БРИКЕТ ДЛЯ ВЫПЛАВКИ ЧУГУНА И СТАЛИ
PELLETS FOR CAST IRON AND STEEL PRODUCTION

Изобретение относится к области черной металлургии, конкретно к подготовке материалов для выплавки чугуна и стали. Изобретение обеспечивает увеличение прочностных характеристик брикетов, снижение их стоимости и расширение области утилизации прокатной окалины с высоким маслосодержанием, лежащей в отвалах и в виде маслоокалиносодержащего шлама.
Брикет для выплавки чугуна и стали, состоящий из замасленной прокатной окалины, чистой прокатной окалины и жидкого стекла, отличающийся тем, что замасленная прокатная окалина содержит до 12% минерального масла, причем соотношение замасленной и чистой прокатной окалины в зависимости от содержания минерального масла в замасленной прокатной окалине составляет от 1:1,02 до 1:12 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Замасленная прокатная окалина
(до 12% минерального масла)
7,6÷49,0
Чистая прокатная окалина
50,0÷91,4
Жидкое стекло
1÷2
При этом общее содержание масла в брикете не должно превышать 1%.
Известен брикет для металлургического производства (Пат. РФ №2183679), содержащий окисленный железосодержащий материал, и/или карбюризатор в виде кокса, и/или коксовой пыли, и/или боя графитовых электродов, жидкое стекло, где в качестве окисленного железосодержащего материала используется чистая (без масла) прокатная окалина при следующем содержании компонентов, мас.%:
Чистая прокатная окалина
5÷57
Жидкое стекло
10÷20
Карбюризатор
(кокс, коксовая пыль, бой графитовых электродов)
20÷30
К недостаткам данного изделия можно также отнести низкое содержание железа в брикете, что снижает экономичность процесса выплавки металла. Поскольку при создании брикета используется только чистая прокатная окалина, становится неосуществимой утилизация замасленной окалины в металлургическом процессе. Содержание жидкого стекла является высоким, что приводит к падению прочности брикета вследствие возникновения значительных усадочных напряжений при высыхании. Кроме того, высока стоимость брикета из-за дороговизны жидкого стекла.
Известен брикет для основного сталеплавильного процесса
(А.с. №1401064).
Брикет имеет следующий состав, мас.%:
Порошкообразный пек
15-25
Уголь
5-10
Замасленная прокатная окалина
с содержанием масла 2-4%
Остальное
2
Перед брикетированием формовочную смесь нагревают до 170-180°С, а брикетирование ведут с усилием 160-170 кг/см при температуре смеси 140-150°С. Недостаток данного брикета - производство его весьма энергоемко из-за нагрева до 170-180°С с целью размягчения каменноугольного пека, сопровождается обильным дымовыделением, что увеличивает экологическую нагрузку. Содержание минерального масла в замасленной прокатной окалине в количестве 2-4% в результате прессования брикета снижается, но до отметки, превышающей 1%, что делает его непригодным для проведения плавки в чугуно- и сталеплавильных металлургических агрегатах (содержание масла в железосодержащей шихте для металлургического переплава не должно превышать 1%). Кроме того, пек в качестве связующего не обеспечивает как достаточной прочности брикета, необходимой при завалке в металлургический агрегат, так и высокотемпературной прочности, т.к. быстро выгорает, приводя к разрушению брикета.
Наиболее близким к заявленному брикету для выплавки чугуна и стали является брикет, изготовляемый по способу брикетирования железосодержащих отходов в виде окалины для плавки (Пат. РФ №2321647). Им является брикет для выплавки чугуна и стали, состоящий из замасленной прокатной окалины, чистой прокатной окалины и жидкого стекла.
Недостатками данного технического решения являются:
- прочностные и механические свойства брикетов низкие;
- большая трудоемкость процесса брикетирования, связанная с его многооперационностью (размол окалины, приготовление известково-силикатной суспензии, перемешивание, гранулирование, сушка, дальнейшая подготовка углеродсодержащего компонента, связующего на основе керамзита и соды, отвердителя на основе жидкого стекла);
- изготовление брикетов очень энергоемко, т.к. предполагает сушку при температуре 200-250°С после гранулирования при операции предварительной подготовки смеси чистой и замасленной прокатной окалины и сушку после прессования при 150°С. Расход жидкого стекла при подготовке замасленной прокатной окалины и изготовлении отверждающего раствора велик. Все это приводит к удорожанию стоимости брикета;
- регулирование маслосодержания в брикете (по техническим нормам не более 1%) при подготовке замасленной прокатной окалины происходит с помощью добавления изготовленной в определенной пропорции известково-силикатной суспензии, использование которой эффективно только при малом, не более 4%, содержании минерального масла в замасленной прокатной окалине;
- низкое содержание окислов железа в брикете, что снижает экономичность процесса выплавки металла.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в увеличении прочностных характеристик брикетов, снижении стоимости брикета и расширении области утилизации прокатной окалины с высоким маслосодержанием.
Поставленная задача решается за счет того, что в брикете для производства чугуна и стали, состоящем из замасленной прокатной окалины, чистой прокатной окалины и жидкого стекла, согласно изобретению замасленная прокатная окалина содержит минерального масла до 12%, причем соотношение замасленной и чистой прокатной окалины в зависимости от замасленности прокатной окалины составляет от 1:1,02 до 1:12 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Замасленная прокатная окалина
(до 12% минерального масла)
7,6÷49,0
Чистая прокатная окалина
50,0÷91,4
Жидкое стекло
1÷2
Использование замасленной окалины с содержанием минерального масла до 12% позволяет значительно расширить область утилизируемой замасленной окалины, т.е. использовать как исходное сырье железосодержащий шлам из вторичных отстойников прокатных цехов, из отвалов. Использование окалины с большей замасленностью не является целесообразным, поскольку становится невозможной утилизация замасленной окалины из-за слишком малого содержания ее в брикете.
Соблюдение в брикете соотношений между замасленной прокатной окалиной количеством 7,6÷49,0% и чистой прокатной окалиной количеством 50,0-91,4% в пропорции от 1:1,02 до 1:12 позволяет повысить общее содержание в нем железа, что делает процесс выплавки более экономичным, а также регулировать содержание масла в брикете путем соблюдения определенных пропорций при смешивании замасленной и чистой окалины (от 1:1,02 до 1:12). При таком соотношении появляется возможность утилизировать в брикете замасленную прокатную окалину с замасленностью до 12%, не превышая ее общую допустимую норму в брикете в 1%.
2
Содержание в брикете жидкого стекла в количестве 1-2 мас.%, т.е. значительно меньше, чем используется в составе по прототипу, приводит к увеличению как ударной прочности брикета, так и его высокотемпературной прочности под нагрузкой. Процесс твердения с применением в качестве связки жидкого стекла связан с испарением воды, увеличением степени коллоидности SiO, его коагуляции, уплотнения и естественной карбонизации, связанной с ускорением гидролиза силиката натрия [Утилизация вторичных материальных ресурсов в металлургии, М., 1994 г.]. Жидкое стекло, действующее в роли пептизатора в период смешивания формовочной смеси, значительно улучшает его распределение между частицами окалины, увеличивается контактная поверхность в общем объеме, что позволяет при затвердевании достигать положительных показателей прочности при малых расходах связующего. Эти процессы позволяют применить для формирования брикета технологически более простой и энергетически незатратный метод холодного брикетирования. Превышение же содержания жидкого стекла свыше 2% ведет к снижению сырой (низкотемпературной) прочности брикета и появлению нежелательного технологического сбоя в виде налипания на пуансоны.
Одновременно при таком количестве жидкого стекла достигаются наивысшие показатели механической прочности брикетов, т.к. обеспечены минимальные толщины клеевых слоев (максимальный ориентационный эффект, минимальные послеусадочные напряжения, мало дефектов) [Елишевич А.Г. Брикетирование полезных ископаемых, Киев, Одесса, 1990].
3
3
Брикет по прототипу изготовляли следующим образом. Замасленную прокатную окалину с содержанием 3,5% минерального масла предварительно обрабатывали силикатно-известковым раствором, содержащим известь в количестве 1,0 мас.% на 1 мас.% масла, которую добавляли к водному раствору жидкого стекла плотностью 1150 кг/м при их соотношении 1:2. Затем сушили и гранулировали подготовленную замасленную окалину при температуре 250°С. Следующей операцией изготовления брикета было смешивание чистой прокатной окалины и подготовленной замасленной прокатной окалины (70%) с измельченным углеродсодержащим материалом (коксовая пыль, угольные отсевы, бой графитовых электродов - 15%) и связующим (18%) в виде спеченного и измельченного керамзита, пищевой соды, кальцинированной соды, кремнефтористого натрия, наполнителя в виде керамзитовой пыли и жидкого стекла плотностью 1450 кг/м. После этого смесь брикетировали и сушили при температуре 120°С.
Для изготовления брикетов по предлагаемой технологии использовали замасленную прокатную окалину, взятую из вторичных отстойников прокатных цехов Первоуральского новотрубного завода и из его шламоотвалов. Замасленная прокатная окалина соответствовала свойствам, указанным таблице 1.
Таблица 1
Требования к свойствам брикетируемой окалины
Наименование показателя
Норма
Метод испытания
Размер частиц окалины, мм, не более
0,5
ГОСТ 27562
Массовая доля масла, %, не более
10
ГОСТ 23581.13
Массовая доля влаги, %, не более
10
ГОСТ 23581.1
Массовая доля железа общего, %, не менее
80
ГОСТ 23581.18
Смешивание замасленной и чистой прокатной окалины производилось в механическом смесителе, куда дозированно подавалось и жидкое стекло (ГОСТ 13078-81). Брикетирование смеси проводили на гидропрессе при следующем режиме:
- усилие прессования - 20-30 т·с,
- выдержка при прессовании - 0,15-0,3 с,
- масса брикета - 150-160 г.
Размер брикетов в виде шайбы с цилиндрическим пояском составлял: диаметр - 50 мм, высота - 30-35 мм. Сушка осуществлялась на воздухе при комнатной температуре в течение 3 суток. Компонентный состав брикетов, изготовленных по известному и по предлагаемому рецепту, приведен в таблице 2.
Результаты сравнительных испытаний физико-химических и механических свойств предлагаемых брикетов и брикетов, изготовленных по прототипу, проведенных лабораторно на базе ИТЦ «Челябинский металлургический комбинат», согласно ГОСТ 15137-77 «Руды железные и марганцевые, агломераты и окатыши. Метод определения прочности во вращающемся барабане», ГОСТ 24765-81 «Окатыши железорудные. Метод определения прочности на сжатие», по нормативно-технической документации, утвержденной на предприятии, представлены в таблице 3.
Анализ представленных данных говорит о том, что предлагаемый состав брикета позволяет улучшить по сравнению с прототипом его физико-механические свойства:
- прочность во вращающемся барабане возрастает на 41-72%;
- прочность при раздавливании возрастает в 2,13÷3,45 раза;
- истираемость (в течение 8 мин) в барабане уменьшается на 17÷75%;
- прочность после прокаливания при 800°С увеличивается в 1,59÷1,83 раза.
В случае, когда замасленность прокатной окалины превышает 12%, а соответственно, изменяется и соотношение утилизируемой замасленной прокатной окалины и чистой прокатной окалины в сторону увеличения объема последней, утилизация становится экономически нецелесообразной.
Превышение содержания жидкого стекла свыше 2% приводит к потере брикетируемости смеси. Кроме того, использование предлагаемого состава брикета позволяет применять метод холодного брикетирования при комнатной температуре, что значительно снижает энергозатратность процесса. Рекомендуемые соотношения объемов чистой прокатной окалины и замасленной прокатной окалины в зависимости от содержания масла в последней приведены на чертеже.
Таблица 2
Состав испытуемых брикетов
КомпонентыВарианты
Содержание компонентов, мас.% в составе брикета
Прототип
1
2
3
4
5
6
Соотношение объемов замасленной и чистой прокатной окалины
-
1:13
1:12
1:8
1:5
1:1,02
2:1
Замасленная прокатная окалина
30
7,1
7,6
11
16,4
49,0
60
Содержание масла в окалине, %
3,5
14
12
10
5
2
3
Чистая прокатная окалина
40
92.2
91,4
87,5
81,6
50,0
30
Углеродсодержащий материал
18
-
-
-
-
-
-
Связующее
5
-
-
-
-
-
-
Жидкое стекло
7,0
0,7
1
1,5
2
1,5
10