Способ получения металлургического брикета
METHOD OF OBTAINING METALLURGICAL BRIQUETTE

Изобретение относится к области технологии подготовки и производства брикета из углеродистого материала, применяемого в качестве восстановителя в металлургических процессах.
Известен способ получения брикета, включающий смешение измельчённых твёрдых топлив со связующим на основе отходов нефтеперерабатывающего производства – нефтешлама и/или отработанного машинного масла, брикетирование смеси и последующую сушку брикета. Дополнительно в связующее вводят компоненты, выбранные из группы, включающей, % мас. в расчете на брикетируемую смесь: лигносульфонат или мелассу – 2-7%, и/или обезвоженный активный ил – 3-8%, и/или глину – 3-10%, и/или парафин или парафиновый гач – 1-6% при следующем соотношении компонентов в брикете, мас.%: связующее – 10-23, измельчённые твёрдые топлива, выбранные из группы: древесные опилки, торф, обезвоженный птичий помёт, обезвоженный навоз, коксовая или угольная мелочь, угольный шлам, лигнин или их смеси – до 100.
Брикетирование ведут при давлении 1–30 МПа, сушку брикета – при температуре менее 300°С. Компоненты связующего перед смешиванием нагревают до 60–80°С или перемешивают с подогревом до 60–80°С. Твёрдое топливо предварительно смешивают с половиной нефтешлама или обработанного машинного масла и затем добавляют остальные компоненты связующего (RU 2130047, опубл. 1999).
Брикеты, полученные с использованием описанного известного способа, обладают недостаточной прочностью из-за включения в сырьё, например, опилок, навоза, птичьего помёта, а включение в состав связующего глины может неблагоприятным образом изменять состав минеральной части брикета.
Известен также способ получения брикетного топлива, включающий  смешение углеродсодержащего сырья со связующим – смолой низкотемпературного полукоксования, полученной при температуре до 650°, прессование смеси и последующее отверждение брикетов в окислительной атмосфере при 150-300°С (RU 2375414, опубл. 2009).
Брикеты, полученные описанным способом, обладают недостаточной прочностью.
Известен способ получения брикетного топлива, заключающийся в совместном измельчении углеродсодержащего материала и минерального связующего до размера частиц не более 5 мм, добавлении к полученному составу гидрофобизирующего модификатора и воды с последующим перемешиванием с добавлением упрочняющего модификатора.
Полученную массу прессуют в брикеты под давлением 20-200 МПа и полученные брикеты сушат при 100-250°С.
В качестве компонентов используют углеродсодержащий материал - буроугольный среднетемпературный кокс исходного гранулометрического состава, минеральное связующее - алевролит подугольный, упрочняющий модификатор - 3%-ный водный раствор поливинилового спирта (ПВС) или водный раствор 10%-ного мучного клейстера, гидрофобизирующий модификатор - мазут марки M100, воду при следующем содержании компонентов, мас.%: минеральное связующее 1-10; упрочняющий модификатор 1-30; гидрофобизирующий модификатор 1-10; вода 1-30; углеродсодержащий материал - остальное (RU 2473672, опубл. 2013).
Брикеты, полученные описанным способом, обладают недостаточной прочностью и водостойкостью.
Ближайшим техническим решением к заявленному способу является способ получения брикетного топлива, заключающийся в смешении исходных компонентов – углеродсодержащего материала, представляющего собой мелочь коксовую марки МК-1 (далее – МК-1), получаемую посредством среднетемпературной карбонизации бурого угля, двухкомпонентного связующего, содержащего смолу и муку в соотношении от 0,5:1 до 2:1, и воды  с температурой от 1 до 99°С, при этом исходные компоненты берут в следующем соотношении, мас. %: углеродсодержащий материал – не менее 50; двухкомпонентное связующее – 8–40; вода с температурой от 1 до 99°С – остальное.
После смешивания полученную брикетную смесь прессуют и сушат сформированный брикет.
Техническая проблема описанного способа – получение брикетов с высоким содержанием оксидов фосфора, что является нежелательным для процессов производства химически чистого кремния в рудно-термических печах.
Технической задачей настоящего изобретения является получение брикета с низким содержанием фосфора.
Указанная техническая задача решается описываемым способом получения металлургического брикета, заключающимся в смешении исходных компонентов - углеродсодержащего материала, представляющего собой мелочь коксовую марки МК-1, получаемую посредством среднетемпературной карбонизации бурого угля, двухкомпонентного связующего, содержащего смолу и крахмал в соотношении (0,5-2):1, и воды с температурой от 1 до 99°С, прессовании полученной смеси и сушке, при этом исходные компоненты смешивают в следующем соотношении, % мас.:
углеродсодержащий материал не менее 50,0
связующее 8,0–20,0
вода – остальное.
Технический результат  заключается в получении брикетов с низким содержанием оксидов фосфора, позволяющих использовать их в процессах производства кремния в рудно-термических печах.
Для получения брикета в качестве углеродсодержащего материала используют мелочь коксовую марки МК-1 (далее – МК-1), получаемую посредством среднетемпературной карбонизации бурого угля, с исходным гранулометрическим составом 0–15 мм.
С целью придания брикету высокой прочности и водостойкости к углеродсодержащему материалу добавляют двухкомпонентное связующее, включающее смолу и крахмал в соотношении (0,5-2):1, в количестве от 8 до 20 мас.%, и воду с температурой от 1 до 99°С. Затем полученную массу перемешивают до гомогенного состояния и брикетируют с усилием от 5 до 500 МПа.
В качестве воды используют техническую воду. Повышенная температура добавляемой воды оказывает благоприятное влияние на прочность брикета при низком содержании связующего.
Приготовление брикетной смеси производят следующим образом.
t
r
После магнитной сепарации немагнитную фракцию МК-1 подают в смеситель, затем последовательно добавляют смолу, крахмал и воду. При добавлении каждого из перечисленных компонентов смесь перемешивают до гомогенного состояния. По получении результирующей однородной композиции смесь выгружают из смесителя и подают в валковый пресс с максимальным усилием сведения валков 150 тс. Сформированный брикет высушивают в ленточной сушилке при температуре 150°С до влаги (W) менее 5%. Высушенный брикет охлаждают при температуре окружающего воздуха.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1.
Для изготовления брикета используют следующие компоненты: 100 мас.ч. мелочи коксовой марки МК-1 в качестве углеродсодержащего материала, 5 мас.ч. смолы пиролизной тяжёлой марки А и 10 мас.ч. крахмала тапиоки в качестве связующего, 25 мас.ч. воды технической с температурой не менее 80°С.
Исходные компоненты подготавливают следующим образом.
Мелочь коксовую загружают в смеситель бегунового типа, добавляют последовательно смолу пиролизную тяжёлую марки А, крахмал тапиоки и воду, при этом после добавления каждого из перечисленных компонентов перемешивают смесь до гомогенного состояния. Полученную брикетную смесь подают в валковый пресс с максимальным усилием сведения валков 150 тс. Брикет высушивают при температуре 150°С в течение 40 мин. Высушенный брикет охлаждают при температуре окружающего воздуха.
Получают брикет с содержанием оксида фосфора на рабочую массу 0,05%, при этом прочность на сбрасывание более 95%, прочность на истирание в барабане более 92%, влага общая менее 5%, зольность менее 8%, выход летучих на сухую беззольную массу менее 20%, водопоглощение менее 10%.
Пример 2.
Брикет изготавливают в соответствии с примером 1, но в качестве связующего используют смолу пиролизную тяжёлую марки Б (7,5 мас.ч.) и крахмал картофельный (7,5 мас.ч.), вода техническая (30 мас.ч.) имеет температуру 20°С.
Полученный брикет имеет содержание оксида фосфора на рабочую массу – 0,04%, прочность на сбрасывание более 95%, прочность на истирание в барабане более 90%, влагу общую менее 5%, зольность менее 8%, выход летучих на сухую беззольную массу менее 20%, водопоглощение менее 8%.
Пример 3.
Изготавливают брикет в соответствии с примером 1, но в качестве связующего используют смолу пиролизную тяжёлую марки А (10 мас.ч.) и крахмал кукурузный (5 мас.ч.).
Полученный брикет имеет содержание оксида фосфора на рабочую массу – 0,02%, прочность на сбрасывание более 95%, прочность на истирание в барабане более 90%, влагу общую менее 5%, зольность менее 8%, выход летучих на сухую беззольную массу менее 20%, водопоглощение менее 6%.
Пример 4 (сравнительный)
Для изготовления брикета используют следующие компоненты: 100 мас.ч. немагнитной фракции мелочи коксовой марки МК-1 в качестве углеродсодержащего материала, 10 мас.ч. смолы пиролизной тяжёлой марки Б и 5 мас.ч. муки пшеничной в качестве связующего, 25 мас.ч. воды технической с температурой не менее 80°С.
Исходные компоненты подготавливают следующим образом.
Немагнитную фракцию мелочи коксовой марки МК-1 получают путём магнитной сепарации исходной мелочи коксовой марки МК-1 с максимальным значением магнитной индукции 1,2 Тл. Далее мелочь коксовую загружают в смеситель бегунового типа, добавляют последовательно смолу пиролизную тяжёлую марки А, муку ячменную и воду, при этом после добавления каждого из перечисленных компонентов перемешивают смесь до гомогенного состояния. Полученную брикетную смесь подают в валковый пресс с максимальным усилием сведения валков 150 тс. Брикет высушивают при температуре 150°С в течение 1 ч. Высушенный брикет охлаждают при температуре окружающего воздуха.
Полученный брикет имеет содержание оксида фосфора на рабочую массу 0,3%, прочность на сбрасывание более 95%, прочность на истирание в барабане более 90%, влагу общую менее 5%, зольность менее 8%, выход летучих на сухую беззольную массу менее 20%, водопоглощение менее 10%.
Таблица 1
Свойство
Пример 1
Пример 2
Пример 3
Пример 4 (сравнительный)
Содержание оксида фосфора на рабочую массу, %
0,05
0,04
0,02
0,3
Таким образом, способ по изобретению позволяет получить брикеты с низким содержанием оксидов фосфора, с высокой прочностью и низким водопоглощением, что позволяет использовать их в процессах производства кремния в рудно-термических печах.