СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКСИДНО-ТОПЛИВНЫХ БРИКЕТОВ

Изобретение относится к технологии брикетирования полезных ископаемых, вторичного сырья, отходов производства и может быть использовано при выплавке чугуна, в металлургической и машиностроительной отраслях промышленности.

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, остужают 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 измельченным отходом металлургического производства, производным сульфокислоты и известью, брикетирование смеси, последующую термообработку и охлаждение брикетов, в котором 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 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 в полученном брикете отсутствуют поры, которые могут позволить увеличить интенсивность восстановления оксидов железа оксидом углерода II (СО). В прототипе восстановительные процессы происходят только на поверхности брикета прямым способом твердым углеродом:

FeO+С→Fe+СО,

Fе₂О₃+3С→2Fе+3СО,

Fе₃О₄+4С→3Fe+4СО.

Если бы в брикете присутствовали поры, то в них происходило бы косвенное восстановление при помощи оксида углерода II:

FeO+СО→Fe+СO₂,

Fе₂О₃+3СО→2Fe+3СО₂,

Fе₃O₄+4СО→3Fe+4СО₂.

Задачей изобретения является увеличение восстановительной способности брикетов, повышение эффективности использования отходов горнометаллургического производства.

Поставленная задача решается следующим образом: в способе получения оксидно-топливного брикета, включающем приготовление смеси для брикетирования в составе, мас.%: мелочь угля - 45-64, колошниковая пыль, железная окалина - 25-50, известь - 5-6, производное сульфокислоты или меласса - 5-6, уплотнение смеси в виброформах и сушку брикетов, на стадии приготовления смеси для брикетирования в нее добавляют, мас.%: поваренную соль - 20-30, а после просушивания полученных брикетов их помещают в воду для растворения соли и повторяют процесс просушки. 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 железа добавляются в смесь для брикетирования в соответствие со стехиометрией и атомными весами компонентов реакций прямого и косвенного восстановления железа углеродом и оксидом углерода II.

При составе мелочи угля менее 45% и оксидов железа свыше 50% не будет хватать углерода для полного восстановления железа из его оксидов. При составе мелочи угля более 64% и оксидов железа менее 25% углерода в брикете будет в избытке сверх того количества, которое необходимо для полного восстановления железа из его оксидов. Углерод в основном будет гореть, и производительность брикета по железу будет минимальной. Содержание извести ниже 5% приведет к неполному ошлакованию золы угля, а при содержании извести выше 6 % шлаки теряют необходимую текучесть и затрудняют протекание металлургических реакций восстановления железа.

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; 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).

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=4,5·10³ нм³/ч и давлением Р=200 мм водн. ст.

Было проведено три серии опытов.

I серия: металлошихта (бой отопительных радиаторов) - 200 кг; кокс - 28 кг; известняк - 8 кг. Плавки вели при расходе воздуха 1,9 м³/(м²·с) 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.

II серия: металлошихта - 200 кг; кокс - 11,2 кг; брикеты без пор - 16,8 кг; известняк - 8 кг. Состав брикетов (мас.%): уголь - 45; оксиды железа - 50; известь - 5; меласса - 6 сверх 100%.

III серия: металлошихта - 200 кг; кокс - 11,2 кг; брикеты - 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 (мас.%): уголь - 45; оксиды железа - 50; известь - 5; меласса - 6 сверх 100%, поваренная соль - 25 сверх 100%, растворенная после брикетирования для образования пор.

Результаты экспериментов приведены в таблице.

Выход жидкого чугуна из вагранки в течение одного часа, кг

Эксперименты показали, что в брикетах с порами одновременно идут процессы прямого восстановления по реакции

FeO+С·Fe+СО (обобщенный вариант)

и непрямого восстановления по реакции

FeO+СО·Fe+СO₂.

А в брикетах без пор идут только реакции прямого восстановления

Литература

1. Патент РФ №2374308, Способ брикетирования мелких классов кокса. / Селянин И.Ф., Сенкус В.В., Феоктистов А.В. МПК С10L 5/32. Заявл. 2008.21.04. Опубл. 2009.27.11. Бюл. №8.

2. Патент РФ №97107736. Углесодержащий брикет и способ его получения. / Лурий В.Г. МПК С10L 5/48. Заявл. 1997.04.08. Опубл. 1999.02.27. Бюл. №3.