СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОГО ФЛЮСА
METHOD OF RECEIVING OF STEEL-SMELTING FLUX

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу производства сталеплавильного флюса.
Известен способ получения известково-магнезиального флюса, включающего мокрый помол, перемешивание шихты из доломита и железосодержащего материала, обжиг их во вращающейся печи при температуре 1360-1450°С, после охлаждения обожженного материала выделяется целевой продукт фракции крупнее 5 мм, а фракция менее 5 мм возвращается обратно в печь на повторную агломерацию (Патент № 2141535, С21С 5/36, от 20.11.1999 г.).
Недостатком данного способа является низкое содержание в составе флюса оксида магния, невысокая прочность спекшихся кусков готового продукта и высокие энергозатраты, связанные с возвращением до 40% материала на повторную агломерацию.
Известен способ получения флюса ожелезненного магнезиального, где в качестве исходной сырьевой шихты используются природный магнезит, кальцинированный магнезит в виде каустического фракции менее 0,2 мм и сидеритовая руда, которые подают непосредственно во вращающейся печи, при следующем содержании компонентов, мас. доля, %:
природный магнезит
40-65
каустический магнезит
20-55
сидеритовая руда
5-15
и обжигают ее при температуре 1550-1700°С, обеспечивающей получение продукта окатанной формы. После охлаждения обожженный материал классифицируют с получением готового продукта в виде фракции крупнее 4 мм и фракции менее 4 мм (Патент № 2296800 от 01.04.2004 г., С21С 5/36).
Недостатком вышеуказанного способа производства флюса является невысокое содержание в его составе СаО, что не позволяет снизить температуру спекания материала, повысить выход, а следовательно, производительность вращающейся печи по готовому продукту, фракции крупнее 4 мм.
Наиболее близким по технической сущности является способ получения сталеплавильного флюса, включающий обжиг во вращающейся печи смеси шлакообразующих компонентов, таких как доломит и оксид железа, причем массовое соотношение доломита и оксида железа выбирают в пределах 8:1, отношение величин их фракций, соответственно, в пределах (40-50):1, при этом обжиг смеси ведут при температуре факела природного газа в пределах 1570-1670°С (Патент № 2205232 от 11.12.2001 г., С21С 5/36).
Недостатком данного способа является получение флюса, в состав которого входят куски с размером, достигающим 80 мм, которым необходимо больше времени на их усвоение шлаковым расплавом.
Задачей изобретения является получение сталеплавильного флюса, обладающего повышенным содержанием MgO, обеспечивающим достаточно высокую скорость растворения флюса в шлаках при производстве стали, и оптимальным гранулометрическим составом, исключающим как додрабливание крупной составляющей обожженного продукта, так и отсев некондиционной мелкой фракции.
Техническим результатом от использования предложенного изобретения является получение флюса в виде гранул бикерамического состава с определенным градиентом химического состава, характеризующегося неравномерным содержанием основных оксидов в оболочке и ядре гранулы, что способствует высокой скорости усвоения флюса шлаковым расплавом плавок при производстве стали и тем самым обеспечивается лучшее качество гарнисажного покрытия футеровки конвертера.
Анализ известных в технической и патентной литературе способов получения сталеплавильных флюсов не выявил применение заявленных признаков, что свидетельствует о неочевидности заявляемого изобретения.
Поставленная задача с получением вышеуказанного технического результата достигается тем, что способ получения сталеплавильного флюса, включающий обжиг во вращающейся печи смеси шлакообразующих компонентов, содержащей доломит и железсодержащий материал, согласно предлагаемому изобретению смесь дополнительно включает каустический магнезит и/или кальцинированный магнезит при следующем содержании компонентов, мас.%:
доломит
45,0-65,0
каустический магнезит и/или
кальцинированный магнезит
25,0-50,0
железосодержащий материал
5,0-10,0
причем доломит имеет размер зерна 5-15 мм.
Дополнительно предлагается при получении флюса использовать в качестве каустического магнезита пылевынос, уловленный от вращающихся печей, работающих на обжиге природного магнезита и/или от печей, работающих на обжиге данной сырьевой смеси.
Решение поставленной задачи осуществлено за счет того, что способ получения сталеплавильного флюса для использования его в плавках при производстве стали включает дозировку исходных компонентов сырьевой шихты и подачу ее на обжиг во вращающуюся печь.
3
В качестве исходного железосодержащего материала используются оксиды железа в виде сидерита (FeCO), агломерата сидерита, а также железосодержащие отходы, которые образуются на предприятиях, например, аспирационная пыль сталеплавильного производства.
В качестве магнийсодержащего исходного сырья используется каустический магнезит и/или кальцинированный магнезит. В качестве каустического магнезита используется как уловленный пылевынос от вращающихся печей, работающих на обжиге природного магнезита, так и уловленный пылевынос от печей, работающих на обжиге смеси по заявляемому способу (доломит, железосодержащий материал, магнийсодержащий материал).
2
Сырьевые компоненты, проходя по зонам печи, претерпевают определенные изменения и физико-химические превращения. В зоне подогрева происходит удаление физической воды, перемешивание шихты и ее подогрев. В зоне декарбонизации печи происходит декарбонизация зерен доломита и сидеритовой руды, причем зерна доломита имеют достаточно высокую механическую прочность на протяжении всей зоны декарбонизации, а зерна сидерита, теряя СО, рассыпаются и входящее в ее состав железо окисляется. В зоне обжига при температурах, начиная с 700°С и до максимальных, порядка 1680°С, происходит взаимодействие оксидов железа со свободным оксидом кальция с образованием легкоплавких ферритов кальция на поверхности зерен доломита. За счет динамического процесса прохождения сырьевых компонентов по печи на зерна доломита наматывается слой дисперсных частиц кальцинированного магнезита. Толщина слоя оболочки получаемой гранулы напрямую зависит от размера зерна доломита и того количества легкоплавких соединений, которые образовались на его поверхности. Таким образом, гранулометрией готового флюса можно управлять размером зерна доломита. Оптимальный размер флюса - это 5-30 мм, 5 мм - это тот размер, который уже не выносится в аспирационную систему конвертера, а 30 мм - это тот оптимум, который позволяет полностью растворить такого размера гранулы в шлаке. Для лучшего ведения процесса получения флюса необходимо использовать доломит преимущественно с зерном 5-15 мм. Зерно менее 5 мм способствует сильному наварообразованию в печи и, как следствие, ее аварийной остановке. Зерна крупнее 15 мм могут привести к получению гранул крупнее 30 мм.
Предлагаемый способ производства позволяет производить флюс в виде окатанных гранул необходимых размеров с высокой механической прочностью, обеспечивающей надежное хранение и транспортировку его в течение длительного времени без разрушения.
Пример конкретного выполнения
В качестве основного магнийсодержащего сырья использовали каустический магнезит фракции менее 0,2 мм и/или кальцинированный магнезит фракции менее 5 мм, в качестве основного кальцийсодержащего сырья использовали доломит фракции 5-15 мм со средним размером 9,5 мм и в качестве основного железосодержащего сырья использовали сидеритовую руду фракции менее 10 мм и/или аспирационную пыль сталеплавильного производства. Эти материалы подавали во вращающуюся печь. Сырьевые компоненты шихты, проходя через зоны подготовки и декарбонизации печи, смешивались, и в зону обжига шихта поступала в относительно однородном состоянии. В зоне высоких температур печи за счет образования легкоплавких соединений, в основном ферритов кальция и силикатов, таких как монтичеллит и мервинит, в присутствии активных оксидов кальция и железа, кремния и магния происходит терморегуляция материала с получением окатанных зерен целевого продукта - флюса необходимого состава. В таблице 1 приведен химический состав исходных сырьевых материалов и флюса.
Оптимальной температурой термогрануляции материала является температура в пределах 1500-1680°С.
Обожженный материал рассевали с получением готового продукта фракции более 5 мм и некондиции фракции менее 5 мм. Выход фракции менее 5 мм составил менее 5% (табл. 2).
Готовый флюс испытывали на прочность и сроки хранения, результаты испытаний приведены в таблице №3.
Анализ приведенных результатов показывает, что применение заявляемого способа производства флюса магнезиально-известкового железистого состава позволяет получать готовый продукт с более высоким и неравномерным содержанием MgO по объему гранулы, оптимального зернового состава, прочный, не разрушающийся в процессе транспортировки и хранения.
Таблица 1Химический состав исходных сырьевых материалов и флюса
Материалы
Хмический состав, мас. доля, %
MgO
CaO
SiO<sub>2</sub>
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Δm<sub>прк.</sub>
Флюс 1
67,2
21,8
3,52
6,1
0,25
Кальцинированный магнезит
86,3
2,06
1,39
1,87
6,9
Сидеритовая руда
14,2
10,2
6,83
40,6
27,7
Доломит фракции 5-15 мм
24,1
27,3
3,51
0,97
43,4
Флюс 2
61,1
24,8
3,78
7,9
0,32
Каустический магнезит
82,1
4,20
1,93
2,60
7,7
Аспирационная пыль сталеплавильного производства
11,2
9,1
6,82
42,3
14,8
Доломит фракции 5-20 мм
23,8
29,2
1,86
0,78
44,0
Таблица 2Гранулометрический состав флюса
Сталеплавильный флюс
Выход фракций, %
>80
80-40
40-30
30-25
25-20
20-15
15-10
10-5
<5
по заявке 1
0
0
5,1
11,8
16,2
19,6
20,7
21,8
4,8
2
0
0
3,2
9,7
22,6
23,1
22,4
15,1
3,9
по прототипу
2,3
2,8
4,7
14,9
16,3
16,3
16,2
22,5
4,0-8,0
Таблица 3
Номер опыта
Плотность кажущаяся, г/см<sup>3</sup>
Прочность на сжатие, кН/гранулу
Разрушаемость при хранении 30 суток, %
прототип
2,85
3,98
24,0
1
2,86
4,8
4,1
2
2,84
5,4
3,6
3
2,88
4,3
3,1
4
2,85
3,7
2,8
5
2,80
5.1
3,3