Экструзионный брикет для получения ванадийсодержащих шлаков при переработке ванадиевого чугуна

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к получению экструзионного брикета, содержащего металлургические отходы, в частности металлургическую окалину, предназначенного для получения товарных ванадийсодержащих шлаков при переработке ванадиевого чугуна.

Из уровня техники известно использование окалины в качестве окислителя-охладителя при переработке ванадиевого чугуна (патенты RU 2145356, кл. C21C 5/28, опубл. 10.02.2000 и RU 2566230, кл. C21C 5/28, опубл. 20.10.2015). Недостатком известных аналогов является необходимость проведения предварительной подготовки окалины, а также получение в результате переработки ванадиевого шлака с недостаточным содержанием ванадия.

Известны также экструзионные брикеты, изготовленные методом жесткой вакуумной экструзии, предназначенные для выплавки металла, раскрытые в патентах RU 2504588 C1, опубл. 20.01.2014, RU 2502812 C1, опубл. 27.02.2013 и RU 2506325 C1, опубл. 10.02.2014.

Наиболее близким аналогом изобретения является экструзионный брикет для выплавки металла, раскрытый в патенте RU 2506325 C1, кл. C22B 1/243, опубл. 10.02.2014. Известный брикет изготовлен методом жесткой вакуумной экструзии из смеси железосодержащих материалов (в т.ч. прокатной окалины), минерального связующего и флюсующих добавок, при этом имеет плотность 2,0-2,2 г/см³ и прочность на раздавливание после вылеживания в течение 48 часов 4,5-5,0 МПа. Недостатком известного брикета является то, что при его использовании для производства ванадиевого шлака он не обеспечивает получение требуемых химических характеристик.

Задачей изобретения является изготовление экструзионного брикета с заданным химическими характеристиками, позволяющими использовать их в качестве окислителя-охладителя в металлургических производственных процессах переработки ванадиевого чугуна с целью получения товарных ванадийсодержащих шлаков, предназначенных для дальнейшей переработки с получением пентаоксида ванадия и феррованадия.

Технический результат изобретения заключается в получении брикетов с высокими химическими свойствами, однородного качества, являющимися высококачественной продукцией, содержащей оксид железа, используемой в качестве окислительно-охладительного материала в производстве ванадиевого шлака.

Для достижения указанного технического результата заявленный брикет, полученный методом жесткой вакуумной экструзии из окалины металлургического производства, бентонита (1-2%) и цемента (5%), содержит, мас.%:

при этом содержание Fe_общ>60, прочность на сжатие составляет не менее 5,0 МПа, удельная плотность - не менее 3,0 кг/дм³, открытая пористость - не менее 10%, а температура начала размягчения - не менее 1200°С.

Для повышения интенсивности окисления ванадия и недопущения перегрева ванны в чугун вводится окислитель в виде брикета, основой которого являются оксиды железа. Частицы брикета кратно увеличивают реакцию взаимодействия ванадия в жидком чугуне с кислородом оксида железа за счет развитой геометрической поверхности и в то же время ограничивают рост температуры ванны. Таким образом, ввод брикета с указанными выше характеристиками в чугун способствует ускорению реакции окисления ванадия.

Содержание оксида марганца в брикете ограничено 1,5%. При превышении указанного значения происходит замедление процесса окисления ванадия, причиной которого является рост скорости окисления марганца.

Содержание оксида хрома в брикете ограничено 0,5% по причине возникновения затормаживающего действия на окисление ванадия при превышении указанного значения, что вызывает увеличение расхода брикетированного окислителя-охладителя и продолжительности продувки.

Содержание серы в брикете, являющейся вредной примесью, ограничено 0,25%.

Содержание в брикете SiO₂ не должно превышать значения 7,0% по причине оказания кремнием затормаживающего действия на реакцию окисления ванадия.

Содержание в брикете CaO на уровне 0,1-5,0 регламентировано согласно требованиям переработчиков ванадийсодержащих шлаков по процентному содержанию в них данной примеси.

Брикет также содержит примеси, общее содержание которых не превышает 3 мас.%.

Процесс получения ванадия представляет собой переработку в несколько ступеней (Схема №1). Агломераты и окатыши, полученные в результате обогащения титаномагнетитовых ванадийсодержащих руд поступают на переработку в доменное производство. В процессе передела полученного ванадийсодержащего чугуна в кислородной конвертерной плавке в сталь образуется шлак с процентным содержанием V₂O₅ в размере 14-24%, который в дальнейшем перерабатывается с получением пентаоксида ванадия, феррованадия и другой ванадийсодержащей продукции. Экструзионные брикеты используются в процессе кислородной конвертерной плавки взамен железной окалины.

Для получения экструзионного брикета используется окалина фракцией -3 мм отдельного металлургического производства или производится подготовка шихты с использованием окалины различных производств для достижения необходимого химического состава. Окалину смешивают с 1-2% бентонита, дополнительно смешивают в смесительном шнеке с одновременным добавлением воды с получением гомогенизированной шихты, выстаивают шихту от 8 до 24 часов, перемешивают шихту в двухвалковом смесителе с добавлением 5% цемента в качестве связующего и воды для достижения влажности шихты 12-15% и подают в вакуумную камеру экструдера с предварительным уплотнением шихты в дозаторе экструдера и пропусканием через экструдер, выполненный с фиксированной передней частью оси главного экструзионного шнека.

Технологический процесс получения брикетов методом жесткой вакуумной экструзии в присутствии связующего приведен далее с ссылкой на прилагаемую Схему №2.

Позиции схемы

1 - Участок приема сырья;

2 - Участок сепарации;

3 - Склад сырья после сепарации;

4 - Бункер №1;

5 - Бункер №2 (запасной);

6 - Бункер №3 (бентонит);

7 - Транспортер №1;

8 - Смеситель;

9 - Транспортер №2;

10 - Склад для отстоя подготовленной шихты;

11 - Приемный бункер для подготовленной шихты;

12- Силос №1 накопительный;

13 - Силос №2 накопительный (запасной);

14 - Силос №3;

15 - Транспортер №3;

16 - Смеситель двухвалковый;

17 - Дозатор экструдера;

18 - Экструдер;

19 - Транспортер №4;

20 - Участок для готовых брикетов (ларь);

21 - Склад готовой продукции.

Участок сепарации. На данном участке производится предварительная сепарация исходных материалов по гранулометрическому составу для получения допустимых по размеру частиц. Качество поступающего на участок сырья - прокатной окалины с содержанием влаги 0,3-10%, проверяется в химической лаборатории.

Производится разделение окалины на 3 фракции на установке «McCloskej international 130». Исходное сырье подают в установку «McCloskej international 130» фронтальным погрузчиком. В результате сепарации выделяются следующие фракции: фракция +10 мм; фракция -10+3 мм; фракция -3 мм.

Фракции +10 мм и -10+3 мм не вовлекаются в технологический процесс, перемещаются фронтальным погрузчиком в лари и подлежат реализации потребителям. Для осуществления способа используют окалину фракции -3 мм, которая подлежит дальнейшей переработке на сепараторе для получения удовлетворительного качества подготовленных материалов, удаления мелких металлических включений в виде игольчатой стружки, которые не допустимы для ведения технологического процесса переработки окалины.

Сырье после сепарации поступает на участок подготовки шихты.

Участок подготовки шихты. На данном участке производится сухое смешивание исходного сырья и пластификация для получения гомогенной смеси окалины и бентонита и отстой шихты для достижения состояния набухания бентонита и повышения эластичности подготовленной шихты.

Окалина фракции -3 мм фронтальным погрузчиком подается в бункер №1, из которого через шнековый питатель на транспортер №1. Одновременно с окалиной подается бентонит из бункера №3 на транспортер №1 через шнековый питатель. При этом подают 93% окалины и 1-2% бентонита. Исходя из опытных данных при соблюдении данных пропорций достигается наилучшая эластичность и пластичность шихты, исключающие наличие воздушных пористостей в ней, что обеспечивает равномерное и гомогенное заполнение камеры экструдера и в результате получение брикета высокой прочности.

Далее окалину и бентонит транспортером №2 направляют в смеситель для гомогенизации и стабилизации состава. В процессе смешивания в смеситель подают воду для увлажнения и пластификации шихты с обеспечением на выходе влажности шихты 10%.

Подготовленную гомогенизированную шихту из смесителя подают по транспортеру №2 на склад для отстоя шихты, где она выстаивается от 8 до 24 часов, что является оптимальным для обеспечения эластичности шихты.

Предварительное насыщение влагой гигроскопичных элементов шихты, а именно бентонита, и избавление их от лишнего увлажнения во время отстоя шихты способствует в дальнейшем качественному смешению шихты со связующим (цементом), что обеспечивает в дальнейшем высокие показатели физико-механических свойств брикетов.

Кроме того, указанная последовательность смешивания обеспечивает однородность химического состава изготовленных брикетов в каждой партии продукта.

Участок прессования. На участке прессования производят подачу полученной шихты с добавлением воды и связующего в виде цемента в экструзионный пресс для получения брикетов.

Подготовленную шихту со склада отстоя фронтальным погрузчиком загружают в приемный бункер линии прессования. Из приемного бункера через шнековый питатель шихта поступает на транспортер №3, посредством которого ее подают в двухвалковый смеситель.

Из силоса №3 на транспортер №3 одновременно с подготовленной шихтой в двухвалковый смеситель подают 5% цемента, что является достаточным для обеспечения требуемой прочности получаемого брикета. В процессе перемешивания в смеситель подают воду для пластификации готовой шихты и достижения влажности 12-15%.

После перемешивания в двухвалковом смесителе с цементом и водой, шихту подают в дозатор экструдера, в котором ее предварительно уплотняют, и подают в вакуумную камеру экструдера. В вакуумной камере поддерживают низкий вакуум от 760 до 25 мм рт.ст., от 1×10⁺⁵ до 1×10⁺¹ Па.

Для получения брикета используют экструзионный пресс с фиксированной передней частью оси главного экструзионного шнека. В отличие от прессов со свободно расположенной передней частью оси, используемый пресс позволяет обеспечить равномерную скорость потока и плотность исходной массы при подаче ее к каналам фильерной пластины по всей ее плоскости, с гарантированным получением брикетов однородного качества по прочностным характеристикам и удельной плотности.

После прохождения через экструдер с боковым давлением 5,2 МПа готовая продукция подается транспортером №4 на участок готовых брикетов (в ларь).

На участке готового брикета происходит набор прочности продукции не менее 5МПа. После набора прочности (78 часов) готовые брикеты транспортируются фронтальным погрузчиком на склад готовой продукции для формирования транспортной партии и отгрузки потребителю.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Для получения брикета использовали прокатную окалину, бентонит (2%) и в качестве связующего цемент (5%) с добавлением воды. Химический состав компонентов и полученных брикетов указан в таблице 1.

После сепарации окалину фракции -3 мм смешивали с бентонитом в смесителе в соотношении на 1 т окалины подается 10 кг бентонита. В процессе смешивания подавали воду для получения на выходе влажности шихты 10%.

Подготовленную гомогенизированную шихту выстаивали на складе для отстоя шихты 12 часов. Подготовленную шихту со склада для отстоя и цемент одновременно направляют в двухвалковый смеситель. При перемешивании подают воду для пластификации шихты и достижения влажности 12%.

После перемешивания в двухвалковом смесителе шихту подают в дозатор экструдера для ее предварительного уплотнения и подают в вакуумную камеру экструдера. Давление в вакуумной камере составляет 50 мм рт. ст.

Затем шихту пропускали через экструдер с боковым давлением 5,2 МПа, после чего полученный брикет направляли на участок готовых брикетов для набора прочности не менее 5МПа в течение 78 часов.

Пример 2. Для получения брикета использовали прокатную окалину двух производств (44% +49%) фракции -3 мм, бентонит (2%) и в качестве связующего цемент (5%) с добавлением воды. Химический состав компонентов и полученных брикетов указан в таблице 2.

После сепарации окалину фракции -3 мм смешивали с бентонитом в смесителе в соотношении на 1 т окалины подается 10 кг бентонита. В процессе смешивания подавали воду для получения на выходе влажности шихты 10%.

Подготовленную гомогенизированную шихту выстаивали на складе для отстоя шихты 12 часов. Подготовленную шихту со склада для отстоя и цемент одновременно направляют в двухвалковый смеситель. При перемешивании подают воду для пластификации шихты и достижения влажности 12%.

После перемешивания в двухвалковом смесителе шихту подают в дозатор экструдера для ее предварительного уплотнения и подают в вакуумную камеру экструдера. Давление в вакуумной камере составляет 50 мм рт.ст.

Затем шихту пропускали через экструдер с боковым давлением 5,2 МПа, после чего полученный брикет направляли на участок готовых брикетов для набора прочности не менее 5МПа в течение 78 часов.

Готовые брикеты соответствуют следующим физическим свойствам (табл. 3):

Таким образом, полученные в рамках заданного химического состава, брикеты, являются высококачественной продукцией, содержащей оксид железа, используемой в качестве окислительно-охладительного материала в производстве ванадиевого шлака.