БРИКЕТ ДЛЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
BRIQUETTE FOR METALLURGICAL PRODUCTION

Изобретение относится к металлургии, а именно к производству чугуна и стали с подготовкой шихтового материала в виде брикетов.
Известен брикет для металлургического производства, включающий железосодержащие мелкодисперсные отходы, углеродсодержащий материал и связующее причем в качестве железосодержащих отходов используют отходы сталеплавильного производства, а в качестве - замасленную окалину и известь (патент РФ №2317341, МПК С22В 1/245, публ. 20.02.2008). Шихту прессуют и брикеты выдерживают во влажной среде.
Известное решение довольно затратно, и его невозможно применить для получения брикетов из отходов производства по прямому восстановлению железа.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является брикет для металлургического производства, включающий железосодержащие отходы, углеродсодержащий материал, связующее с жидким стеклом, причем в качестве связующего используют смесь суглинка, глины или полевого шпата и карбоната натрия. Состав брикета известен из способа подготовки шихтового материала (патент РФ №2154680, МПК С22В 1/243, публ. 20.08.2000).
Недостатком прототипа является то, что получаемые брикеты имеют недостаточную прочность (особенно на удар), а также низкую влагоустойчивость.
Задача изобретения - использование отходов производства по прямому восстановлению железа в качестве сырья для доменного и сталеплавильного производств путем изготовления брикетов, обладающих достаточной прочностью и восстанавливаемостью железа.
Поставленная задача достигается тем, что в брикете для металлургического производства, включающем железосодержащие отходы, углеродсодержащий материал, связующее с жидким стеклом, в качестве железосодержащих отходов используют отходы производства по прямому восстановлению железа в виде железосодержащего шлама и металлизованной мелочи, связующее содержит водную дисперсию на основе поливинилацетата при следующем соотношении компонентов, мас.%:
железосодержащий шлам
40-60
металлизованная мелочь
25-55
углеродсодержащий материал
3-10
водный раствор жидкого стекла
1-2
водная дисперсия на основе поливинилацетата
2-3
Решение поставленной задачи возможно исходя из условий взаимодействия полимерной и силикатной составляющих связующего с другими компонентами брикета. С увеличением давления происходит переход полимерной составляющей связующего в сверхвысокоэластическое состояние обратимой деформации. В таких условиях воздействия давления на сверхтекучий полимер, согласно теории адгезионной прочности Гриффица-Ирвина, в значительной степени возрастают его адгезионные свойства за счет образования полимерной матрицы с одновременной усадкой полимера на твердой поверхности брикета из-за разницы коэффициентов объемного расширения контактирующих тел, что вызывает внутреннее напряжение, при этом реологический эффект отталкивания не оказывает существенного воздействия на композицию, т.к. относительно низкая вязкость сверхтекучего полимера способствует наиболее полному смачиванию шероховатой поверхности. Указанный эффект окончательно проявляется после удаления растворителя и высыхания композиции. Кроме того, согласно механической теории адгезии, с увеличением шероховатости поверхности адгезионная прочность растет, что обусловлено как увеличением площади поверхности, так и образованием механических зацеплений между полимером и субстратом за счет затекания полимера в шероховатости, что тем больше, чем ниже вязкость полимера.
Жидкое стекло в связующем повышает жесткость и прочность брикетов. Спрессованная композиция с жидким стеклом сохраняет свою прочность в дальнейшей термообработке на стадии выплавки стали или чугуна при температуре свыше 800°С.
Состав брикетов был подобран в результате проведенных экспериментов.
Брикеты изготавливали следующим образом.
Исходными компонентами являлись:
железосодержащий шлам, образующийся в производстве по прямому восстановлению железа на установках горячего брикетирования железа, фракции менее 1 мм;
металлизованная мелочь, образующаяся в производстве по прямому восстановлению железа на установках горячего брикетирования железа, фракции менее 5 мм;
углеродсодержащий материал в качестве восстановителя и науглероживателя металла в виде коксовой мелочи, фракции менее 1 мм;
50% водный раствор жидкого стекла, часть связующего;
50% водная дисперсия на основе поливинилацетата, в частности водная дисперсия низкомолекулярного средневязкого лакового сополимера винилового эфира
уксусной кислоты с винилпропионатом, пластифицированного бутилбензилфталатом, часть связующего.
Готовили сухую смесь, смешивая железосодержащий шлам и металлизованную мелочь. Перемешивали части связующего. Смешивали сухую смесь и связующее в течение 10 сек. Перемешивали состав и коксовую мелочь в течение 1 мин. Заполняли формы и прессовали при давлении 20 МПа. Брикеты цилиндрической формы диаметром 50 мм и высотой 20 мм.
Составы брикетов, мас.%:
Состав №1: ЖШ - 30, УМ - 2, ВРЖС - 0,5, ВДП - 1,5, ММ - 66.
Состав №2: ЖШ - 39, УМ - 3, ВРЖС - 1, ВДП - 2 ММ - 55.
Состав №3: ЖШ - 50, УМ - 7, ВРЖС - 1,5, ВДП - 2,5 ММ - 39.
Состав №4: ЖШ - 60, УМ - 10, ВРЖС - 2 ВДП - 3 ММ - 25.
Состав №5: ЖШ - 70, УМ - 12, ВРЖС - 2,5, ВДП - 3,5, ММ - 12,
где ЖШ - железосодержащий шлам; УМ - углеродсодержащий материал при 100% углерода; ВРЖС - водный раствор жидкого стекла; ВДП - водная дисперсия поливинилацетата; ММ - металлизованная мелочь.
2
Химический состав брикетов, %: Fe общ. - 78-80, Fe мет.- 56-61, FeO - 23-29, SiO -3,6-3,9, CaO - 1,5-1,6, S - 0,05-0,06, P - 0,01.
Результаты испытаний брикетов приведены в таблице.
Параметры
Составы брикета
1
2
3
4
5
Прочность брикетов на сжатие, кгс/см<sup>2</sup>
Прессование 10 сек
после прессования
4,4
6,9
7,7
8,0
5,1
через 2 часа выдержки
6,2
8,0
8,6
10,2
7,3
через 24 часа выдержки
6,6
8,3
9,1
10,6
7,9
Прессование 3 мин
после прессования
7,3
10,9
11,6
13,2
6,2
через 2 часа выдержки
9,3
11,9
13,8
13,4
8,2
через 24 часа выдержки
9,6
12,4
13,9
14,6
8,4
Прочность на удар (число сбрасываний с высоты 1,5 м на стальную плиту)
После прессования 10 сек
1
3
3
4
2
После прессования 3 мин
2
4
5
5
2
Использование брикетов позволяет утилизировать отходы производства по прямому восстановлению железа в качестве сырья для доменного и сталеплавильного производств.
Получаемые брикеты не содержат сверх допустимого уровня вредных для металлургического процесса примесей, обладают прочностью достаточной для транспортировки и плавки, сохраняют прочность при увлажнении.