ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БРИКЕТОВ ДЛЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
CHARGE FOR MANUFACTURING OF BRICKS FOR METALLURGICAL PRODUCTION

Настоящее изобретение относится к области строительства и металлургии, а именно к производству брикетов для металлургического производства с использованием сульфатно-шлакового вяжущего.
В настоящее время отходы металлургического производства частично утилизируются путем использования метода динамического горячего прессования чугунной стружки, а частично используются как связующее вещество для получения качественных брикетов из железных руд и концентратов. Способ брикетирования руд с чугунной стружкой предложен Н.А.Ярхо для криворожских гематитовых руд.
Недостатками указанных технических решений являются получение брикетов с относительно невысокими физико-механическими свойствами и недостаточная степень утилизации промышленных отходов, а также обладающих повышенными энергозатратами ввиду необходимости использования при брикетировании большого количества электроэнергии на обжиг, электросушку брикетов.
3
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является получение брикетов для использования в производстве металлургического оборудования с повышенными эксплуатационными характеристиками, в частности длительным сроком службы, надежностью и экономичностью, за счет исключения из процесса дорогостоящих компонентов: «портландцемента» и «активированного торфа», и за счет расширения диапазона использования отходов сталеплавильного производства. При этом технический результат заключается в наделении металлошихты высокой химической стабильностью и повышенным ее насыпным весом, порядка 2,7-2,8 т/м при сохранении физико-химических свойств. Другой задачей является охрана окружающей среды за счет утилизации отходов производства, получение шихты на основе вяжущего нормального твердения, обладающего повышенной коррозионной стойкостью.
2
2
3
2
Поставленная задача достигается за счет того, что в шихте для изготовления брикетов для металлургического производства, содержащей железоуглеродистые отходы электросталеплавильного производства, карбюризатор и связующий материал, в качестве связующего материала применяют рафинировочный шлак, образующийся в процессе внепечной обработки стали на установке печь-ковш, который включает в себя следующие оксиды (мас.%): SiO 14-34, AlО 1,5-14, CaO 37-64, MgO 3-14, TiO 0,05-0,5, MnO 0,14-2,6, FeO - менее 0,5.
Возможны и другие варианты выполнения изобретения, согласно которым необходимо, чтобы:
- в качестве железосодержащих отходов использовали бы различного рода металлургическую окалину, в том числе прокатную, плавильную пыль и металлургический шлам;
- в качестве карбюризатора использовали бы твердые углеродосодержащие материалы - коксовую мелочь и пыль и/или их смеси;
- используемые компоненты применяли бы с крупностью частиц не более 5 мм, причем доля частиц с размером 1 мм и менее в составе рафинировочного шлака составляла бы 97-98%;
- используемые компоненты смешивались бы в следующем соотношении, мас.%:
рафинировочный шлак
15-60
окалина
5-60
плавильная пыль
5-70
коксовая мелочь
8-35
Указанные признаки изобретения являются существенными и взаимосвязанными между собой причинно-следственной связью с образованием совокупности существенных признаков, достаточных для достижения технического результата, а именно сохранение окружающей среды за счет утилизации отходов сталеплавильного производства, используемых для производства металлошихты с высокой химической стабильностью и повышенным ее насыпным весом за счет применения вяжущего нормального твердения с повышенной коррозионной стойкостью.
Применение брикетов в шихтовке электросталеплавильного процесса (в составе завалки и подвалки металлошихты) в 120 тонной дуговой печи, в количестве до 5% от общей массы шихтовки (6 тонн) позволяет увеличить выход жидкой стали от 85 до 88%, т.е. на 1,7-2,0%. Это обусловлено наличием в составе брикета до 55% окислов железа, что в целом на одну тонну позволяет вносить в печь около 0,3 т металла.
При таком процессе плавки электропечь работает в более "мягком" режиме в период расплавления, т.к. при этом активизируется процесс вспенивания шлака, что способствует более раннему и полному экранированию электрической дуги. Показатели удельного расхода электроэнергии поддерживаются на неизменном уровне около 455-457 кВт/т, также как и длительность плавки 53-64 мин, по при этом обеспечивается возможность сокращения электроэнергии и длительности плавления.
При этом установлено снижение удельного расхода шлакообразующихся материалов (извести, доломита) на 2,0-3,0 кг/т, которые присаживают в печь по ходу технологического процесса. Это объясняется высоким их содержанием (до 40%) в рафинированном шлаке. Пониженный расход шлакообразующих материалов против штатных показателей позволил обеспечить стандартные показатели фосфора и серы при расплавлении металла в печи. При использовании брикетов пылевыделение с технологическими газами соответствует штатной (традиционной) экологической ситуации, негативного влияния нет на атмосферные показатели.
Сущность настоящего изобретения заключается в следующем.
2
2
3
2
Согласно изобретению шихта, предназначенная для изготовления брикетов или плитки для применения в металлургическом производстве, например, в шихтовке электросталеплавильного процесса, содержит железоуглеродистые отходы электросталеплавильного производства, карбюризатор и связующий материал, при этом в качестве связующего материала применяют рафинировочный шлак, образующийся в процессе внепечной обработки стали на установке печь-ковш, которая имеет следующий химический состав (мас.%): SiO 14-34, AlО 1,5-14, CaO 37-64, MgO 3-14, TiO 0,05-0,5, MnO 0,14-2,6, FeO - менее 0,5.
Дополнительно при получении брикетов в качестве железосодержащих отходов используют прокатную окалину, коксовую мелочь и плавильную пыль электросталеплавильного процесса, а используемые компоненты выбирают с размером частиц в основном менее 1 мм, где-то 97,0-98,0 мас.%.
Для получения качественного брикета с высокими физико-химическими свойствами, целесообразно чтобы компоненты смешивались бы в следующем соотношении, мас.%:
рафинировочный шлак
15-60
окалина
5-60
плавильная пыль
5-70
коксовая мелочь
8-35
Химический состав шихты, включающей в качестве компонентов плавильную пыль 23-27%, рафинировочный шлак 33-37%, окалину 28-32% и кокс 8,0-12,0%, представлен в таблице №1. (Массовая доля, %)
Таблица №1
CaO
P
Fe<sub>общ</sub>
F<sub>мет</sub>
FeO
Fe<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
CaO+MgO
С
S
влага
24
0,053
32,2
0,77
20,0
23,0
9,2
7,8
0,73
4,1
Химический состав обожженного готового брикета, полученного из шихты, включающей в качестве компонентов плавильную пыль 23-27%, рафинировочный шлак 33-37%, окалину 28-32% и кокс 8,0-12,0%, представлен в таблице №2 (Т обж.=1180°С в течение 120 мин).
Таблица №2
CaO
Р
Fe<sub>общ</sub>
F<sub>мет.</sub>
FeO
Fe<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
С
S
31,0
0,020
40,8
27
30,9
1,3
2,1
1,2
В экспериментальных условиях установлено (по данным табл.1 и 2), что при термической обработке брикетов в ограниченных пределах рассматриваемого состава (до Т=1180°С) степень металлизации (содержание в них Fe мет) возрастает от 0,8 до 27-36%. О эффективном развитии процесса металлизации свидетельствует появление на поверхности брикетов ярко выраженною металлического блеска. Снижение содержания в брикете углерода (%, С менее 5-8%) ограничивает активность восстановления железа.
Таким образом, установлена перспективность использования брикетов, скомпонованных без специальной предварительной термической подготовки (в сыром виде), в составе металлошихты электросталеплавильного процесса, т.к. конечная температура выплавляемой стали (1600-1620°С) и длительность цикла плавки позволяют обеспечить максимальную степень восстановления Fe из брикетов (степень его металлизации).
В одном из вариантов выполнения изобретения количество рафинировочного шлака в смеси максимально увеличивается с уменьшением в составе смеси плавильной пыли.
2
2
2
2
Предлагаемая к патентованию шихтовка компонентного состава железоуглеродистых брикетов предусматривает использование широкого диапазона металлургических отходов, включая шлак и плавильную пыль, особенностью брикетирования является использование в его составе в качестве связующего материала также вторичного продукта электросталеплавильного производства - рафинировочного шлака, образующегося в процессе внепечной обработки стали на установке печь-ковш в результате использования шлакообразующих и окисляющих материалов: извести (СаО), плавикового шпата (CaF), магнезита (MgO), соединений алюминия и др. По своему химическому составу рафинировочный шлак приближается к составу белитового портландцементного клинкера, широко используемого в качестве связующего вещества, и относится к основным шлакам с модулем основности Мо=2,2-2,3, величина которого характеризует этот вид шлака как самораспадающегося. При естественном охлаждении от технологической температуры, порядка 1560-1620°С до 20-30°С. шлак практически полностью подлежит разложению в порошок - до 98%, чему способствует полиформизм двухкальциевого силиката 2CaO*SiO, содержание которого в рафинировочном шлаке сталеплавильного производства Молдавского металлургического завода составляет 64-68%. Его разложению способствует переход более плотной модификации β - 2СаО*SiO в устойчивую низкотемпературную - 2CaO*SiO с плотностью 2,85-3,0, сопровождающийся существенным увеличением объема шлака.
2
3
2
Степень механического распада шлака достаточно высокая. Основная его фракция - частицы размером менее 1 мм составляют 97-98% от общей массы. Содержание металлических включений в виде шариков и пластинок до 1,5 мм составляют 1,5%. Основу рафинировочного шлака составляют оксиды, которые образуют четыре основных минерала под собирательным названием «клинкерные». При контакте с водой они образуют кристаллические и коллоидные гидраты, т.е. способствуют гидравлической активности шлака и соответственно прочности взаимосвязи компонентов брикета. Именно гидратные соединения способствуют превращению порошкового материала в твердое тело. Гидравлическая активность (Ма), определяемая как процентное отношение ALО к SiO, у основных шлаков колеблется от 0,1 до 0,5.
Естественное разложение шлака позволяет исключить операцию по размолу шлака, что существенно упрощает и удешевляет технологию изготовления брикетов.
2
2
3
2
В качестве примера рассмотрим получение брикетов, используемых в производстве марок стали, типа сталь 20. Брикет представляет собой прессованный холодным методом объем, в качестве связующего материала в котором применен рафинировочный шлак, образующийся в процессе внепечной обработки стали на установке печь-ковш. Шлак включает в себя следующие оксиды: SiO=21 мас.%, AlО=7,5 мас.%, СаО=51 мас.%, MgO=11 мас.%, MnO=0,9 мас.%, FeO - менее 0,5 мас.%, TiO=0,07 мас.%, при этом в качестве карбюризатора используют твердые углеродосодержащие материалы - коксовую мелочь и пыль.
Перед прессованием компоненты с размером частиц около 1 мм механически смешиваются при помощи смесителя в следующем соотношении, мас.%:
рафинировочный шлак
45
окалина
51
плавильная пыль
19
коксовая мелочь
27
По своему химическому составу полученные брикеты являются первородной шихтой. Имеют правильную форму (100×100×100 мм). Вес каждого 26-30 кг. Брикеты обладают высокой прочностью при сжатии около 5 МПа и транспортабельностью. Их использование - реальный путь ресурсосбережения производства.
В основном получаемые из патентуемой шихты брикеты предназначены для выплавки низко и среднеуглеродистых марок стали. При уменьшении содержания в шихте «вредных» цветных примесей появляется возможность их использования при производстве высококачественных марок стали. Использование брикетов позволяет весь шлак и пыль металлургического производства не складировать, а утилизировать в сталеплавильном процессе.
Применение мелких порошкообразных материалов в брикетированном виде в значительной степени снижает их потери при хранении и использовании, придаст материалам ряд свойств, присущих только брикетированному сырью - повышенную активность, оптимальное усвоение в процессе использования.