Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗВЕСТКОВО-МАГНЕЗИАЛЬНОГО АГЛОМЕРАТА ДЛЯ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Способ получения известково-магнезиального агломерата для сталеплавильного производства относится к области черной металлургии, в частности к окускованию железо-флюсосодержащего сырья для конвертерного производства с использованием вторичных ресурсов.

Наиболее близким к заявляемому является изобретение по патенту РФ №2146297 C1, кл. C22B 1/16 "Шихта для получения высокоосновного агломерата", в котором агломерат производится из смеси железосодержащих материалов, в том числе конвертерного шлама и окалины, флюса и топлива. В данной шихте ввод в нее железорудного концентрата увеличивает стоимость агломерата, а традиционно подготавливаемые флюсы, кроме того, могут быть заменены флюсами вторичного происхождения. Содержание MgO в шихте не обеспечивает достаточного его содержания в спеке и оставляет расплав из него "агрессивным" по отношению к магнезиальной футеровке конвертера, а такой важный показатель агломерата как FeO вообще не регламентируется.

Известен также способ по патенту СССР №1806206 A3, кл. C21B 5/00, в котором агломерат содержит 2,14-3,12% MgO, а расход топлива на спекание обеспечивает соотношение FeO/MgO в продукте в пределах 3,4-7,99 ед. Использование такого агломерата с относительно низким содержанием магнезии в конвертерах с магнезиальной футеровкой не предохраняет ее от "агрессивного" воздействия расплава и износа.

В предлагаемом способе получения известково-магнезиального агломерата для сталеплавильного производства из шихты, содержащей конвертерный шлам, окалину, флюс, топливо и возврат, включающем дозирование, смешивание и спекание, в качестве флюса в шихту вводят шлаковую смесь совместно с отсевом исходного и/или обожженного доломита фракции 0-10 мм с обеспечением получения содержания MgO в агломерате в пределах 6,9-10,5%, а расход топлива устанавливают исходя из получения содержания FeO в спеке в пределах 7,0-13,0% и при поддержании отношения FeO/MgO в нем в интервале 0,7-1,9 ед.

Способ обеспечивает утилизацию вторичного сырья, получение прочного агломерата заданного состава с высокотемпературными свойствами, необходимыми для нормального шлакообразования в конвертере с минимальным воздействием на футеровку агрегата. В сравнении с агломератом из применяемой в настоящее время шихты использование агломерата, полученного по предлагаемому способу, позволяет увеличить количество плавок в межремонтный период футеровки конвертера.

Процесс взаимодействия огнеупора с расплавом, в том числе, шлаковым из агломерата включает в себя пропитку, смачивание и растекание, растворение, химическую реакцию, эрозию. Разрушающее действие шлака на футеровку связано с проникновением окислов (FeO, SiO₂ и др.) в поверхностные слои огнеупоров, что, с одной стороны, вызывает образование легкоплавких растворов и химических соединений с составляющими огнеупора и облегчает тем самым растворение поверхностного слоя футеровки в шлаке и его оплавление, с другой стороны, обусловливает перерождение поверхностных слоев кирпича и образование в нем зон с различными физическими свойствами (коэффициент линейного расширения, плотность, механическая прочность, термостойкость), что способствует разрушению огнеупора за счет изменения объема образовавшихся фаз при резких изменениях температур кладки. Расплав может проникать в футеровку или в зависимости от его состава может образовывать на рабочей поверхности огнеупора гарнисажный слой. Толщина гарнисажного слоя нарастает либо уменьшается. Причинами образования гарнисажного слоя, его нарастания или уменьшения является проникновение шлакообразующих (оксидов железа, кремния, кальция, магния, щелочных элементов) в огнеупор диффузионным и капиллярным способами, а также физико-химическими процессами, происходящими в самом огнеупоре под влиянием высокой температуры и градиента температур.

При разработке предлагаемого способа предварительно были исследованы свойства агломерата в лабораторных условиях в исходном состоянии и при взаимодействии образовавшегося шлакового расплава из агломерата с магнезитовым (периклазовым) огнеупором в области высоких температур.

Прочность агломерата по выходу фракции крупнее +5 мм определяли по ГОСТ 15137-79. Температуру начала образования расплава из агломерата определяли по началу усадки его пробы, помещенной между двумя подложками из магнезитового огнеупора толщиной по 10 мм, а внедрение расплава в огнеупор оценивали после нагрева до конечной температуры 1550°C.

Основная часть шихты для получения агломерата состояла из конвертерного шлама, содержащего Fe_общ. - 52,2%, CaO - 12,3%; MgO - 4,25%. Шихта офлюсовывалась на заданное содержание магнезии и основность по CaO/SiO₂ шлаковой смесью (смесь обогащенного шлака и скрапа) и смесью отсева исходного и обожженного доломита, отобранных в обжиговом цехе на вращающихся печах. Расход твердого топлива поддерживали в пределах 40-65 кг/т агломерата в зависимости от заданных значений содержания FeO в агломерате и отношения FeO/MgO в нем. Окалину в шихту вводили в количестве, обеспечивающем содержание железа в агломерате на постоянном уровне при переменном содержании MgO в спеке и его основности.

Исходные характеристики агломерата и его свойства, проявляющиеся при высокотемпературном нагреве, представлены в таблице 1.

Использование в конвертерной плавке достаточно прочного агломерата с содержанием FeO выше 13%, но с относительно низким содержанием MgO (опыты №№1 и 6 в табл.1) предопределяет относительно высокую коррозию магнезитового огнеупора в контакте с расплавом из агломерата. В то же время, пониженное содержание FeO и отношение FeO/MgO 0,7 ед. не обеспечивает получение достаточно прочного агломерата (опыт 3), а повышение содержания FeO выше 13% и доведение отношения FeO/MgO 1,9 ед. и выше (опыты №№2 и 12) заметно усиливает "агрессивность" расплава по отношению к магнезиальному огнеупору. Оптимизация состава агломерата суммарно по абсолютному содержанию MgO и FeO и по отношению FeO/MgO важна, поскольку оксид железа является сильным плавнем по отношению к огнеупору и должен компенсироваться определенным содержанием тугоплавкой магнезии.

Таблица 1 Состав и свойства агломератов лабораторных спеканий. №№ опытов Химический состав, % Отношение, ед. Прочность агломерата, % Температура начала плавления, °C Внедрение расплава в огнеупор, мм Fe FeO MgO 1 46,5 14,0 3,52 3,98 3,5 82,0 1325 3,5 2 47,6 13,0 6,9 1,9 4,04 83,7 1350 1,5 3 46,4 7,0 10,0 0,7 3,35 80,9 1370 0,5 4 46,3 7,5 10,50 0,71 3,97 82,1 1375 0,3 5 47,2 9,2 8,94 1,03 2,79 81,8 1350 0,5 6 47,3 13,1 2,97 4,41 5,00 82,8 1340 2,5 7 48,0 8,9 7,99 1,11 4,01 82,5 1355 0,5 8 46,9 7,75 8,03 0,97 3,89 82,1 1355 0,4 9 47,5 8,5 9,03 0,94 3,98 83,0 1360 0,4 10 47,4 13,0 7,0 1,86 4,0 82,7 1350 0,5 11 47,0 10,5 6,9 1,52 3,8 82,1 1345 0,5 12 46,8 13,5 6,8 1,98 3,77 83,0 1340 2,0 13 47,0 13,0 8,55 1,52 3,81 82,9 1350 0,4 14 46,8 7,0 9,55 0,73 3,7 82,0 1355 0,3

Обоснование пределов предлагаемого способа базируется на результатах опытов, в которых внедрение расплава в огнеупор не превышало 0,5 мм. Так при содержании FeO в агломерате 7,0% и поддержании отношения FeO/MgO выше 0,7 ед. (опыты №№4 и 14) внедрение в огнеупор было минимальным. При верхнем допустимом содержании FeO в агломерате 13,0% положительный результат иллюстрируется опытами №№10 и 13, когда количество магнезии обеспечивало снижение отношения FeO/MgO ниже 1,9 ед. Минимально допустимое содержание MgO - 6,9% иллюстрируется опытом №11 при поддержании отношения FeO/MgO в оптимальных пределах, а максимальное 10,55 - опытами №№4 и 15. Превышение содержания MgO выше верхнего предела сопровождалось значительным снижением прочности агломерата из-за затруднения процесса жидкофазного спекания.

Способ реализован в промышленных условиях в автономном режиме на одной из агломашин аглофабрики, спекающей доменный агломерат, с последующим использованием известково-магнезиального агломерата в конвертерном цехе. Состав агломерационной шихты представлен в таблице 2.

Средний химический состав использованных шихтовых компонентов приведен в таблице 3.

Получен агломерат со следующим средним химическим составом, %: Fe_общ. - 47,6; FeO - 10,3; CaO - 22,26; SiO₂ - 5,51; MgO - 8,94; ZnO - 0,39; СаО/SiO₂ - 4,04 ед.; FeO/MgO - 1,15 ед. При производстве агломерата, офлюсованного шлаковой смесью, сэкономлен известняк.

В сравнении с агломератом на основе конвертерного шлама, содержащего MgO - 2,9%; FeO - 14,4; FeO/MgO - 4,97 ед.; СаО/SiO₂ - 4,04 ед., при использовании в конвертерной плавке известково-магнезиального агломерата, полученного по предлагаемому способу, межремонтный период футеровки конвертеров возрос на 39-47 плавок. В передел вовлекается весь образующийся цинксодержащий шлам, ранее направлявшийся в отвалы, что улучшает экологическую обстановку. Использование агломерата как железосодержащего шлакообразующего компонента и охладителя позволило соответственно сэкономить железную руду, известняк и металл.