Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БРИКЕТА ЭКСТРУЗИОННОГО (БРЭКСа) ДЛЯ ВЫПЛАВКИ МЕТАЛЛА

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам окускования железорудного сырья, и может быть использовано при подготовке шихты для выплавки металла в сталеплавильных, ферросплавных и доменных печах.

Известно техническое решение - способ получения брикетов для выплавки металла, имеющих правильную геометрическую форму и приготовляемых из мелкодисперсных железосодержащих отходов, тонкоизмельченного углеродсодержащего материала и связующего в качестве которого используется механическая смесь природных материалов - суглинка, глины или полевого шпата и карбоната натрия [Патент РФ №2154680, С22В 1/243, 7/00, 2000, БИПМ №23]. Брикет для выплавки металла по известному техническому решению получают путем прессования смеси указанных материалов, увлажненной водным раствором жидкого стекла, с последующей сушкой полученного брикета. Недостатком данного известного технического решения является то, что брикет для выплавки металла, получаемый по описанной технологии, не обладает достаточной горячей прочностью, что не позволяет его использовать в качестве компонента шихты в доменных и рудотермических печах. Этому препятствует, также, наличие в брикете щелочных металлов (жидкое стекло), способствующих настылеобразованию в шахтных печах.

Указанный недостаток устраняется в другом известном техническом решении, которым является способ получения окускованного материала из з смеси мелких железосодержащих отходов металлургического производства, измельченного углеродсодержащего материала и глиноземистого цемента путем изготовления из этой смеси бетона и дробления его на куски необходимой, для загрузки в доменную печь, крупности [DE 3727576, МКИ С22В 1/243 от 19.08.1987]. Мелочь, образующуюся при дроблении бетона, используют в агломерационной шихте. Последнее является недостатком этого известного технического решения, так как усложняет технологическую схему и делает ее многоступенчатой и затратной.

Указанный недостаток устраняется в другом известном техническом решении, которым является способ получения брикета-компонента доменной шихты методом вибропрессования из шихты, включающей углеродсодержащие материалы, железосодержащие материалы, флюсующие добавки и минеральное связующее, в котором отношение содержаний углерода и железа находится в пределах 0,35-0,6, основность находится в пределах 0,3…1,6, крупность материалов, входящих в шихту, не превышает 10 мм, масса брикета составляет 1,5-8 кг, а отношение максимального и минимального размеров брикета не превышает 1,2 [Патент РФ №2241760, МКИ С1, 7С21В 5/00, С22В 1/243. 2003.07.03. Опубликован 2004.12.10].

Недостатком данного известного технического решения является низкая производительность и дискретность способа получения брикетов, а также сложная логистическая схема их перемещения от вибростола до склада готовой продукции, требующая применения автопогрузчиков и не поддающаяся автоматизации. Повышенный расход цемента в этом способе удорожает его. Кроме того, размеры получаемых брикетов значительно превышают оптимальные размеры кусков шихтовых материалов, применяемых в рудотермических, индукционных и доменных печах.

Технической задачей изобретения является устранение указанных недостатков известных технических решений и обеспечение получения окускованного компонента шихты требуемого химического состава при минимальном расходе связующего, обладающего оптимальными размерами для использования в доменных, сталеплавильных, рудотермических печах и в вагранках, а также обладающего высокой горячей прочностью и восстановимостью.

Решение данной технической задачи достигается тем, что способ получения брикета экструзионного (БРЭКСа) для выплавки металла, включающий получение и гомогенизацию шихтовой смеси из минерального связующего, железорудного концентрата и/или руды, углеродсодержащих материалов и, по необходимости, железо- и/или железоуглеродсодержащих отходов и флюсующих добавок, непрерывную подачу полученной смеси в экструдер, удаление из нее воздуха путем вакуумирования и продавливание смеси через фильеру экструдера, имеющую множество отверстий заданной формы и размера с получением пластичных стержней заданной длины и поперечного сечения, определяемых их плотностью, формой и размерами отверстий в фильере, с последующей фрагментацией стержней во время их транспортировки и перегрузок на 2-3 БРЭКСа оптимального для выплавки металла размера.

Решение указанной технической задачи достигается также тем, что размеры БРЭКСов увеличивают или уменьшают путем увеличения или уменьшения площади отверстий в фильере.

Решение указанной технической задачи достигается дополнительно тем, что при овальных отверстиях в фильере длину БРЭКСов увеличивают, располагая большую ось отверстий вертикально, и уменьшают, располагая ее горизонтально.

Технология окускования дисперсных материалов методом жесткой вакуумной экструзии известна. Эта технология, в частности, широко применяется при производстве кирпичей из шихтовой смеси на основе глины (А.Я. Хавкин, Р.З. Берман. Кирпичные заводы малой мощности. Строительные материалы. 2000, №4, с.18-19). Сущность ее заключается в приготовлении влажной шихтовой смеси на основе глины, непрерывной подаче смеси в экструдер, удалении воздуха из смеси вакуумированием и продавливании смеси под давлением через прямоугольное одиночное отверстие в фильере экструдера сечением (40-50)×(60-80) мм, из которого непрерывно выходит плотный пластичный брус. Сырые кирпичи получают путем периодического мгновенного разрезания бруса, выходящего из фильеры, многопроволочным резаком на равные части длиной 160-200 мм. Таким образом, по принципу действия эта технология является непрерывной и обеспечивает прочность «сырых» кирпичей, необходимую для их многослойной укладки на поддоны и транспортировки в печи для упрочняющего обжига, и исключает образование отходов и необходимость их рециклига. Это принципиально отличает технологию жесткой вакуумной экструзии от дискретной технологии брикетирования методом вибропрессования и от непрерывной технологии прессования в валках, где неизбежен рециклинг значительной доли возврата.

Лабораторные исследования показали возможность применения технологии прессования методом жесткой вакуумной экструзии с целью получения брикета экструзионного (БРЭКСа) для выплавки металла из смеси минерального связующего, природных железорудных материалов, углеродсодержащих материалов, железо- и/или железоуглеродсодержащих дисперсных отходов и флюсующих добавок. При использовании в экструдере фильеры с множеством отверстий круглой, овальной или другой формы на выходе из нее непрерывно формируются консольные плотные пластичные стержни. В результате роста изгибающего момента, возникающего под действием увеличивающейся массы консольных стержней, при достижении критичной массы и длины при выходе из фильеры, стержни обламываются. Критичной длиной стержней и размерами получаемых БРЭКСов можно управлять, влияя на их плотность и пластичность, а также изменяя форму и размеры отверстий в фильере.

Использование технологии окускования методом жесткой вакуумной экструзии по отношению к природным железорудным материалам и техногенным железо- и/или железоуглерод содержащим материалам с целью получения БРЭКСов для выплавки металла, имеющих заданные размеры, химический состав и металлургические свойства, обеспечивающие их эффективное использование для выплавки металла совместно с любыми другими известными компонентами шихты или отдельно, заявителю не известно.

Сущность изобретения заключается в следующем. Применение метода и технологии жесткой вакуумной экструзии для окускования смеси минерального связующего, железорудного концентрата, и/или железной руды, углеродсодержащих материалов и, при необходимости, железо- и/или железоуглеродсодержащих отходов и флюсующих добавок обеспечивает получение на выходе из фильеры стержней с чрезвычайно плотной (2,0-2,2 г/см³) и пластичной структурой, имеющих длину 110-180 мм. Эта длина определяется их плотностью, т.е. их составом, а также формой и размером отверстий в фильере. Высокая плотность стержней, непрерывно выходящих из отверстий фильеры в виде консолей, обуславливает под действием изгибающего момента (из-за возрастающей массы стержней), образование в верхнем слое их тел поперечных микротрещин, а затем, при достижении критичной массы и длины, обламывание стержней и падение на конвейер, транспортирующий их к штабелеукладчику. При транспортировке, штабелировании и дальнейших перегрузочных операциях микротрещины в теле стержней увеличиваются и происходит разлом стержней с образованием 2-3 БРЭКСов, имеющих размеры (25-40)×(40-60) мм, которые идеально отвечают требованиям к компонентам шихты для выплавки металла в сталеплавильных, рудотермических и доменных печах, а также в вагранках. При этом размерами БРЭКСов можно управлять, влияя на плотность и пластичность стержней на выходе из фильеры путем изменения компонентного состава брикетируемой смеси, а также изменяя размер, форму и расположение отверстий в фильере. Для увеличения размера БРЭКСов увеличивают размер отверстий и наоборот. При использовании овальных отверстий для увеличения длины БРЭКСов овальные отверстия в фильере располагают вертикально, для уменьшения длины - горизонтально.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. БРЭКС - для выплавки металла получали путем смешивания портландцемента, железорудного концентрата, окалины, доменного шлама, энергетического угля и извести в соотношении 7:66:5:10:10:2. После гомогенизации смесь подавали в лабораторный экструдер, вакуумировали смесь созданием в вакуумной камере экструдера давления не более 10 Па, непрерывно продавливали смесь с давлением 3,4 МПа через фильеру с круглым отверстием диаметром 25 мм. Непрерывно выходящий из фильеры плотный пластичный стержень при достижении длины 115-130 мм обламывался. Стержни разделили на 3 БРЭКСа длиной 40-45 мм. Прочность на раздавливание полученных БРЭКСов после вылеживания в течение 48 часов составила 4,5-5,0 МПа. После нагрева БРЭКСов до температуры 1200°С в атмосфере 50% водорода и 50% азота со скоростью 500°С в час степень металлизации составила 87,5%,. В процессе нагрева БРЭКС полностью сохранил свою форму.

Пример 2. БРЭКС, полученный также как в Примере 1, помещали в тигель с расплавленным чугуном и шлаком, имевшим температуру 1480°С. В течение 24 минут оксиды железа в БРЭКСе восстанавились углеродом, железо науглерожилось и расплавилось, пустая порода компонентов БРЭКСа перешла в шлак, БРЭКС полностью ассимилировался с расплавом в тигле.

Пример 2. БРЭКСы - для выплавки металла получали на полупромышленной линии брикетирования путем смешивания портландцемента, железной руды, доменного шлама, конвертерного шлама и коксовой мелочи в соотношении 6:30:60:4. После гомогенизации шихтовую смесь подавали в экструдер, удаляли воздух из смеси путем создания давления в вакуумкамере экструдера 10 Па и менее и непрерывно продавливали смесь с давлением 3,5-3,6 МПа через фильеру с круглыми отверстиями диаметром 25 мм. Непрерывно консольно выходящие из фильеры плотные, пластичные стержни при достижении критичной длины (130-160 мм) обламывались, падали на конвейер и транспортировались к штабелеукладчику. Через сутки стержни автопогрузчиком забирались из штабеля и перемещались на склад готовой продукции, где снова складывались в штабель. В процессе перегрузок стержни разламывались на БРЭКСы длиной 40-60 мм практически без образования мелочи. Готовые БРЭКСы подавали в бункера доменной печи. Доля БРЭКСов шихте доменной печи при выплавке литейного чугуна составляла 80%. Замена в шихте доменной печи железной руды на БРЭКСы привела к сокращению расхода кокса на 150 кг/т как за счет углерода, содержащегося в БРЭКСах и заменявшего углерод кокса в реакциях прямого восстановления железа, так и за счет вывода сырого известняка из шихты благодаря высокой основности БРЭКСов.

Таким образом, способ получения брикета экструзионного (БРЭКСа) для выплавки металла согласно изобретению обеспечивает достижение поставленной технической задачи.