СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫЙ ФЛЮС И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)
STEEL-SMELTING FLUX AND METHOD OF ITS PRODUCING (VERSIONS)

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам и способам производства флюсов, применяемых при производстве стали в конвертерах.
Известен флюс ожелезненный магнезиальный (ФОМ), содержащий 80-90% оксидов магния; 1,5-3% оксидов кальция; 6-8% оксидов железа и 1,5-3,5% оксидов кремния, применяемый для выплавки стали в конвертерах. Производится флюс путем совместного обжига во вращающихся печах магнезиальных материалов и железосодержащих добавок [1].
Недостатком состава спеченного ФОМ является медленное его растворение в шлаковом расплаве вследствие малого количества присутствующих в нем оксидов железа, которых недостаточно для связывания оксидов магния в магнезиоферриты быстрорастворимые в железистом конвертерном шлаке. В результате во флюсе образуются огнеупорные зерна периклаза (MgO), препятствующие быстрому растворению флюса в шлаке. Последнее обстоятельство ограничивает использование ФОМ в конвертере в период нанесения шлакового гарнисажа на футеровку конвертера.
Наиболее близкой к заявляемому изобретению композицией того же назначения, принятой за прототип по совокупности существенных признаков, является состав флюса магнезиального брикетированного с углеродом и оксидами железа (ФМБУЖ), содержащий 1-35% оксидов кальция, 3-15% оксидов железа; 1-10% оксидов кремния; 1-4% оксидов алюминия; 1-10% органических и (или) минеральных соединений; 3-20% углерода и остальное оксиды магния [2]. Флюс изготавливается смешением компонентов шихты с последующим брикетированием полученной массы в готовые брикеты. Состав компонентов шихты следующий: обожженный магнезит, содержащий оксиды железа (мелкая фракция ФОМ), каустический магнезит, кокс и связки в виде лингосульфаната [3].
Недостатком свойств, зависящих как от состава вышеуказанного флюса, так и от способа его получения, в частности состава шихтовых компонентов, является высокая открытая пористость и низкие значения предела прочности при сжатии, что приводит к снижению выхода годного флюса. Объясняются эти недостатки тем, что в процессе перемешивания компонентов шихты совместно со связующим, в котором присутствует влага, а также при дальнейшем брикетировании смеси выделяются значительные количества тепловой энергии, которая способствует выделению паров влаги. Пары влаги образуют при охлаждении готовых брикетов поры, увеличивая пористость готовых брикетов, снижают их плотность рикетов и уменьшают сцепление частиц компонентов, приводящее к снижению предела прочности при сжатии.
Задачей изобретения является создание флюса, обладающего низкой открытой пористостью, высокой прочностью при сжатии, и увеличение выхода годного.
Поставленная задача достигается тем, что известный брикетированный флюс, содержащий оксиды магния, кальция, железа, кремния, алюминия, органические и (или) минеральные соединения и углерод, согласно изобретению дополнительно содержит оксиды и(или) хлориды щелочных металлов и гидрокарбонатные формы магния, определяемые в виде потерь при прокаливании при следующем соотношении компонентов, мас.%:
оксид кальция
0,5-10,0
оксид железа
0,1-8,0
оксид алюминия
0,1-15,0
оксид кремния
1,0-8,0
оксиды и (или) хлориды
щелочных металлов
0,01-5,0
потери при прокаливании
0,1-30,0
углерод
0,01-12,0
органические и (или)
минеральные соединения
1,0-10,0
оксид магния
остальное.
Снижению открытой пористости заявляемого флюса способствует способ получения флюса, включающий смешение обожженных во вращающейся печи магнезиальносодержащих, углеродсодержащих и связующих материалов, брикетирование полученной массы в виде брикетов и согласно изобретению дополнительное введение алюмосодержащих отходов от производства алюминия при следующем соотношении шихтовых материалов, мас.%
обожженные магнезиально-содержащие материалы
20-80
углеродсодержащие материалы
0,5-12
связующие материалы
1,0-6,0
алюмосодержащие отходы от
производства алюминия
остальное.
Увеличению прочности при сжатии, а также повышению выхода годного заявляемого флюса способствует способ получения флюса, включающий смешение обожженных во вращающейся печи магнезиально-содержащих и связующих материалов, брикетирование полученной массы в виде брикетов и согласно изобретению дополнительное введение природных магнезита и (или) брусита, а также алюмосодержащих отходов от производства алюминия при следующем соотношении шихтовых материалов, мас.%:
обожженные магнезиально-содержащие материалы
10-28
магнезит и (или) брусит
20-65
связующие материалы
1,0-6,0
алюмосодержащие отходы
от производства алюминия
Остальное.
2
2
Присутствие в сталеплавильном флюсе оксидов и (или) хлоридов, и (или) фторидов щелочных металлов (NaO, KO, NaCl, KCl, NaF, KF) обусловлено введением в состав шихты алюминистого шлака, являющегося отходом при производстве вторичного алюминия из алюминистого лома. Содержание оксидов и хлоридов в таком шлаке может достигать 30%.
При перемешивании шихты со связующим, содержащим влагу, с дальнейшим брикетированием флюса содержащиеся в нем оксиды и (или) хлориды, и (или) фториды щелочных металлов, растворяясь в воде, образуют щелочной раствор с повышенной плотностью. Температура испарения этого раствора выше, чем температура испарения воды. Поэтому при перемешивании и брикетировании флюса выделяемой тепловой энергии не хватает для образования веществ в парообразном состоянии. Исключение при изготовлении флюса парообразных веществ снижает пористость и увеличивает сцепление между частицами компонентов шихты при брикетировании флюса.
Введение в состав шихты, наряду с алюминистым шлаком природных магнезита и (или) брусита, за счет присутствия в них гидрокарбонатных форм, а также повышенного содержания оксидов алюминия в алюминистом шлаке повышают вяжущие свойства магнезита и брусита. В результате увеличивается сила сцепления частиц флюса, что приводит к повышению прочности флюса при сжатии и, тем самым, к повышению выхода годного флюса при его изготовлении.
Если содержание во флюсе оксидов и (или) хлоридов, и (или) фторидов щелочных металлов составит менее 0,01%, то влияния на плотность воды они не окажут, и количество паров воды не изменится, вследствие чего пористость флюсов будет высокой. Если содержание оксидов и (или) хлоридов, и (или) фторидов во флюсе будет выше 30%, то ухудшается экологическая обстановка в процессе приготовления флюса за счет выделения этих веществ в атмосферу. Содержание во флюсе оксидов и (или) хлоридов, и (или) фторидов зависит от введения в шихту соответствующего количества алюмосодержащих отходов от производства алюминия.
Если в состав шихты ввести магнезит и (или) брусит в количестве менее 20% и, соответственно, во флюсе получить менее 0,1% потерь при прокаливании, то флюс будет обладать низкой прочностью при сжатии за счет снижения вяжущих свойств алюминистого шлака и гидрокарбонатных форм при брикетировании флюса. Если количество магнезита и (или) брусита в составе шихты более 65% и, соответственно, в составе флюса содержание потерь при прокаливании составит более 30%, то он будет обладать сильным охлаждающим воздействием на горячий сталеплавильный шлак при его использовании за счет поглощения тепловой энергии при диссоциации гидрокарбонатных форм магнезита или брусита.
Новизна состава заявляемого сталеплавильного флюса и способ его получения (с вариантом) обусловлена отсутствием в патентах и литературе в составах флюсов, содержащих оксиды магния, кальция, железа, кремния, алюминия, углерода, органических и (или) минеральных соединений, наличие оксидов и (или) хлоридов, и (или) фторидов щелочных металлов и потерь при прокаливании, а в составе шихты для получения таких флюсов наличие алюмосодержащих отходов от производства алюминия.
Введение в шихту алюмосодержащих отходов от производства алюминия при заявляемом способе получения сталеплавильного флюса и присутствие в составе флюса оксидов и (или) хлоридов, и (или) фторидов щелочных металлов, позволяющих повысить плотность воды, входящей в связующие и, тем самым, уменьшить парообразование, которое приводит к понижению пористости флюса, определяет неочевидность заявляемого состава флюса и способ его получения.
Способ приготовления сталеплавильного флюса осуществляется следующим образом.
В кюбель загружается необходимое количество обожженного магнезиально-содержащего материала фракции менее 4,0 мм, алюминистый шлак фракции менее 6 мм и кокс фракции менее 4,0 мм. Из кюбеля смесь загружается в лопастной смеситель. В смеситель вводят разведенное водой до плотности 1,0-1,5 кг/л необходимое количество связующего (органические или минеральные соединения) и производят перемешивание всей смеси в течение 20-30 минут. По транспортеру смесь подается в валковый брикетный пресс (ПБВ-700/200) с усилием прессования 200 т без подпрессовщика. Готовые брикеты из-под пресса по транспортерной ленте поступают в сушильную камеру, а затем в бункер готовой продукции.
Пример 1 конкретного осуществления способа.
В кюбель загрузили смесь материалов в количестве 300 кг. Количество и состав смеси представлены в табл.1.
При перемешивании смеси в смеситель вводили раствор, состоящий из связующего и воды, плотностью 1,2 кг/л. В качестве связующих материалов использовали лингосульфанат (минеральная связка) или фенолформальдегидную смолу (органическая связка). Лингосульфанат или сульфидно-дрожжевую бражку (СДБ) получают из сульфидного щелока, образующегося при сульфатной варке целлюлозы. Фенолформальдегидная смола представляет собой продукт совместной конденсации фенолов, формальдегида и фурфулола. После перемешивания смесь поступала в пресс, после чего брикеты просушивали при температуре 200°С и отгрузили в бункер готовой продукции.
В таблице 2 приведены составы и свойства полученных сталеплавильных флюсов, произведенных по различным вариантам их получения. Из таблицы видно, что заявляемый сталеплавильный флюс, содержащий оксиды и (или) хлориды, и (или) фториды щелочных металлов обладает на 6,5-11% меньшей пористостью, а при содержании в нем гидрокарбонатных форм магния (потери при прокаливании) прочность флюса выше на 1,8-6,2 МПа в сравнении с составом известного флюса. Также значительно увеличился выход годного сталеплавильного флюса в виде брикетов при заявляемых способах его изготовления.
Источники информации.
1. Демидов К.Н., Ламухин А.П., Шатилов О.Ф. и др. Выплавка стали в конвертерах с использованием флюсов с высоким содержанием оксидов магния. Ж. Новые огнеупоры, №5, 2005, с.13.
2. Патент Российской Федерации №2299913, заявлено 12.04.2005 г.
3. Производство сталеплавильного флюса магнезиального брикетированного, содержащего углерод и оксиды железа (ФМБУЖ). Технологическая инструкция ТИ 201-0-01-4, ООО «Бумпереработка».
Таблица 2
Состав и свойства известного (прототип) и заявляемого флюсов в зависимости от вариантов заявляемой шихтовки смесей для получения флюсов.
Наименование
Изготовление флюса (варианты)
Известного
Заявляемого
1
2
3
4
5
6
Состав флюса, %
Оксид кальция
3,1
2,9
2,7
1,5
1,4
1,32
Оксид железа
5,8
6,7
6,1
3,04
2,5
2,9
Оксид алюминия
1,3
7,1
8,7
13,9
14,2
Оксид кремния
2,5
3,4
3,1
3,2
2,9
3,2
Оксиды, хлориды и фториды щелочных металлов
-
0,91
1,3
2,2
2,14
2,1
Потери при прокаливании
-
1,3
2,1
21,9
24,9
14,5
Углерод
7,75
7,6
7,83
0,11
0,1
0,1
Органические и (или) минеральные соединения
-
4,3
3,9
3,5
3,2
3,2
Оксид магния
79,55
65,79
64,27
50,65
48,66
58,38
Свойства флюса:
16,8
10,3
7,4
5,8
6,3
6,1
Открытая пористость, %
Предел прочности при сжатии, МПа
3,6
5,4
6,1
8,7
9,8
7,9
Выход годных брикетов, %
72
84
85
87
89
86