СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЗОВАННОГО ПРОДУКТА ДЛЯ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ
METHOD FOR PREPARING METALLIZED PRODUCT FOR STEEL STEELING

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при изготовлении металлизованного продукта, применяемого для выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи.
Перспективным направлением в черной металлургии является производство и применение металлизованной шихты. Металлизованная шихта с содержанием металлического железа более 80% является альтернативой металлическому лому и используется при выплавке сталей в дуговых сталеплавильных печах (ДСП), чистых по примесям цветных металлов. Оптимальной степенью металлизации считается 90 - 94%, при содержании пустой породы не более 5%. Содержание вредных примесей -серы и фосфора должно быть минимальным, а содержание углерода - в пределах 1 - 2%.
Большая часть металлизованных материалов представлена окатышами или брикетами, полученными путем горячего брикетирования. Металлизованное сырье производят непосредственно из оксидного железосодержащего сырья без применения кокса, минуя аглодоменный передел, в печах шахтного типа с использованием в качестве восстановителя конвертированного природного газа. Такие технологии связаны с высоким расходом природного газа и технологически сложным процессом его конвертации.
Развитие технологий металлизации в настоящее время пошло по пути интеграции процессов улучшения качества металлизованных материалов, использования в качестве восстановителей набора твердых углеродсодержащих материалов. Этот набор включает в себя, как правило, энергетические (неспекающиеся) угли, продукт их термической переработки, а также другие углеродсодержащие материалы (Курунов, И.Ф. Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа / И.Ф. Курунов, И.А.Савчук. М: Черметинформация, 2002, 198 с.)
Изучение процессов твердофазного восстановления железа из оксидов с использованием углей в качестве восстановителей и разработка энергоэффективных технологий получения и применения металлизованных материалов является актуальным научным направлением в черной металлургии.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ приготовления шихты для получения металлизированного продукта (RU №2430979 С22В 1/243, опубл. 10.10.2011 г.) Способ включает дозированное смешение оксидсодержащего материала с углеродсодержащим восстановителем, подачу кремнеземсодержащего связующего, агломерацию, термообработку полученных агломератов. В качестве кремнеземсодержащего связующего в исходную смесь подают жидкое стекло. Термообработку железо-углерод содержащих агломератов производят в восходящем и нисходящем потоках газов, которые подают из теплообменника охлаждения отходящих газов печи металлизации, а температуру при термообработке агломератов поддерживают 350-400°С. В качестве оксидсодержащего материала используют железорудный концентрат, в качестве восстановителя - измельченный бурый уголь, в качестве связующего используют жидкое натриевое стекло при следующем соотношении компонентов, вес. %:
железорудный концентрат - 60-70,
измельченный бурый уголь - 15-22,
жидкое натриевое стекло - 10-22.
Недостатком известного способа является достаточно большой расход жидкого стекла при приготовлении шихты, что приводит к значительному увеличению массы шлаковой составляющей продуктов высокотемпературного обжига, а также достаточно высокая температура предварительной термообработки агломератов шихты, при которой углеродсодержащий восстановитель - бурый уголь, начинает терять летучие углеродсодержащие компоненты. Эти недостатки отрицательно отражаются на технико-экономических показателях процесса прямого восстановления железа из шихты.
Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в высокой степени извлечения железа из железосодержащего концентрата для повышения качества получаемого метализованного продукта, снижении шлаковой составляющей при применении этого продукта в сталеплавильной печи (ДСП), создании продукта с повышенной степенью металлизации, обладающего повышенными прочностными характеристиками, позволяющими осуществлять его транспортировку, складирование и загрузку в сталеплавильный агрегат.
Существующая техническая проблема решается тем, что в известном способе приготовления металлизованного продукта методом прямого восстановления из оксидсодержащего материала, включающем дозированное смешение измельченных оксидсодержащего материала с углеродсодержащим восстановителем и кремнеземсодержащим связующим, термообработку полученной шихтовой смеси, согласно изобретению, в качестве оксидсодержащего материала используют железосодержащий концентрат, полученный при гидрометаллургическом обогащении железомарганцевых руд, в качестве углеродсодержащего восстановителя - уголь длиннопламенный марки Д, в качестве кремнеземсодержащего связующего используют бентонит при следующем соотношении компонентов, мас. %:
железосодержащий концентрат
63,0-74,0
уголь длиннопламенный марки Д
27,0-33,0
бентонит
2,0-4,0,
полученную шихтовую смесь увлажняют бентонитовой суспензией в количестве 8 - 10% от массы сухой шихты, формируют брикеты с помощью гидравлического пресса при давлении 4,8 - 5,0 МПа, затем осуществляют термообработку полученных брикетов при температуре 393К в течение двух часов, после чего брикеты подвергают восстановительному обжигу при температуре 1373К в течение 60 мин.
Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого изобретения, заключается в повышении качества металлизованного продукта, за счет использования в шихте оксидсодержащего материала с высоким содержанием железа 81 - 83%, снижении шлаковой составляющей при использовании продукта в сталеплавильном процессе, увеличении степени металлизации продукта до 96 - 98,5%, повышении прочностных характеристик продукта до 96 - 98%, позволяющих транспортировать, хранить и загружать его в печь без значительных потерь.
Используемый железосодержащий концентрат получен при гидрометаллургическом обогащении железомарганцевых руд по технологической схеме, разработанной и представленной в исследовании - Нохрина О.И., Рожихина И.Д., Рыбенко И.А., Голодова М.А., Израильский А.О. Гидрометаллургическое обогащение полиметаллических и железомарганцевых руд // Известия вузов. Черная металлургия. - 2021. - №4. - С. 271-279.
Состав железосодержащего концентрата характеризуется высоким содержанием железа и низким содержанием примесей. Результаты рентгенофазового анализа показали, что основная часть железа содержится в виде гематита, оставшееся железо содержится в магнетите и гетите, имеются также фазы, представленные кварцем, коалинитом, хлоридом кальция.
Усредненные результаты химического анализа исходного железосодержащего концентрата приведены в таблице 1.
В качестве восстановителя использован уголь длиннопламенный марки Д. Технический состав угля и химический состав золы угля приведены в таблицах 2 и 3.
Основность минеральной части угля равна 0,194, что способствует ускорению твердофазного восстановления железа из оксидов. При температуре выдержки превышающей 1373К степень восстановления железа из брикетов, в состав которых в качестве восстановителя входит длиннопламенный уголь, составляет 90,15%.
В качестве связующего в предлагаемом изобретении использован бентонит. В составе предлагаемой шихты 2 - 4% бентонита приводят к незначительному увеличению массы шлаковой составляющей продуктов металлизации.
Увлажнение полученной смеси бентонитовой суспензией позволяет повысить прочность формируемых брикетов. Формируют брикеты с помощью гидравлического пресса при давлении 4,8 - 5,0 Мпа, использование давления ниже 4,8 МПа не позволяет формировать брикеты заданных размеров, а повышение давления выше 5,0 МПа не целесообразно. После термообработки брикетов производится восстановительный обжиг, в результате которого в полученном продукте достигается степень металлизации на уровне 98,5%. Пример конкретного выполнения.
Для осуществления предложенного способа в лабораторных условиях из заявленных компонентов шихты, включающей железосодержащий концентрат - 67,35 г, уголь длиннопламенный - 29,65 г, бентонит - 3 г. изготовили смесь (использовали фракции материалов от -0,8 мм до +0,063 мм), которую тщательно перемешали в герметичном лабораторном смесителе в течение 30 минут. В лабораторной керамической ступке осуществляли поэтапное увлажнение полученной смеси. Увлажнение проводили бентонитовой суспензией. Для приготовления суспензии в 100 мл дистиллированной воды растворяли 20 мг бентонитовой глины. Количество суспензии составляло 8 - 10% от массы сухой шихты. Таким образом, были получены увлаженные брикеты с влажностью 8 - 10% и содержанием бентонита 3%. Шихтовые смеси в количестве 50 г каждая последовательно помещали в специальную пресс-форму диаметром 35 мм. Далее осуществляли брикетирование на гидравлическом прессе П-10. Давление при прессовании смесей составляло 5 МПа. Полученные брикеты подвергали сушке (термообработке) в сушильном шкафу СНОЛ-1 при температуре 393К в течение двух часов.
Содержание углерода в брикете было рассчитано по реакции на полное восстановление железа из железосодержащего концентрата.
2
3
FeO+3C=2Fe+3CO
мет
общ
Процесс металлизации в восстановительной атмосфере проводили в печи сопротивления с графитовым нагревателем (печь Таммана). Брикет помещали в графитовый тигель, далее тигель с брикетом помещали в печь, нагретую до температуры 1373К, и производили изотермическую выдержку в течение 60 мин. В полученных металлизованных продуктах методами химического анализа определяли содержание Fe, Fe, углерода, серы, фосфора. Усредненные результаты экспериментов представлены в таблице 4.
Полученный металлизованный продукт испытывали на определение прочности на сбрасывание согласно установленным стандартам, показатель прочности на сбрасывание составил 96,0 - 98,0%, что является достаточными прочностными характеристиками для транспортировки, хранения и загрузки материалов в печь без значительных потерь.
Результаты аттестации физико-химических свойств металлизованного продукта, включающего железосодержащий концентрат, полученный при гидрометаллургическом обогащении железомарганцевых руд и уголь длиннопламенный в качестве восстановителя, показали, что металлизованный продукт содержит металлического железа более 80% при степени металлизации более 95%, а также содержит минимальное количество серы и фосфора, что соответствует требованиям, предъявляемым к металлизованным продуктам для выплавки стали в дуговых электропечах.