Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения окатышей

Изобретение относится к металлургии черных металлов, в частности к получению безобжиговых окатышей из материалов, добавляемых в сталеплавильный шлак для повышения его рафинировочных свойств.

В сталеплавильном производстве в качестве флюса часто используются материалы, являющиеся отходами других переделов (шлаки, шламы, хвосты обогащения), находящиеся преимущественно в мелкодисперсном состоянии, с крупностью частиц менее 1 мм. Для снижения потерь данных продуктов при засыпке их в печь, требуется их окускование. В металлургии применяются следующие способы окускования: агломерация, брикетирование и получение безобжиговых окатышей. Последний метод наиболее эффективен при получении материалов, применяемых в сталеплавильном производстве.

Известно большое количество различных способов получения безобжиговых окатышей, в которых в качестве вяжущих применяют различные неорганические соединения (цементы, силикаты щелочных и щелочноземельных металлов, металлургические шлаки, негашеную известь и т.п.) (Лотош В.Е. Безобжиговое окускование тонкодисперсных материалов и мелочи полезных ископаемых. Екатеринбург: ИД "Филантроп", 2009. - 525 с.). Общим недостатком всех этих методов является то, что при внесении таких окатышей в расплав увеличивается количество шлака в плавке за счет дополнительного количества пустой породы вяжущих, что удорожает процесс производства металла за счет увеличения энергетических затрат.

Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является способ получения окатышей плавикового шпата, включающий приготовление массы для формования с использованием связующего, формование и последующую сушку полученных окатышей, в качестве связующего (вяжущего) используют водный коллоидный раствор натрий-карбоксиметилцеллюлозы, сушку окатышей проводят сначала на воздухе или в токе нагретого воздуха до упрочнения поверхностного слоя, а затем при температуре 110-300°С в течение 1-4 часов при следующем соотношении компонентов в получаемых окатышах, мас. %: Натрий-карбоксиметилцеллюлоза - 1-4 Флюоритовый концентрат - остальное (патент RU 2224803, МПК С22В 1/244, опубл. 27.02.2004).

Недостатком данного способа является сложность получения вяжущего. Карбоксиметилцеллюлозу получают в результате реакции монохлоруксусной кислоты с алкилцеллюлозой, которую, в свою очередь, получают из целлюлозы и каустической соды.

Задача изобретения заключается в расширении сырьевой базы.

Технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в сохранении вяжущих свойств продукта в течение длительного времени при упрощении технологии его изготовления.

Технический результат достигается тем, что в способе получения окатышей путем приготовления массы из основного компонента и вяжущего, формирование, последующую сушку полученных окатышей, где в качестве вяжущего используют органоминеральное вяжущее из смеси воды и торфа, в пропорции (3-3,9)/1, в соотношении компонентов, мас. %: основной компонент - 80-85; вяжущее - 15-20, а в качестве основного компонента используют магнезиальные материалы: или отходы основной флотации талька (ООФ), или полупродукт талька (ППТ), или обожженный магнезит (ОМ), или серпентинит, или брусит.

Заявленное соотношение торфа и воды в пределах (3-3,9)/1 способствует такому истечению торфяной смеси в диспергаторе, которое обеспечивает быстрый ее нагрев. Процесс диспергирования торфяной смеси, осуществляемый в кавитационном аппарате до температуры от 80 до 90°С, и охлаждение полученной смеси до комнатной температуры приводит к получению вяжущего, представляющего собой коллоидную систему с размером частиц 2×10^-4-2×10^-6. Визуально - это желеобразная «паста в оболочке», которая будучи охлажденной до комнатной температуры представляет собой структурированный органоминеральный готовый к применению продукт. Между пастой и стенками емкости визуально определяется наличие неиспаряемой жидкости неисследованной природы, которая, по-видимому, создает на поверхности продукта пленку, защищающую продукт от воздействия кислородсодержащей среды и обеспечивает сохранение вяжущих свойств в течение длительного времени.

Использование в качестве основного компонента магнезиального материала: отхода основной флотации талька (ООФ), или полупродукта талька (ППТ), или обожженного магнезита (ОМ), или серпентинит, или брусит позволяет вводить в сталеплавильный шлак дополнительное количество оксида магния, что обеспечивает повышение стойкости футеровки во время плавки.

Сведений об известности данных отличительных признаков в совокупностях признаков известных технических решений не обнаружено. На основании этого сделан вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Для доказательства соответствия заявляемого технического решения критерию "промышленная применимость" приводим примеры выполнения способа.

Способ осуществляется следующим образом.

Для изготовления окатышей были использованы следующие материалы: отходы основной флотации талька (ООФ) крупностью менее 0,63 мм, полупродукт талька (ППТ) крупностью менее 0,1 мм, обожженный магнезит (ОМ) крупностью менее 0,1 мм. В качестве вяжущего использовали суспензию, изготовленную механохимическим способом из смеси воды и торфа (В), описанную выше.

Предварительно часть сырых отходов основной флотации (ООФ_с) обжигалась при температуре 750°С в течение двух часов во вращающейся обжиговой печи с целью декарбонизации. В результате был получен обожженный продукт (ООФ_о).

Химический состав исходных материалов представлен в таблице 1.

Смешение и первичное увлажнение шихты проводили на барабанном смесителе в водопадном режиме движения шихты.

Для окомкования использовали тарельчатый гранулятор. Размер сырых окатышей 10-25 мм. Составы окатышей представлены в таблице 2.

Сырые окатыши должны обладать достаточной механической прочностью, чтобы не разрушиться при транспортировке к сушильным агрегатам и загрузке в них.

Механические свойства сырых окатышей определяются испытаниями на удар и раздавливание.

Прочность на удар характеризуется количеством падений окатышей с определенной высоты на стальную плиту до их разрушения или максимальной высотой, при падении с которой окатыши разрушаются.

Для определения прочности на удар сырых окатышей, изготовленных в рамках выполнения данной работы, использовали следующую методику. Окатыш сбрасывали с высоты 300 мм на стальную плиту. Контролировали количество падений, которое выдерживает окатыш без разрушения. Для более точного определения данного параметра использовали 20 окатышей. Показатели испытаний суммировали и определяли среднюю величину.

Принято, что при испытании сырые окатыши должны выдерживать не менее 15 сбрасываний.

Испытания на раздавливание проводят путем сжатия окатышей с целью определения усилия, при котором окатыши деформируются или разрушаются.

Для определения прочности на раздавливание сырых окатышей, изготовленных в рамках выполнения данной работы, использовали следующую методику.

Окатыш помещали в рабочую зону пресса и определяли усилие, при котором окатыш разрушался. Для эксперимента использовали 20 окатышей. Фиксировали усилие, необходимое для разрушения каждого окатыша, и находили среднеарифметическое значение.

После получения окатышей в тарельчатом грануляторе они сушились при температуре выше 105°С. Конечная влажность окатышей менее 1,5%.

Для оценки механических свойств сухих окатышей определяли прочность на раздавливание и проводили испытания по ГОСТ 15137-81. Испытания включают загрузку 15 кг окатышей в барабан диаметром 1 м, снабженный лопатками, вращение барабана со скоростью 40 об/мин в течение 10 минут, рассев полученного материала на фракции, характеризующие прочность (+5 мм) и истираемость (-0,5 мм). Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Таким образом, из представленных в таблице данных, видно, что при содержании вяжущих 15-20% от общего количества шихты число сбрасываний сырых окатышей составляет 8-10 раз, прочность на раздавливание 10-16 Н/ок, прочность высушенных окатышей 70-105 Н/ок при разрушаемости 70-75%. При содержании вяжущих менее 15% как сырые, так и обожженные окатыши обладают недостаточной прочностью. При содержании вяжущих более 20% шихта обладает излишней пластичностью и вследствие этого при окомковании окатыши слипаются в гроздья.

Прочностные показатели окатышей, полученных в ходе выполнения работы, достаточны для применения их в сталеплавильных процессах.

Кроме того, используемое в составе вяжущего из смеси воды и торфа является более доступным в получении, а использование в качестве основного компонента магнезиальных материалов: или отходов основной флотации талька (ООФ), или полупродукта талька (ППТ), или обожженного магнезита (ОМ), или серпентинита, или брусита расширяет сырьевую базу, за счет недефицитных материалов.