Брикет из шлакообразующей смеси
BRIQUET MADE OF SLAG-FORMING MIXTURE FOR STEEL PURIFICATION

Изобретение относится к металлургической промышленности и может быть использовано для рафинирования различных марок стали, наведения, разжижения и нейтрализации шлаков в агрегатах «ковш-печь» (далее АКП) при внепечной обработке сталей, для ускоренного получения рафинировочных шлаков на поверхности жидкого расплава и нейтрализации их разрушающего влияния на футеровку путем образования в зоне взаимодействия шлака с магнезиальной футеровкой ковша защитной шпинели.
Известен аналог - шлакообразующая смесь в описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1089146, МПК С21С 5/54, от 17.02.1983, опубл. 30.04.1984, включающая известь и отходы производства вторичного алюминия, имеющая следующее содержание компонентов, масс.%: шлак производства силикокальция - 20-50%, отходы производства вторичного алюминия - 10-30%, известь - остальное.
Недостатком данной смеси является то, что шлак производства силикокальция имеет в химическом составе высокое содержание оксида кремния 45-55% и низкое содержание оксида алюминия 2-3%, что приводит к снижению основности шлака, замедлению процесса раскисления.
2
3
Известен наиболее близкий аналог - шлакообразующая смесь для рафинирования стали (варианты) и брикет шлакообразующей смеси (варианты) в описании изобретения к патенту №2401869, МПК С21С 7/00, С21С 7/04, С22В 1/242, от 24.08.2009, опубл. 20.10.2010, Бюл. №29, включающая компоненты, содержащие оксид алюминия (AlO). Шлакообразующая смесь включает компоненты с содержанием в них оксида алюминия в количестве 30-99 мас. % при следующем соотношении их в смеси, мас. %:
компоненты с содержанием Аl<sub>2</sub>О<sub>3</sub>>90
5-35
компоненты с содержанием Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> от 55 до 90
30-70
компоненты с содержанием Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub><55
остальное
Шлакообразующая смесь включает компоненты с содержанием в них оксида алюминия в количестве 30-99 мас. % и алюминия в количестве 1-20 мас. %, при этом соотношение компонентов, содержащих оксид алюминия в смеси, составляет, мас. %:
компоненты с содержанием Аl2О3>90
5-35
компоненты с содержанием Аl2O3 от 55 до 90
30-70
компоненты с содержанием Аl2O3<55
остальное
Шлакообразующая смесь для рафинирования стали включает компоненты с содержанием оксида алюминия в количестве 30-99 мас. % при следующем соотношении их в смеси, мас. %:
компоненты с содержанием Аl2О3>90
5-35
компоненты с содержанием Аl2O3 от 55 до 90
30-70
компоненты с содержанием Аl2O3<55
остальное,
при этом шлакообразующая смесь имеет следующий фракционный состав, мас. %:
компоненты фракцией 0-1 мм
>60
компоненты фракцией 1-10 мм
10-20
компоненты фракцией от 10 до 30 мм
остальное
2
3
Шлакообразующая смесь для рафинирования стали содержит оксид алюминия (AlO) и алюминий, шлакообразующая смесь включает компоненты с содержанием оксида алюминия в количестве 30-99 мас. % и алюминия в количестве 1-20 мас. %, при этом соотношение компонентов, содержащих оксид алюминия в смеси, составляет, мас .%:
компоненты с содержанием Аl2О3>90
5-35
компоненты с содержанием Аl2O3 от 55 до 90
30-70
компоненты с содержанием Аl2O3<55
остальное,
при этом шлакообразующая смесь имеет следующий фракционный состав, мас. %:
компоненты фракцией 0-1 мм
>60
компоненты фракцией 1-10 мм
10-20
компоненты фракцией от 10 до 30 мм
остальное
2
3
Брикет из шлакообразующей смеси для рафинирования стали включает спрессованные частицы компонентов, содержащих оксид алюминия (AlO). Брикет включает связующее, обеспечивающее дефрагментацию брикета на фракции, в количестве 1-4 мас. %, а компоненты, включающие оксид алюминия, содержат оксид алюминия в них в количестве 30-99 мас. % при следующем соотношении их в смеси, мас. %:
компоненты с содержанием Al2O3>90
5-35
компоненты с содержанием Al2O3 от 55 до 90
30-70
компоненты с содержанием Al2O3<55
остальное,
при этом указанные компоненты имеют следующий фракционный состав, мас. %:
компоненты фракцией 0-1 мм
>60
компоненты фракцией 1-3 мм
от 25 до 60
компоненты фракцией 3-5 мм
остальное,
3
причем объемная плотность брикета составляет 1,7-2,0 г/см, влажность - 1-5%, а температура плавления или горения связующего - 550-650°С. В качестве связующего использовано неорганическое связующее, например, строительный цемент, и/или глиноземистый цемент, и/или высокоглиноземистый цемент.
3
2
3
Брикет содержит в качестве связующего органическое связующее, например лигносульфанат, и/или клей ПВА, и/или патоку, и/или крахмал. Брикет имеет объем 40-70 см. Брикет из шлакообразующей смеси для рафинирования стали, включающий спрессованные частицы компонентов, содержит оксид алюминия (AlO) и алюминий. Брикет включает связующее, обеспечивающее дефрагментацию брикета на фракции, в количестве 1-4 мас. %, а компоненты, включающие оксид алюминия и алюминий, содержат оксид алюминия в них 30-99 мас. % и алюминий в количестве 1-20 мас. %, при этом соотношение компонентов, содержащих оксид алюминия в смеси, составляет, мас. %:
компоненты с содержанием Аl2О3>90
5-35
компоненты с содержанием Al2O3 от 55 до 90
30-70
компоненты с содержанием Al2O3<55
остальное,
при этом указанные компоненты имеют следующий фракционный состав, мас. %:
компоненты фракцией 0-1 мм
>60
компоненты фракцией 1-3 мм
от 25 до 60
компоненты фракцией 3-5 мм
остальное,
3
причем объемная плотность брикета составляет 1,7-2,0 г/см, влажность - 1-5%, а температура плавления или горения связующего - 550-650°С.
Брикет содержит в качестве связующего неорганическое связующее, например, строительный цемент, и/или глиноземистый цемент, и/или высокоглиноземистый цемент.
Брикет содержит в качестве связующего органическое связующее, например лигносульфанат, и/или клей ПВА, и/или патоку, и/или крахмал.
3
Брикет имеет объем 40-70 см.
2
3
2
3
За счет использования в данной смеси лома огнеупорных материалов - вторичных материалов (материалы с содержанием оксида алюминия AlO от 55 до 90% в количестве 30-70% и материалы с содержанием оксида алюминия AlO<55), данная смесь имеет низкую стоимость.
2
Недостатки: применение вторичных огнеупорных материалов, имеющих нестабильный химический состав и высокое содержание оксида кремния SiO и других примесей, что в свою очередь вызывает нестабильность химического состава рафинировочного шлака, высокое содержание оксида кремния в сталеплавильном шлаке агрессивно воздействует на футеровку. Брикет выполнен в форме куба, в следствие чего при транспортировке и подаче материала образуется осыпь при трении граней брикетов между собой.
Технический результат: обеспечение стабильности химического состава рафинировочного шлака, повышения основности шлака, ускорения процесса раскисления, снижения агрессивного воздействия шлака на футеровку и образования осыпи при транспортировке и отдаче материала.
Технический результат в брикете из шлакообразующей смеси достигается за счет того, что брикет из шлакообразующей смеси, включающий сформованные частицы ингредиентов с содержанием в них в качестве корундового материала сферокорунд, в качестве отходов производства белого электрокорунда непроплав высокоглиноземистый, в качестве органического связующего дисперсию поливинилацетатную при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:
сферокорунд
80-90
непроплав высокоглиноземистый
5-10
дисперсия поливинилацетатная
5-7,
имеет форму цилиндра и высушен при температуре 50-80°С не менее 15 часов.
В состав брикета из шлакообразующей смеси входят ингредиенты, обеспечивающие получение в химическом составе смеси низкое содержание оксида кремния менее 2% и высокое содержание оксида алюминия - в пределах 85-95%. В таблице 1 приведены следующие ингредиенты, которые используют для получения заданных характеристик химического состава шлакообразующей смеси.
Для меньшего образования осыпи, брикету придают форму цилиндра, имеющую меньшее количество граней, чем у брикета кубической формы. Для формирования брикета цилиндрической формы в качестве органического связующего используют дисперсию поливинилацетатную пластифицированную с массовой долей сухого остатка не менее 52%, условной вязкостью в пределах 11-40 с и клеющей способностью не менее 500 Н/м.
Одновременное присутствие ингредиентов в брикете из шлакообразующей смеси при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:
сферокорунд
80-90
непроплав высокоглиноземистый
5-10
дисперсия поливинилацетатная
5-7
и сушка заявляемого брикета при температуре 50-80°С не менее 15 часов позволяют достичь обеспечения стабильности химического состава рафинировочного шлака, повышения основности шлака, ускорения процесса раскисления, снижения агрессивности воздействия на футеровку и образования осыпи при транспортировке и отдаче материала.
Брикет шлакообразующей смеси в результате нового сочетания ингредиентов при использовании его для рафинирования различных марок стали, наведения, разжижения и нейтрализации шлаков в АКП при внепечной обработке сталей, позволяет стабилизировать химический состав рафинировочного шлака, повысить основность шлака, ускорить процесс раскисления, снизить агрессивное воздействие шлака на футеровку и образование осыпи при транспортировке и отдаче материала.
Поэтому количественные соотношения указанных ингредиентов и свойства, проявляемые этими ингредиентами в совокупности, оказывают основное и непосредственное влияние на технический результат изобретения.
Брикет шлакообразующей смеси, содержащий одновременно вышеуказанные ингредиенты, закономерности их взаимного использования и взаимного влияния неизвестен.
Наличие отличительных от прототипа существенных признаков позволяет признать заявляемое техническое решение новым.
Возможность осуществления заявляемого изобретения в промышленности позволяет признать его соответствующим критерию промышленной применимости.
Заявляемый брикет из шлакообразующей смеси, включающий сформованные частицы ингредиентов с содержанием в них в качестве корундового материала сферокорунд, в качестве отходов производства белого электрокорунда непроплав высокоглиноземистый, в качестве органического связующего дисперсию поливинилацетатную при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:
сферокорунд
80-90
непроплав высокоглиноземистый
5-10
дисперсия поливинилацетатная
5-7,
имеет форму цилиндра и высушен при температуре 50-80°С не менее 15 часов. При изготовлении заявляемого брикета подготовку ингредиентов производят следующим образом: сферокорунд размалывают до фракции 0-1 мм в шаровой мельнице, непроплав высокоглиноземистый передрабливают на роторной дробилке и рассеивают на вибрационном грохоте до фракции 0-3 мм. Затем сухие ингредиенты дозируют с помощью весов, загружают в смеситель и смешивают при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:
сферокорунд
80-90
непроплав высокоглиноземистый
5-10
дисперсия поливинилацетатная
5-7
Далее увлажняют водой до влажности 7-10%. На вибростол устанавливают металлический поддон, на него устанавливают матрицу с ячейками цилиндрической формы. Смесь ингредиентов подают в матрицу, прикладывают вибрацию в течение 1 мин. Масса схватывается в течение 5 мин. Далее с помощью пуансона готовые брикеты в форме цилиндра вынимают из матрицы, металлический поддон с брикетами устанавливают на вагонетку. После того, как все листы заполнены брикетами, вагонетку подают в сушильную камеру. Сушку брикетов производят при температуре 50-80°С не менее 15 часов. Высушенные брикеты расфасовывают в мягкие контейнеры (далее МКР).
Пример 1
Заявляемый брикет из шлакообразующей смеси, включающий сформованные частицы ингредиентов с содержанием в них в качестве корундового материала сферокорунд, в качестве отходов производства белого электрокорунда непроплав высокоглиноземистый, в качестве органического связующего дисперсию поливинилацетатную, имеет форму цилиндра и высушен при температуре 50-80°С не менее 15 часов.
При изготовлении заявляемого брикета подготовку ингредиентов производят следующим образом: сферокорунд размалывают до фракции 0-1 мм в шаровой мельнице, непроплав высокоглиноземистый передрабливают на роторной дробилке и рассеивают на вибрационном грохоте до фракции 0-3 мм. Затем сухие ингредиенты дозируют с помощью весов, загружают в смеситель и смешивают при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:
сферокорунд
82
непроплав высокоглиноземистый
11
дисперсия поливинилацетатная
7.
Далее увлажняют водой до влажности 7-10%. На вибростол устанавливают металлический поддон, на него устанавливают матрицу с ячейками цилиндрической формы. Смесь ингредиентов подают в матрицу, прикладывают вибрацию в течение 1 мин. Масса схватывается в течение 5 мин. Далее с помощью пуансона готовые брикеты в форме цилиндра вынимают из матрицы, металлический поддон с брикетами устанавливают на вагонетку. После того, как все листы заполнены брикетами, вагонетку подают в сушильную камеру. Сушку брикетов производят при температуре 50-80°С не менее 15 часов. Высушенные брикеты расфасовывают в МКР.
Пример 2
Заявляемый брикет из шлакообразующей смеси, включающий сформованные частицы ингредиентов с содержанием в них в качестве корундового материала сферокорунд, в качестве отходов производства белого электрокорунда непроплав высокоглиноземистый, в качестве органического связующего дисперсию поливинилацетатную, имеющий форму цилиндра и высушенный при температуре 50-80°С не менее 15 часов, изготавливают по примеру 1 при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:
сферокорунд
90
непроплав высокоглиноземистый
5
дисперсия поливинилацетатная
5
Пример 3
Заявляемый брикет из шлакообразующей смеси, включающий сформованные частицы ингредиентов с содержанием в них в качестве корундового материала сферокорунд, в качестве отходов производства белого электрокорунда непроплав высокоглиноземистый, в качестве органического связующего дисперсию поливинилацетатную, имеющий форму цилиндра и высушенный при температуре 50-80°С не менее 15 часов, изготавливают по примеру 1 при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:
сферокорунд
77
непроплав высокоглиноземистый
14
дисперсия поливинилацетатная
9
Пример 4
Заявляемый брикет из шлакообразующей смеси, включающий сформованные частицы ингредиентов с содержанием в них в качестве корундового материала сферокорунд, в качестве отходов производства белого электрокорунда непроплав высокоглиноземистый, в качестве органического связующего дисперсию поливинилацетатную, имеющий форму цилиндра и высушенный при температуре 50-80°С не менее 15 часов, изготавливают по примеру 1 при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:
сферокорунд
92
непроплав высокоглиноземистый
4
дисперсия поливинилацетатная
4
Пример 5
Заявляемый брикет из шлакообразующей смеси, включающий сформованные частицы ингредиентов с содержанием в них в качестве корундового материала сферокорунд, в качестве отходов производства белого электрокорунда непроплав высокоглиноземистый, в качестве органического связующего дисперсию поливинилацетатную, имеющий форму цилиндра и высушенный при температуре 50-80°С не менее 15 часов, изготавливают по примеру 1 при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:
сферокорунд
85
непроплав высокоглиноземистый
9
дисперсия поливинилацетатная
6
Брикет из шлакообразующей смеси, изготовленный по примерам 1, 3, 4 имеет более низкие показатели качества. Наилучшие показатели брикета проявляются при использовании ингредиентов в примерах 2, 5.
Сушку брикета производят при следующих температурных режимах, согласно графику:
набор температуры до 50-55°С в течение 1 часа,
выдержка при температуре 50-55°С в течение 3 часов;
набор температуры до 75-80°С в течение 1 часа;
выдержка при температуре 75-80°С в течение 10 часов.
Опытном путем установлено, что сушка согласно данному графику позволяет получить равномерную просушку брикета, что предотвращает образование трещин и микротрещин в брикете, влияющих на его прочностные характеристики и позволяет получить на выходе брикет с оптимальной влажностью ≤1%. При более резком наборе температуры происходит образование корки на поверхности брикета, что в свою очередь затрудняет равномерную просушку и вызывает образование трещин в брикете. При более длительном наборе температуры, сокращается время выдержки при основной температуре 75-80°С, в результате чего на выходе брикет получает влажность >1%. Увеличение времени выдержки брикета при основной температуре 75-80°С с экономической точки зрения нецелесообразно. На основании вышеизложенного, используемый график сушки является наиболее оптимальным.
Пример осуществления
Отдачу брикетов из шлакообразующей смеси производят сразу после постановки плавки на АКП. Брикеты отдаются с помощью бункера-дозатора. Отдача материала производится порционно. После отдачи брикетов производится порционная отдача извести. Масса одной порции брикетов из шлакообразующей смеси составляет 150-200 кг.
2
3
При введении в ковш заявляемого брикета из шлакообразующей смеси обеспечивается повышение массовой доли оксида алюминия в шлаке, при этом происходит снижение активности FeO в шлаке, что способствует меньшему угару алюминия при вводе алюминиевой проволоки. Насыщение шлака оксидами алюминия и снижение активности FeO позволяет сократить расходы раскислителей шлака, применяемых на АКП. Уменьшение неметаллических включений обеспечивается ранним раскислением шлака в период его наведения и меньшим образованием включений при отдаче ферросплавов и раскислителей на АКП. Стойкость шлаковых поясов обеспечивается стабилизацией шлака за счет повышения в нем содержания оксида алюминия путем введения в состав шлака материалов с высоким содержанием оксида алюминия и низким содержанием примесей, способствующих образованию шпинели (MgO×AlO), которая выделяется из расплава и способствует созданию защитного гарниссажа, препятствующего интенсивной пропитке футеровки.
Технико-экономический эффект.
Использование заявляемого брикета из шлакообразующей смеси позволит достичь обеспечение стабильности химического состава рафинировочного шлака, повышения основности шлака, ускорения процесса раскисления, снижения агрессивного воздействия шлака на футеровку и образования осыпи при транспортировке и отдаче материала.