Результат интеллектуальной деятельности: ШИХТА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БРИКЕТОВ ДЛЯ ПРОМЫВКИ ГОРНА ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам окускования железорудного сырья, и может быть использовано при подготовке шихтовых материалов для доменной плавки.

Известно техническое решение - брикет для выплавки металла, имеющий правильную геометрическую форму и приготовляемый из шихты, включающей мелкодисперсные железосодержащие отходы, тонкоизмельченный углеродсодержащий материал и связующее, в качестве которого используется механическая смесь природных материалов - суглинка, глины или полевого шпата и карбоната натрия [Патент РФ №2154680]. Брикет для выплавки металла получают путем прессования такой шихты, увлажненной водным раствором жидкого стекла, с последующей сушкой полученных брикетов. Недостатком данного известного технического решения является то, что брикет для выплавки металла, получаемый из указанной шихты по описанной технологии, не обладает достаточной термостойкостью, что не позволяет использовать его в качестве шихтового материала в шахтных, например, доменных печах.

Указанный недостаток устраняется в другом известном техническом решении, которым является железосодержащий кусковый материал, содержащий также оксиды марганца, кальция, магния, глинозема, кремнезема и других элементов, приготовляемый из шихты, включающей мелкие железосодержащие отходы металлургического производства, измельченный углеродсодержащий материал и глиноземистый цемент, путем изготовления из этой шихты бетона и дробления его после затвердевания на куски, крупность которых позволяет загружать их в доменную печь [DE 3727576, МКИ С 22 В 1/243 от 19.08.1987]. Образующуюся при дроблении бетона мелочь путем грохочения раздробленного бетона отсевают и возвращают в шихту для получения бетона или используют в агломерационной шихте. Недостатком данного технического решения является то, что его реализация сопровождается выходом отходов, которые необходимо вновь утилизировать.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является известное техническое решение - шихта для производства промывочных брикетов для промывки горна доменной печи, получаемых путем вибропрессования, включающая окисленный железосодержащий материал, минеральное связующее и пластификатор [Патент РФ №2183679]. Брикет, полученный из такой шихты указанным способом, после пропаривания имеет достаточную холодную прочность и термостойкость и не разрушается при перегрузках и при нагреве в восстановительной атмосфере доменной печи до образования из него чугуна и шлака.

Недостатком данного технического решения является то, что оно не регламентирует химического состава брикета и не учитывает механизм образования промывочного шлака в доменной печи. При двухкомпонентном составе шихты брикета (окалина и цемент) в ней отсутствует свободный кремнезем, который, при соединении с монооксидом железа, образует легкоплавкий и трудновосстановимый силикат железа - файялит, являющийся основой промывочного шлака в горне. Кремнезем в цементе находится в виде тугоплавких алюмосиликатов кальция, что затрудняет образование силиката железа. Кроме того, окалина содержит в основном трехвалентное железо, которое практически не вступает в реакцию с кремнеземом. Это еще больше затрудняет образование промывочного шлака в горне.

Недостатком известного технического решения является также то, что шихта для производства брикета для промывки горна не содержит материалов с оксидами марганца, которые необходимы для образования легкоплавких и жидкоподвижных силикатов марганца, повышающих промывочную способность шлаков в горне печи.

Известное техническое решение не регламентирует также отношений основных и кислых оксидов в смеси материалов, составляющих шихту для производства брикета для промывки горна. Эти отношения определяют температуру кристаллизации и вязкость шлаков, образующихся из брикета, и определяют функциональные свойства брикета.

Кроме того, в известном техническом решении-прототипе не регламентируются также предельно допустимые размеры частиц компонентов шихты, превышение которых может уменьшать холодную прочность брикетов.

Технической задачей изобретения является устранение указанных недостатков известных технических решений - аналогов и прототипа, обеспечение высоких функциональных и металлургических свойств брикетов и эффективная, экономичная утилизация углеродсодержащих, железосодержащих и содержащих флюсующие оксиды производственных отходов при производстве брикетов для промывки горна доменных печей.

Решение данной технической задачи достигается тем, что в шихту для производства брикетов для промывки горна доменной печи, производимых методом вибропрессования, включающую окисленные железосодержащие материалы, цемент и пластификатор, дополнительно включают углеродсодержащие материалы крупностью до 10 мм, марганецсодержащие материалы и флюсующие добавки крупностью до 3 мм, в количестве, обеспечивающем содержание углерода, оксидов железа, марганца, кальция, кремния, магния и алюминия, при котором массовые отношения элементов и оксидов C:Fe, Mn:Fe, CaO:SiO₂, MgO:Al₂O₃, в шихте находится в пределах 0,05...0,15, 0,03...0,2, 0,6...1,2, 0,2...0,6, соответственно.

Дополнительно решение поставленной технической задачи обеспечивается тем, что в качестве углеродсодержащего материала в шихте используют коксовую мелочь, и/или антрацит, и/или уголь, и/или бой графитированных или углеродистых электродов и/или бой электролизных ванн для производства алюминия, и/или углеродсодержащие шламы и пыли.

Кроме того, решение поставленной технической задачи обеспечивается тем, что в качестве железосодержащих материалов в шихте используют железорудный концентрат, и/или железную руду, и/или окалину, и/или сталеплавильные шламы, и/или доменные шламы.

Помимо этого решение этой задачи улучшается тем, что качестве марганецсодержащего материала в шихте используют марганцевый концентрат, и/или марганцевую руду, и/или пыль газоочисток печей для выплавки ферромарганца и/или силикомарганца.

Решение данной технической задачи улучшается также тем, что в качестве флюсующих добавок в шихте используют сталеплавильные шлаки, и/или шлак производства силикомарганца, и/или шлак производства ферромарганца, и/или шлак производства ферросилиция, и/или отходы сварочного флюса.

Сущность изобретения заключается в следующем. Поддержание в шихте брикета для промывки горна доменной печи отношения содержаний углерода и железа в пределах 0,05...0,15 обеспечивает восстановление оксидов железа железосодержащих материалов до степени окисленности вюстита при различных содержаниях железа в брикете. Нижний предел относится к шихте брикета, содержащей 35-45% Fe с окисленностью (атомарным отношением O:Fe) 1,35...1,40, верхний - к шихте, содержащей 45-55% Fe с окисленностью 1,4...1,50. Уменьшение отношения C:Fe ниже 0,05 снижает экономию кокса, получаемую при использовании брикетов в доменной плавке. Превышение верхнего предела снижает окислительный потенциал железистого шлака, образующегося из материалов брикета и уменьшает эффективность применения брикетов для промывки горна, производимых из такой шихты.

Поддержание в шихте брикета для промывки горна доменной печи отношения содержаний марганца и железа в пределах 0,03...0,2 обеспечивает повышение жидкоподвижности и окислительной способности шлака, образующегося из материалов шихты брикета. При этом нижний предел данного отношения относится к случаям применения брикетов на печах, выплавляющих чугун с ограниченным нижним пределом содержания марганца. Превышение верхнего предела данного отношения нежелательно из-за чрезмерного повышения расхода кокса при применении промывочных брикетов.

Поддержание в шихте брикета отношений оксидов CaO:SiO₂ и MgO:Al₂O₃ соответственно в пределах 0,6...1,2, 0,2...0,6, обеспечивает образование из пустой породы материалов брикета подвижных железистых алюмо-кальций-магниевых силикатных шлаков с низкой температурой кристаллизации (1150-1200°С), которые быстро стекают в горн и окисляют коксовую мелочь, ухудшающую дренажную способность коксовой насадки в горне. При этом нижнему пределу отношения CaO:SiO₂ соответствует верхний предел отношения MgO:Al₂O₃ и наоборот. Нижний предел отношения MgO:Al₂O₃, в свою очередь, соответствует повышенным содержаниям глинозема в образующихся шлаках (10...15%), а верхний предел - умеренному содержанию глинозема в этих шлаках (5-10%). Заданные пределы выбраны исходя из опытных данных, полученных при исследовании температур кристаллизации и вязкости синтетических и промышленных доменных шлаков различных заводов [Доменное производство. Справочник, т.1, М., "Металлургия", 1989 г., с.358-359. Шлаковый режим доменных печей. М., "Металлургия", 1967 г., с.149-157]. Конкретные значения этих отношений выбирают исходя из состава основных железосодержащих компонентов шихты для производства брикета и обеспечивают путем дозирования флюсующих добавок с учетом состава и количества цемента в этой шихте.

Использование углеродсодержащего материала крупностью до 10 мм в шихте для производства брикетов для промывки горна позволяет утилизировать коксовую мелочь без ее дополнительной обработки (измельчения). Применение более крупного углеродсодержащего материала приводит к ухудшению использования углерода и к снижению прочности брикетов.

Применение железосодержащих материалов и флюсующих добавок крупностью не более 3 мм обеспечивает необходимую холодную прочность брикетов и их хорошую восстановимость в процессе доменной плавки, а применение в качестве минерального связующего цемента обеспечивает достаточную горячую прочность брикетов, что необходимо при их использовании в доменной печи.

Изобретение иллюстрируется следующим примером. Шихта для производства брикетов для промывки горна доменной печи, получаемых методом вибропрессования, включала 5% коксовой мелочи крупностью до 10 мм, 78% окисленных железосодержащих материалов крупностью до 3 мм (прокатная окалина, железорудный концентрат и конвертерные шламы), 0,5% марганецсодержащих материалов крупностью 0...1 мм (пыль газоочистки ферросплавной печи для производства силикомарганца), 1,5% флюсующих добавок крупностью 0...3 мм (конвертерный шлак и шлак производства силикомарганца), 14,5% портланд-цемента марки 500 и 0,5% пластификатора. Содержание углерода в шихте составляло 12,2%, содержание железа - 49% (C:Fe=0,25), содержание марганца - 0,34%, (Mn:Fe=0,07). Отношение содержаний оксидов CaO:SiO₂, MgO:Al₂O₃ в шихте составляло 0,86 и 0,39, соответственно. Брикеты для промывки горна, полученные из данной шихты методом вибропрессования на вибропрессе ВИП-12 последующей пропаркой, имели высокую прочность на раздавливание (6,5-7,5 Мпа). При нагреве образцов из полученных брикетов в восстановительной атмосфере до температуры 1100°С под нагрузкой, увеличивающейся от 0 до 60 кПа, наблюдали усадку образца до 40%, что свидетельствует об образовании легкоплавких соединений и размягчении образца.

Таким образом, шихта для производства брикетов для промывки горна доменной печи, приготовленная в соответствии с изобретением, обеспечивает необходимые функциональные и металлургические свойства брикета и позволяет эффективно утилизировать металлургические отходы.