БРИКЕТ ДЛЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

Полезная модель относится к области металлургии и может быть использована для изготовления металлургических брикетов, являющихся эффективным заменителем кокса в доменном процессе получения чугуна.
В настоящее время в условиях сокращения месторождений коксующихся углей и высокой стоимости и трудоемкости получения кокса использование вторичного сырья и соответствующих прогрессивных технологий является реальным путем к повышению конкурентоспособности металлургического производства и продукции.
Современный этап научно-технического прогресса в этой области неразрывно связан с созданием эффективных энергосберегающих технологий, обеспечивающих комплексное использование сырья, материалов и снижение вредного воздействия на окружающую природную среду.
В этом отношении приготовление брикетов из мелкофракционных и тонкодисперсных компонентов - отходов металлургического производства представляется одним из рациональных способов подготовки шихты. Брикетирование - процесс получения кусков (брикетов) с добавкой связующих веществ с последующим прессованием смеси в брикеты нужного размера и формы [Катинев В.И., Барсукова Е.Ю и др. Брикеты из мелкодисперсных отходов металлургического и коксохимического производств - экономически выгодная замена традиционной шихты металлургических переделов. - Металлург. - 2002. - №10].
Целью структурообразования мелких материалов является не только получение определенного размера кусков, но и создание в искусственных структурах комплекса заданных физико-химических свойств [Белкин А.С., Юсфин Ю.С., Курунов И.Ф. и др. Использование железококсовых брикетов на цементной связке. - Металлург. - 2003. - №4].
В связи с этим существует закономерная причинно-следственная связь технологических параметров процессов структурообразования с качественными характеристиками подготовленных материалов.
Брикетирование мелкозернистых и тонкодисперсных материалов со связующими веществами - наиболее универсальный способ вовлечения в переработку ценных топливных и минеральных сырьевых компонентов - отходов металлургического производства, которые по своему агрегатному физическому состоянию непригодны для непосредственного использования в технологических процессах и аппаратах. При этом отличительной особенностью процесса брикетирования является возможность изготовления брикетов из шихтовых смесей, эффективных для основных типов агрегатов металлургического передела.
Наиболее близким по технической сущности является брикет для металлургического производства, включающий углеродсодержащий материал и в качестве связующего вещества - портландцемент [Патент РФ №2183679 МПК 7С21С 5/52, С21В 3/00, С22В 1/24, С22В 1/242. Брикет для металлургического производства, брикет для промывки горна доменной печи и способ изготовления брикетов].
Известное техническое решение обеспечивает возможность получения металлургических брикетов различных габаритов и массы. Вместе с тем прототип имеет следующие существенные недостатки:
- длительный цикл приготовления брикета, связанный с увеличенной продолжительностью затвердевания портландцемента;
- нестабильность свойств брикетов, определяемая изменением их прочностных характеристик во времени;
- необходимость термообработки брикета, определяющая повышенные затраты на сушильные печи, соответствующие площади и др.;
- достаточно высокое содержание связующего (15...20%), обеспечивающее повышенную зольность брикета при использовании в металлургических агрегатах;
- неудовлетворительная смачиваемость раствором портландцемента углеродсодержащих материалов и, как следствие этого, недостаточный уровень его адгезии и прочности.
Все это в своей совокупности существенно снижает качество указанных металлургических брикетов и эффективность их применения в металлургическом производстве.
В основу предложения положена задача создать такой состав металлургического брикета, который обеспечил бы улучшение его качества за счет обеспечения повышенных прочностных характеристик и сокращения продолжительности подготовки брикета путем его ускоренного самоотверждения и исключения термообработки.
3
Указанная задача решается таким образом, что брикет для металлургического производства, включающий коксовую мелочь и неорганическое связующее и выполненный в форме отдельного элемента произвольной конфигурации, согласно предложению, в качестве связующего содержит алюмоборфосфатный концентрат плотностью 1300...1350 кг/м при следующем соотношении ингредиентов, % масс.:
коксовая мелочь
90...94
алюмоборфосфатный концентрат
остальное,
при этом связующее распределено в брикете в виде каркасной конструкции.
Алюмоборфосфатный концентрат (АБФК) является эффективным высокотемпературным связующим материалом. Его подготовка - водный раствор - проста в осуществлении, не требует больших затрат времени, а сам получаемый раствор АБФК экологически безопасен.
Водный раствор алюмоборфосфатного концентрата обеспечивает ускоренное самотвердение брикета вследствие его взаимодействия с компонентами наполнителя и распределения его в виде каркасной конструкции обеспечивает повышенные прочностные характеристики и высокую адгезионную способность без термообработки.
Таким образом, указанные особенности повышают физико-механические характеристики металлургических брикетов и обеспечивают значительное улучшение их качества.
Изготовление металлургических брикетов осуществляют следующим образом.
3
Готовят раствор АБФК плотностью 1300...1350 кг/м и вводят его в коксовую мелочь при следующем соотношении ингредиентов, % масс.:
коксовая мелочь
90...94
раствор алюмоборфосфатного концентрата
остальное
Коксовая мелочь является отходом металлургического производства.
Затем ингредиенты перемешивают и подготовленную смесь формуют на вибропрессах в соответствующей оснастке (ячейках матрицы) под действием давления и вибрации. Продолжительность вибропрессования составляет 15...30 с, в зависимости от типа применяемого вибропресса. При этом могут быть получены металлургические брикеты практически любой конфигурации и размером от 20×20×20 мм до 500×1500×1500 мм. За один цикл (не более 30 с) может изготавливаться от 0,05 до 1,2 кубических метров металлургических брикетов.
3
3
3
Плотность раствора алюмоборфосфатного концентрата 1300...1350 кг/м и его количество 6...10% масс. создают условия для равномерного распределения связующего на частицах наполнителя и образования каркасной конструкции связующего в брикете. При плотности более 1350 кг/м вязкость раствора алюмоборфосфатного концентрата повышается настолько, что затрудняет это распределение. Наблюдается нежелательное преждевременное окомкование материала. Плотность раствора АБФК менее 1300 кг/м не обеспечивает требуемый уровень прочности и других физико-механических свойств металлургических брикетов.
Изготовление предлагаемых металлургических брикетов иллюстрируется следующим примером.
3
Пример. При подготовке связующего получают растворы АБФК плотностью 1350 кг/м. Для этого исходный состав АБФК (ТУ 113-08-606-87) разбавляют водой.
Связующий раствор вводят в коксовую мелочь. Варьируется количество раствора АБФК в смеси: 6; 8; 10% масс.
Ингредиенты перемешивают в шнековом смесителе и подготовленную смесь формуют в ячейках матрицы на вибропрессе с усилием прессования 160 кН и вибрацией с амплитудой 0,5...0,8 мм и частотой 50 Гц. Продолжительность вибропрессования составляет 15 с. При этом получают металлургические брикеты размером 100×100×100 мм. За один цикл изготавливают 0,15 кубических метров металлургических брикетов.
Сравнительные характеристики металлургических брикетов представлены в таблице. В качестве базовых приведены свойства брикетов, полученных вибропрессованием с использованием портландцементной связки (прототип).
Сравнительные характеристики металлургических брикетов
Наименование характеристик
Прототип (брикеты на портландцементе)
Разработанные составы брикетов при разных количествах АБФК, % масс.
6
8
10
1. Продолжительность приготовления, ч
30...36
0,5
0,7
1,0
2. Продолжительность изменения свойств, сут.
3...5
0,6
0,8
1,0
3.. Влажность, %
9...13
0,5
1,1
1,5
4. Необходимость термообработки
Да
Нет
Нет
Нет
5. Зольность, %
1,8...2,0
0,1
0,3
0,4
6. Содержание серы, %
0,24...0,48
0,06
0,08
0,1
7. Ударная прочность, %
50...52,8
73
76
78
8. Пористость (открытая), %
16...20
30
33
34
9. Плотность, г/см<sup>3</sup>
2,1...2,3
1,65
1,62
1,60
10. Прочность на сжатие, МПа
9,5...11,0
17,8
19,0
21,2
11. Осыпаемость, %
1,1...2,7
0,8
0,6
0,5
12. Температура размягчения, °С
1150...1200
1480
1510
1520
Представленные данные свидетельствуют о том, что использование в качестве связующего раствора АБФК позволяет обеспечить значительное повышение физико-механических свойств и улучшение качества брикетов для металлургического производства.
Заявленный состав брикетов для металлургического производства опробован при получении чугуна в доменном процессе, показав его значительную эффективность.
Учитывая повышенный комплекс физико-механических свойств металлургических брикетов, они могут быть использованы как заменители дорогостоящего и дефицитного кокса.