СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКСИДНО-ТОПЛИВНЫХ БРИКЕТОВ
METHOD OF PRODUCING OXIDE-FUEL BRIQUETTES

Изобретение относится к технологии брикетирования полезных ископаемых, вторичного сырья, отходов производства и может быть использовано в металлургической и машиностроительной отраслях промышленности при выплавке чугуна.
Известен способ брикетирования мелких классов кокса [1], который включает получение брикета из мелких фракций кокса и нанесение на него защитного покрытия, отличающийся тем, что сформированный различными способами брикет из мелкого кокса, определенной формы помещают на жеребейках в разъемную опоку, в которую по заливочному каналу подают жидкий расплав доменного или сталелитейного шлака, охлаждают ее и вынимают брикет, покрытый слоем шлака, обладающего пористостью и термической стойкостью. Изобретение позволяет повысить прочность и термостойкость брикетированной мелочи кокса, а также повысить эффективность использования вторичных материалов.
Недостаток способа - сложность процесса получения брикета и необходимость больших капитальных затрат на реализацию проекта.
Известен способ получения металлургического брикета [2], принятый за прототип, включающий смешивание коксовой или угольной мелочи с измельченными отходами металлургического производства, производным сульфокислоты и известью, брикетирование смеси, последующую термообработку и охлаждение брикетов, отличающийся тем, что в качестве отхода металлургического производства используют маслоокалиносодержащий шлам и/или колошниковую пыль, и/или железную окалину при следующем содержании компонентов, мас.%: маслоокалиносодержащий шлам и/или колошниковая пыли, и/или железная окалина - 10-60, производное сульфокислоты или меласса - 1-15, известь - 0,01-10,0, коксовая или угольная мелочь - до 100, брикеты прессуют при при давлении 5 МПа и подвергают термообработке при 250-700°С в течение не менее 5 минут, причем порошок извести вводят в смесь или наносят на брикет в виде слоя насыщенного водного раствора извести, с добавкой 5-30 мас.% производного сульфокислоты или мелассы. Охлаждение брикетов производят одновременно с нанесением раствора извести на горячие брикеты за счет испарения влаги из раствора, а также охлаждение брикетов можно производить перемешиванием их с маслоокалиносодержащим шламом и/или коксовой мелочью с последующим брикетированием.
Недостаток прототипа состоит в том, что получаемые брикеты обладают невысокой эффективностью. В прототипе восстановительные процессы происходят только на поверхности брикета прямым способом твердым углеродом:
FeO+С→Fe+CO,
2
3
FeO+С→2FeO+CO,
3
4
FeO+С→3FeO+CO.
Если бы в брикете присутствовали поры, то в них происходило бы непрямое восстановление при помощи оксида углерода II:
2
FeO+CO→Fe+CO,
2
3
2
FeO+CO→2FeO+CO,
3
4
2
FeO+CO→3FeO+CO.
Задачей изобретения является увеличение восстановительной способности брикетов за счет образующихся пор, а также повышения качества выплавляемого чугуна за счет добавления в брикет оксидов марганца.
Поставленная задача решается следующим образом: в способе получения оксидно-топливных брикетов, включающем приготовление смеси для брикетирования, содержащей мелочь угля, колошниковую пыль и/или железную окалину, известь, производное сульфокислоты или мелассу, уплотнение смеси в виброформах и сушку брикетов, отличающемся тем, что на стадии приготовления смеси для брикетирования берут, мас.%: мелочь угля - 45-64, колошниковую пыль и/или железную окалину - 5-10, известь - 5-6, производное сульфокислоты или мелассу - 5-6, добавляют шлак ферромарганцевого производства и/или мелочь марганцевой руды, содержащую оксиды марганца, мас.% - 30-60, для повышения содержания марганца в получаемом чугуне; поваренную соль, мас.% - 20-30, а после просушивания полученных брикетов их помещают в воду для полного растворения соли и повторяют процесс просушки для образования в брикете пор. Кристаллы соли, растворяясь, оставляют вместо себя пустое пространство, которое увеличивает пористость брикета.
Смесь уплотняют в виброформах, полученный брикет помещают в камерное сушило при температуре 90-100°С на 10-15 минут для придания необходимой прочности, после чего помещают в ванну с водой для полного растворения поваренной соли и для просушки вновь направляют в камерное сушило, где брикет находится 10-15 минут при температуре 90-100°С.
Мелочь угля и оксиды марганца и железа добавляются в смесь для брикетирования в соответствии со стехиометрией и атомными весами компонентов реакций прямого и косвенного восстановления марганца углеродом и оксидом углерода II.
При составе мелочи угля менее 45% и шлака ферромарганцевого производства и/или мелочи марганцевой руды свыше 60% не будет хватать углерода для полного восстановления марганца из его оксидов. При составе мелочи угля более 64% и шлака ферромарганцевого производства и/или мелочи марганцевой руды менее 30% углерода в брикете будет в избытке сверх того количества, которое необходимо для полного восстановления марганца из его оксидов. Углерод в основном будет гореть, и производительность брикета по марганцу будет минимальной.
Оксиды железа в количестве 5-10% добавляют в брикет в качестве катализатора процесса восстановления оксидов марганца прямым и непрямым способом. При составе колошниковой пыли менее 5 % и шлака ферромарганцевого производства и/или мелочи марганцевой руды свыше 60% не будет хватать оксидов железа как катализатора для полного восстановления марганца из его оксидов. При составе колошниковой пыли более 10% и шлака ферромарганцевого производства и/или мелочи марганцевой руды менее 30% оксидов железа в качестве катализатора в брикете будет в избытке сверх того количества, которое необходимо для полного восстановления марганца из его оксидов. Восстанавливаться в основном будет железо, а производительность брикета по марганцу будет минимальной.
Содержание извести ниже 5% приведет к неполному ошлакованию золы угля, а при содержании извести выше 6% шлаки приобретают излишнюю текучесть и будут легко вытекать из брикета и не участвовать в протекании металлургических реакций восстановления железа и марганца.
Интервал 5-6% по производному сульфокислоты или мелассе связан с прочностными характеристиками брикета. При содержании производного сульфокислоты или мелассы менее 5% или более 6% прочность брикета будет недостаточной.
При содержании поваренной соли менее 20% пор в брикете после растворения соли и просушки брикетов будет недостаточно для протекания реакций непрямого восстановления железа и марганца:
2
2
MnO+2СО→Mn+2CO,
2
7
2
MnO+7СО→2Mn+7CO.
Оксид МnО восстанавливается только прямым путем на поверхности брикета по реакции: МnО+С→Мn+СО.
При содержании поваренной соли выше 30% прочность брикета после растворения соли и просушки брикета падает ниже технологически приемлемого уровня.
Опыты проводились на вагранке лаборатории кафедры литейного производства Сибирского государственного индустриального университета (СибГИУ, г.Новокузнецк).
3
3
Вагранка имеет внутренний диаметр 200 мм, полезную высоту 2,5 м и встроенный в шахту рекуператор «труба в трубе», обслуживается вентилятором высокого давления ВР-120-28 с номинальной производительностью Q=4,5·10 нм/ч и давлением Р=600 мм вод.ст.
Было проведено три серии опытов:
I серия: металлошихта (бой отопительных радиаторов) - 200 кг; кокс - 28 кг; известняк - 8 кг.
II серия: металлошихта - 200 кг; кокс - 18,0 кг; брикеты без пор - 16,8 кг; известняк - 8 кг. Состав брикетов (масс.%): мелочь угля - 45; шлак ферромарганцевого производства и/или мелочь марганцевой руды - 60; оксиды железа - 10; известь - 5; меласса - 6 сверх 100%.
III серия: металлошихта - 200 кг; кокс - 18,0 кг; брикеты с порами - 16,8 кг, известняк - 8 кг. Брикеты имели поры в количестве 30% по объему, полученные в результате добавления в брикетную шихту поваренной соли в количестве 25% сверх объема шихты и ее растворения после брикетирования. Состав брикетов (масс.%): уголь - 45; шлак ферромарганцевого производства и мелочь марганцевой руды - 60; оксиды железа - 10; известь - 5; меласса - 6 сверх 100%, поваренная соль - 25 сверх 100%, растворенная после брикетирования для образования пор.
3
2
Плавки вели при расходе воздуха 1,9 м/(мc) в течение одного часа. Чугун из вагранки заливали в металлические формы размером 100×100×50 мм. Формы после охлаждения выбивали, и полученные чушки взвешивали на электронных весах с цифровой индексацией массы.
Результаты экспериментов приведены в таблице.
Процентное содержание марганца в получаемом жидком чугуне из вагранки в течение одного часа, %
I серия
0,35-0,40
II серия
0,70-0,75
III серия
0,88-0,96
Эксперименты показали:
В I серии содержание марганца 0,35-0,40% в получаемом жидком чугуне за счет марганца, содержащегося в бое огнеупоров;
Во II серии повышенное содержание марганца 0,70-0,75% в получаемом жидком чугуне за счет брикетов без пор, которые содержат в своем составе шлак ферромарганцевого производства и/или мелочь марганцевой руды, которые являются дополнительным источником оксидов марганца. В брикетах без пор идут только реакции прямого восстановления. Оксид МnО восстанавливается только прямым путем на поверхности брикета по реакции:
MnO+С→Mn+CO.
В III серии повышенное содержание марганца 0,88-0,96% в получаемом жидком чугуне за счет брикетов, содержащих помимо шлака ферромарганцевого производства и/или мелочи марганцевой руды, поры, образованные за счет добавления соли, в которых одновременно идут процессы прямого восстановления по реакциям:
MnO+С→Mn+CO,
2
MnO+2С→Mn+2СО,
2
7
MnO+7С→2Mn+7СО.
И непрямого восстановления по реакции:
2
2
MnO+2СО→Mn+2CO,
2
7
2
MnO+7СО→2Mn+7CO.
Способ позволяет увеличить прочность, термостойкость и пористость брикетов, повышая их реакционную способность и эффективность восстановления оксидов марганца.
Список использованных источников
1. Патент РФ № 2374308. Способ брикетирования мелких классов кокса /Селянин И.Ф., Сенкус В.В., Феоктистов А.В. МПК C 10 L 5/32. Заявл. 2008.21.04. Опубл. 2009.27.11. Бюл. № 8.
2. Заявка РФ № 97107736. Углесодержащий брикет и способ его получения. /Лурий В.Г. МПК C 10 L 5/48. Заявл. 1997.04.08. Опубл. 1999.02.27. Бюл. № 3.