного продукта на три фракции - крупную, среднюю и мелкую в соответствии с установленными пороговыми значениями размеров частиц, разделение отмагниченной крупной фракции на 2 подфракции в соответствии с установленными пороговыми значениями размеров частиц, просеивание и отделение огнеупорного материала, отделение железосодержащего компонента от частиц средней и мелкой фракций; получение формовочной смеси включает подачу железосодержащего компонента мелкой фракции в смеситель, дозирование сырьевых компонентов по весу, смешивание железосодержащего и углеродсодержащего компонентов со связующим, при этом в качестве углеродсодержащего компонента используют уголь, в качестве связующего - цемент; формование брикета включает подачу формовочной смеси на вибропресс, прессование и последующую выдержку брикетов.
Недостатком является наличие операции дробления упомянутой крупной фракции, по меньшей мере частично, на небольшие гранулы, что требует оснащенности дробилками, повышает энергозатраты процесса.
Технической проблемой, решение которой обеспечивается при использовании заявляемого технического решения «Способ получения железоуглеродсодержащего брикета» и которая не могла быть решена при использовании известных аналогов изобретения, является улучшение показателей плавки при использовании брикета в шихте и улучшение технологичности способа за счет снижения трудоемкости получения железоуглеродсодержащего брикета.
Для решения указанной технической проблемы предлагается в известном Способе производства металлургических брикетов, содержащем этапы
- переработка шлаков до получения железосодержащего компонента сырьевой композиции;
- получение формовочной смеси, включающей железосодержащий и углеродсодержащий компоненты смеси и связующее;
- формование брикета, при котором переработка шлаков включает установление пороговых значений размеров частиц, подачу исходного материала на обработку, отделение лома металла, магнитную сепарацию с отделением железосодержащего компонента и последующее разделение отмагниченного продукта на три фракции - крупную, среднюю и мелкую в соответствии с установленными пороговыми значениями размеров частиц, разделение отмагниченной крупной фракции на 2 подфракции в соответствии с установленными пороговыми значениями размеров частиц, просеивание и отделение огнеупорного материала, отделение железосодержащего компонента от частиц средней и мелкой фракций; получение формовочной смеси включает подачу железосодержащего компонента в смеситель, дозирование сырьевых компонентов по весу, смешивание железосодержащего и углеродсодержащего компонентов со связующим, при этом в качестве углеродсодержащего компонента используют уголь, в качестве связующего - цемент; формование брикета включает подачу формовочной смеси на вибропресс, прессование и последующую выдержку брикетов, отличающийся тем, что указанные компоненты формовочной смеси направляют в смеситель при следующем отношении, вес. %:
Железосодержащий компонент
88-90
Углеродсодержащий компонент
5
Связующее
5-7,
при этом крупность железосодержащих материалов, входящих в шихту, составляет 3-20 мм, прессование брикета производят в форме, обеспечивающей получение брикета правильной 6-угольной призмы.
Такой состав формовочной смеси имеет повышенное по сравнению с известными аналогами содержание железосодержащего компонента, способ обеспечивает получение такой геометрической формы брикета, которая улучшает перемешивание брикетов с другими элементами загрузочной шихты, что приводит к улучшению показателей плавки при использовании заявляемого способа. Увеличенная по сравнению с известными аналогами крупность железосодержащего компонента формовочной смеси дает возможность заменить энергозатратную операцию дробления менее трудоемкой операцией рассева, что улучшает технологичность способа.
На фиг. 1 показано фото, отражающее отличительные признаки заявляемого брикета.
На фиг. 2 приведена Схема переработки шлаков сталеплавильного производства как пример реализации этапов переработки шлаков до получения железосодержащего компонента сырьевой композиции заявляемого способа получения брикета.
На фиг. 3 приведена заключительная Схема производства как пример реализации этапов получения формовочной смеси и формования заявляемого способа получения брикета.
Для подтверждения возможности осуществления изобретения «Брикет железоуглеродсодержащий» собственными исследованиями заявителя была проведена работа по определению оптимального состава формовочной смеси, крупности компонентов и геометрической формы брикетов по критерию снижения содержания FeO в шлаке после плавки.
В состав формовочной смеси №1 входил магнитный продукт шлак переработки (металлоконцентрат) крупностью 3 мм в количестве 922,15 кг на тонну (88%), уголь марки АСШ ГОСТ 19242-73 в количестве 52,4 кг на тонну (5%) и цемент марки ЦЕМ I 52,5Н ГОСТ 31108-2016 в количестве 73,35 кг (7%). После прессования брикетов в форме шестигранной призмы с размерами вписанной окружности 60 мм и высотой 60 мм была произведена плавка при следующем расположении брикетов в шихте. Брикеты железоуглеродсодержащие отдают в первую корзину на подушку из металлолома, сверху укладывается остальная металлошихта. Расход брикетов составляет 10-15% от веса шихты взамен такого же количества металлолома. Снижение содержания FeO в шлаке после плавки составило 2%.
В состав формовочной смеси №2 входил магнитный продукт шлак переработки (металлоконцентрат) крупностью 20 мм в количестве 943,1 кг на тонну (90%), уголь марки АСШ ГОСТ 19242-73 в количестве 52,4 кг на тонну (5%) и цемент марки ЦЕМ I 52,5Н ГОСТ 31108-2016 в количестве 52,4 кг (5%). После прессования брикетов в форме шестигранной призмы с размерами вписанной окружности 90 мм и высотой 90 мм была произведена плавка аналогично предыдущему примеру. Снижение содержания FeO в шлаке после плавки составило 5%.
Таким образом, заявляемая композиция формовочной смеси для брикетов железоуглеродсодержащих при отношении, вес. %:
Железосодержащий компонент
88-90
Углеродсодержащий компонент (уголь)
5
Связующее (цемент)
5-7,
с крупностью железосодержащих материалов 3-20 мм, в виде брикета правильной 6-угольной призмы обеспечивает улучшение показателей плавки и повышение технологичности производства брикетов за счет замены энергозатратной операции дробления на более экономичную операцию рассева.
Приводим пример осуществления изобретения «Способ получения брикета железоуглеродсодержащего».
На этапе получения из шлаков железосодержащего компонента, как изображено на схеме фиг. 2, загружают шлак с использованием мостового магнитного крана 1 в приемный бункер 3 над конвейером 4. Из приемного бункера 3 шлак поступает на конвейер 4, а с конвейера 4 на конвейер 6. В начале конвейера 6 установлена площадка отбора лома металла 2, далее электромагнит типа ПС-120М поз. 24 и электромагнит типа ЭМШ 80/100 поз. 8, которые отмагничивают доменный присад фракции 150-250 мм, направляемый на площадку 5. С конвейера 6 шлак поступает на верхнюю решетку первого грохота ГИТ-52 поз. 9, где происходит разделение фракции: 0-40 мм просеивается на нижнюю решетку грохота, где происходит разделение на фракции 0-20 мм и 20-40 мм, а фракция 40-250 мм по конвейеру 12 поступает на второй грохот ГИТ-52 поз. 9, при этом установленный в конце конвейера электромагнит поз. 8 отделяет доменный присад фракции 50-150 мм, направляемый на площадку 7. Из-под решетки второго грохота 9 фракция 40-70 мм по конвейеру 15 поступает на площадку 22, а фракция 70-250 мм с решетки второго грохота 9 на конвейер 16, и далее на площадку 21, при этом отделяются второгнеупоры. С нижней решетки первого грохота 9 шлак фракции 20-40 мм по конвейеру 11 поступает на площадку 23, при этом установленный в конце конвейера 11 электромагнит 8 отделяет доменный присад фракции 20-50 мм, направляемый на площадку 20. Фракция 0-20 мм из-под первого грохота 9 поступает на конвейер 10 и далее по конвейеру 13 на площадку 17, при этом установленным на конвейере 13 электромагнитом типа ЭМЖС поз. 14 отделяется и направляется на площадку 18 доменный присад фракции 0-20 мм и электромагнитом 8 отделяется и направляется на площадку 19 доменный присад фракции 3-20 мм, который и используют для получения брикета.
На втором этапе способа, как изображено на схеме фиг. 3, загружают в бункеры приемного устройства 35 доменный присад фракции 3-20 мм в качестве железосодержащего компонента сырьевой композиции заявляемого способа получения брикета и уголь марки АСШ в качестве углеродсодержащего компонента. Расчетные количества этих компонентов, полученные с помощью взвешивающего транспортера с ленточным дозатором типа VDB 600/1000, поступают в тележку скипового подъемника 52. Далее скип поднимает тележку к смесителю типа SM 2250-3 поз. 53. Сырье в течение 0,5 мин перемешивается в сухом виде, затем производят подачу цемента по шнековым транспортерам 36 с одного из силосов 37. Данная смесь перемешивается в течение 1 мин, после чего автоматически открывается шибер выгрузки смесителя 53 и смесь подается на транспортер 54 подачи смеси на прессование. Транспортер 54 разгружается в предварительный бункер 56 вибропресса типа MULTIMAT RH 1500-3 А поз. 57. Из бункера 56 при открытии шибера смесь в автоматическом режиме подается в трансферкару (ящичный питатель), которая в процессе своего движения распределяет смесь между ячейками формы (не показано). После наполнения ячеек производится опускание пуансонов и формование брикетов при одновременном воздействии давления и вибрации для лучшего заполнения формы. Формовка производится на деревянных поддонах. Поддоны загружаются в линию пакетами (до 24 штук в высоту) через транспортер 48, на который они ставятся вилочным погрузчиком. В конце транспортера 48 пакет поддонов разбирается по одному и подается автоматическим пакетировщиком 49 с помощью цепного транспортера (не показано) под матрицу пресса 57. Перед подачей они автоматически опрыскиваются через систему форсунок 55 специальным раствором или водой с целью предотвращения прилипания отформованных брикетов к поддонам. В подготовительный этап для поддонов входит также очистка с помощью щетки 42 и переворот на устройстве переворачивания 46, управляемые с пульта 47. Цикл формования длится 3,27 сек, после чего форма в автоматическом режиме поднимается вместе с пуансонами, оставляя брикеты на поддоне, который подается цепным транспортером 58 в камеры выдержки (не показаны). Перед камерой выдержки организована точка контроля качества брикетов 59, в которой предусмотрена остановка транспортера 58 для безопасного отбора проб. В камеры выдержки поддоны с брикетами подаются штабелями, формируемыми поднимающим штабелером 60. Для управления процессом выдержки брикетов, включая погрузку-выгрузку в камеры, служит транспортно-складирующая группа 41. После камер выдержки поддоны с брикетами с помощью опускного штабелера 40 поступают на цепной транспортер 44 и проходят точку отбраковки готовой продукции 45, имеющую контейнер для брака 39. Далее поддоны с готовыми брикетами поступают на опрокидыватель 43, где наклоняются на угол, обеспечивающий сброс брикетов с поддонов под действием силы тяжести на транспортер 38 выгрузки готовых брикетов, по которому брикеты поступают в конус готовых брикетов (не показан), находящийся вне цеха. Управление всеми производственными процессами изготовления брикетов осуществляют с центрального пульта 50.
Приведенные примеры показывают, как отличительные признаки формулы приводят к техническому результату - улучшению показателей плавки при использовании брикета в шихте и снижению трудоемкости получения железоуглеродсодержащего брикета.