Способ получения металлургического брикета

Изобретение относится к области технологии подготовки и производства брикета из углеродистого материала, применяемого в качестве восстановителя в металлургических процессах.

Известен способ получения брикета, включающий смешение измельчённых твёрдых топлив со связующим на основе отходов нефтеперерабатывающего производства – нефтешлама и/или отработанного машинного масла, брикетирование смеси и последующую сушку брикета. Дополнительно в связующее вводят компоненты, выбранные из группы, включающей, % мас. в расчете на брикетируемую смесь: лигносульфонат или мелассу – 2-7%, и/или обезвоженный активный ил – 3-8%, и/или глину – 3-10%, и/или парафин или парафиновый гач – 1-6% при следующем соотношении компонентов в брикете, мас.%: связующее – 10-23, измельчённые твёрдые топлива, выбранные из группы: древесные опилки, торф, обезвоженный птичий помёт, обезвоженный навоз, коксовая или угольная мелочь, угольный шлам, лигнин или их смеси – до 100.

Брикетирование ведут при давлении 1–30 МПа, сушку брикета – при температуре менее 300°С. Компоненты связующего перед смешиванием нагревают до 60–80°С или перемешивают с подогревом до 60–80°С. Твёрдое топливо предварительно смешивают с половиной нефтешлама или обработанного машинного масла и затем добавляют остальные компоненты связующего (RU 2130047, опубл. 1999).

Брикеты, полученные с использованием описанного известного способа, обладают недостаточной прочностью из-за включения в сырьё, например, опилок, навоза, птичьего помёта, а включение в состав связующего глины может неблагоприятным образом изменять состав минеральной части брикета.

Известен также способ получения брикетного топлива, включающий смешение углеродсодержащего сырья со связующим – смолой низкотемпературного полукоксования, полученной при температуре до 650°, прессование смеси и последующее отверждение брикетов в окислительной атмосфере при 150-300°С (RU 2375414, опубл. 2009).

Брикеты, полученные описанным способом, обладают недостаточной прочностью.

Известен способ получения брикетного топлива, заключающийся в совместном измельчении углеродсодержащего материала и минерального связующего до размера частиц не более 5 мм, добавлении к полученному составу гидрофобизирующего модификатора и воды с последующим перемешиванием с добавлением упрочняющего модификатора.

Полученную массу прессуют в брикеты под давлением 20-200 МПа и полученные брикеты сушат при 100-250°С.

В качестве компонентов используют углеродсодержащий материал - буроугольный среднетемпературный кокс исходного гранулометрического состава, минеральное связующее - алевролит подугольный, упрочняющий модификатор - 3%-ный водный раствор поливинилового спирта (ПВС) или водный раствор 10%-ного мучного клейстера, гидрофобизирующий модификатор - мазут марки M100, воду при следующем содержании компонентов, мас.%: минеральное связующее 1-10; упрочняющий модификатор 1-30; гидрофобизирующий модификатор 1-10; вода 1-30; углеродсодержащий материал - остальное (RU 2473672, опубл. 2013).

Брикеты, полученные описанным способом, обладают недостаточной прочностью и водостойкостью.

Ближайшим техническим решением к заявленному способу является способ получения брикетного топлива, заключающийся в смешении исходных компонентов – углеродсодержащего материала, представляющего собой мелочь коксовую марки МК-1 (далее – МК-1), получаемую посредством среднетемпературной карбонизации бурого угля, двухкомпонентного связующего, содержащего смолу и муку в соотношении от 0,5:1 до 2:1, и воды с температурой от 1 до 99°С, при этом исходные компоненты берут в следующем соотношении, мас. %: углеродсодержащий материал – не менее 50; двухкомпонентное связующее – 8–40; вода с температурой от 1 до 99°С – остальное.

После смешивания полученную брикетную смесь прессуют и сушат сформированный брикет.

Техническая проблема описанного способа – получение брикетов с высоким содержанием оксидов фосфора, что является нежелательным для процессов производства химически чистого кремния в рудно-термических печах.

Технической задачей настоящего изобретения является получение брикета с низким содержанием фосфора.

Указанная техническая задача решается описываемым способом получения металлургического брикета, заключающимся в смешении исходных компонентов - углеродсодержащего материала, представляющего собой мелочь коксовую марки МК-1, получаемую посредством среднетемпературной карбонизации бурого угля, двухкомпонентного связующего, содержащего смолу и крахмал в соотношении (0,5-2):1, и воды с температурой от 1 до 99°С, прессовании полученной смеси и сушке, при этом исходные компоненты смешивают в следующем соотношении, % мас.:

углеродсодержащий материал не менее 50,0

связующее 8,0–20,0

вода – остальное.

Технический результат заключается в получении брикетов с низким содержанием оксидов фосфора, позволяющих использовать их в процессах производства кремния в рудно-термических печах.

Для получения брикета в качестве углеродсодержащего материала используют мелочь коксовую марки МК-1 (далее – МК-1), получаемую посредством среднетемпературной карбонизации бурого угля, с исходным гранулометрическим составом 0–15 мм.

С целью придания брикету высокой прочности и водостойкости к углеродсодержащему материалу добавляют двухкомпонентное связующее, включающее смолу и крахмал в соотношении (0,5-2):1, в количестве от 8 до 20 мас.%, и воду с температурой от 1 до 99°С. Затем полученную массу перемешивают до гомогенного состояния и брикетируют с усилием от 5 до 500 МПа.

В качестве воды используют техническую воду. Повышенная температура добавляемой воды оказывает благоприятное влияние на прочность брикета при низком содержании связующего.

Приготовление брикетной смеси производят следующим образом.

После магнитной сепарации немагнитную фракцию МК-1 подают в смеситель, затем последовательно добавляют смолу, крахмал и воду. При добавлении каждого из перечисленных компонентов смесь перемешивают до гомогенного состояния. По получении результирующей однородной композиции смесь выгружают из смесителя и подают в валковый пресс с максимальным усилием сведения валков 150 тс. Сформированный брикет высушивают в ленточной сушилке при температуре 150°С до влаги (W_t^r) менее 5%. Высушенный брикет охлаждают при температуре окружающего воздуха.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Для изготовления брикета используют следующие компоненты: 100 мас.ч. мелочи коксовой марки МК-1 в качестве углеродсодержащего материала, 5 мас.ч. смолы пиролизной тяжёлой марки А и 10 мас.ч. крахмала тапиоки в качестве связующего, 25 мас.ч. воды технической с температурой не менее 80°С.

Исходные компоненты подготавливают следующим образом.

Мелочь коксовую загружают в смеситель бегунового типа, добавляют последовательно смолу пиролизную тяжёлую марки А, крахмал тапиоки и воду, при этом после добавления каждого из перечисленных компонентов перемешивают смесь до гомогенного состояния. Полученную брикетную смесь подают в валковый пресс с максимальным усилием сведения валков 150 тс. Брикет высушивают при температуре 150°С в течение 40 мин. Высушенный брикет охлаждают при температуре окружающего воздуха.

Получают брикет с содержанием оксида фосфора на рабочую массу 0,05%, при этом прочность на сбрасывание более 95%, прочность на истирание в барабане более 92%, влага общая менее 5%, зольность менее 8%, выход летучих на сухую беззольную массу менее 20%, водопоглощение менее 10%.

Пример 2.

Брикет изготавливают в соответствии с примером 1, но в качестве связующего используют смолу пиролизную тяжёлую марки Б (7,5 мас.ч.) и крахмал картофельный (7,5 мас.ч.), вода техническая (30 мас.ч.) имеет температуру 20°С.

Полученный брикет имеет содержание оксида фосфора на рабочую массу – 0,04%, прочность на сбрасывание более 95%, прочность на истирание в барабане более 90%, влагу общую менее 5%, зольность менее 8%, выход летучих на сухую беззольную массу менее 20%, водопоглощение менее 8%.

Пример 3.

Изготавливают брикет в соответствии с примером 1, но в качестве связующего используют смолу пиролизную тяжёлую марки А (10 мас.ч.) и крахмал кукурузный (5 мас.ч.).

Полученный брикет имеет содержание оксида фосфора на рабочую массу – 0,02%, прочность на сбрасывание более 95%, прочность на истирание в барабане более 90%, влагу общую менее 5%, зольность менее 8%, выход летучих на сухую беззольную массу менее 20%, водопоглощение менее 6%.

Пример 4 (сравнительный)

Для изготовления брикета используют следующие компоненты: 100 мас.ч. немагнитной фракции мелочи коксовой марки МК-1 в качестве углеродсодержащего материала, 10 мас.ч. смолы пиролизной тяжёлой марки Б и 5 мас.ч. муки пшеничной в качестве связующего, 25 мас.ч. воды технической с температурой не менее 80°С.

Исходные компоненты подготавливают следующим образом.

Немагнитную фракцию мелочи коксовой марки МК-1 получают путём магнитной сепарации исходной мелочи коксовой марки МК-1 с максимальным значением магнитной индукции 1,2 Тл. Далее мелочь коксовую загружают в смеситель бегунового типа, добавляют последовательно смолу пиролизную тяжёлую марки А, муку ячменную и воду, при этом после добавления каждого из перечисленных компонентов перемешивают смесь до гомогенного состояния. Полученную брикетную смесь подают в валковый пресс с максимальным усилием сведения валков 150 тс. Брикет высушивают при температуре 150°С в течение 1 ч. Высушенный брикет охлаждают при температуре окружающего воздуха.

Полученный брикет имеет содержание оксида фосфора на рабочую массу 0,3%, прочность на сбрасывание более 95%, прочность на истирание в барабане более 90%, влагу общую менее 5%, зольность менее 8%, выход летучих на сухую беззольную массу менее 20%, водопоглощение менее 10%.

Таблица 1

Таким образом, способ по изобретению позволяет получить брикеты с низким содержанием оксидов фосфора, с высокой прочностью и низким водопоглощением, что позволяет использовать их в процессах производства кремния в рудно-термических печах.