Результат интеллектуальной деятельности: БРИКЕТ ДЛЯ ВЫПЛАВКИ ЧУГУНА

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам окускования железорудного сырья, и может быть использовано при подготовке шихтовых материалов для доменной плавки.

Известно техническое решение - брикет для выплавки металла, имеющий правильную геометрическую форму и приготовляемый 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, С 22 В 1/243, 7/00, 2000, БИ №23). Брикет для выплавки металла по известному техническому решению получают путем прессования смеси указанных материалов, увлажненной водным раствором жидкого стекла, с последующей сушкой полученных брикетов. Недостатком данного известного технического решения является то, что брикет для выплавки металла, получаемый по описанной технологии, не обладает достаточной термостойкостью, что не позволяет использовать его в качестве шихтового материала в шахтных, например доменных, печах.

Указанный недостаток устраняется в другом известном техническом решении, которым является железосодержащий кусковый материал, содержащий также оксиды кальция, магния, глинозема и кремнезема, приготовляемый из смеси мелких железосодержащих отходов металлургического производства, измельченного углеродсодержащего материала и глиноземистого цемента путем изготовления из этой смеси бетона и дробления его на куски, крупность которых позволяет загружать их в доменную печь (DE 3727576, МКИ С 22 В 1/243 от 19.08.1987). Образующуюся при дроблении бетона мелочь путем грохочения раздробленного бетона отсевают и возвращают в шихту для получения бетона или используют в агломерационной шихте. Недостатком данного технического решения является то, что его реализация сопровождается выходом отходов, которые необходимо вновь утилизировать.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является известное техническое решение - брикет для выплавки металла, в том числе для выплавки чугуна в доменных печах, получаемый путем вибропрессования из увлажненной шихты, включающей углеродсодержащие материалы, техногенные железосодержащие материалы, флюсующие добавки, минеральное связующее, пластификатор, содержащей углерод, оксиды железа, кальция, магния, алюминия, кремния, и других элементов (патент РФ №2183679, С 21 С 5/52, 2002, БИ №17). Брикет, полученный в соответствии с данным техническим решением, после пропаривания имеет достаточную холодную прочность и термостойкость и не разрушается при перегрузках и при нагреве в восстановительной атмосфере доменной печи до образования из него чугуна и шлака.

Недостатком данного технического решения является то, что оно не регламентирует химического состава брикета, а именно соотношения содержаний углерода и железа, которое определяет восстановительный потенциал вещества брикета, а также соотношения оксидов, которые определяют свойства шлака, образующегося из пустой породы брикета. Отклонение указанных соотношений от оптимальных может вызывать ухудшение показателей доменной плавки при использовании брикетов в шихте из-за повышенной вязкости образующегося из них шлака вследствие его гетерогенности или высокой температуры кристаллизации.

Кроме того, указанное техническое решение не регламентирует размеров брикета и соотношения между его максимальным и минимальным размерами. Превышение этого отношения и массы брикетов определенного предела может вызывать кострение брикетов при выгрузке их из бункеров доменной печи. В известном техническом решении-прототипе не регламентируются также предельно допустимые размеры частиц компонентов шихты, превышение которых может уменьшать холодную прочность брикетов.

Технической задачей изобретения является устранение указанных недостатков известных технических решений - аналогов и прототипа, обеспечение высоких металлургических свойств брикетов и эффективная, экономичная утилизация углеродсодержащих, железосодержащих и содержащих флюсующие оксиды производственных отходов.

Решение данной технической задачи достигается тем, что в брикете для выплавки чугуна, получаемом путем вибропрессования из увлажненной шихты, включающей углеродсодержащие материалы, техногенные железосодержащие материалы, флюсующие добавки, минеральное связующее и пластификатор, содержащей углерод, оксиды железа, кальция, магния, алюминия, кремния, и других элементов, массовые отношения следующих элементов и оксидов в шихте C:Fe, CaO:SiО₂, MgO:Al₂О₃ соответственно находятся в пределах 0,25...0,55, 0,3...1,6, 0,25...1,25, крупность материалов, входящих в шихту, не превышает 10 мм, отношение максимального и минимального размеров брикета не превышает 1,2, а масса брикета составляет 1,5...8,0 кг.

Решение поставленной технической задачи обеспечивается также тем, что в шихте для получения брикета используют углеродсодержащий материал крупностью 0...10 мм, а именно коксовую мелочь, и/или уголь, и/или бой графитированных или углеродистых электродов, и/или бой электролизных ванн для производства алюминия, и/или углеродсодержащие шламы и пыли.

Дополнительно решение поставленной технической задачи обеспечивается тем, что в шихте для получения брикета используют техногенный железосодержащий материал крупностью 0-3 мм, а именно пыли газоочисток металлургических печей, и/или шламы газоочисток металлургических печей, и/или прокатная окалина, и /или стружка черных металлов, и/или металлоконцентрат переработки сталеплавильных и доменных шлаков.

Кроме того, решение поставленной технической задачи обеспечивается тем, что в шихте для получения брикета используют флюсующие добавки крупностью 0...3 мм, а именно конвертерный шлак, и/или электросталеплавильный шлак, и/или отходы сварочного флюса.

Решение поставленной технической задачи улучшается также тем, что в шихте для получения брикет в качестве минерального связующего используется цемент.

Сущность изобретения заключается в следующем. Поддержание в шихте брикета для выплавки чугуна отношения содержаний углерода и железа в пределах 0,25...0,55 обеспечивает 100% металлизации оксидов железа железосодержащих материалов при различных содержаниях железа в брикете. Нижний предел относится к шихте брикета, содержащей 35-40% Fe с окисленностью (атомарным отношением O:Fe) 1,15...1,25, верхний - к шихте, содержащей 45-50% Fe с окисленностью 1,4...1,45. Нижний предел учитывает также расход углерода на науглероживание железа, образующегося из железосодержащих материалов брикета. Уменьшение отношения C:Fe ниже 0,25 снижает экономию кокса, получаемую при использовании брикетов в доменной плавке. Превышение верхнего предела приводит к образованию гетерогенного шлака из пустой породы брикета вследствие внедрения в шлак неизрасходованных частиц кокса или полукокса. Гетерогенный шлак имеет повышенную вязкость, низкую текучесть и уменьшает газопроницаемость нижней части печи как в зоне шлакообразования, так и в коксовой насадке под зоной шлакообразования, что приводит к снижению производительности печи.

Поддержание в шихте брикета отношений оксидов CaO:SiO₂ и MgO:Al₂O₃ соответственно в пределах 0,3...1,6 и 0,25...1,25, обеспечивает образование из пустой породы материалов брикета шлаков с относительно невысокой температурой кристаллизации (1300-1400°С), которые растворяются в жидких железистых первичных шлаках, образующихся из пустой породы других компонентов шихты (агломерат и окатыши). При этом нижнему пределу отношения CaO:SiO₂ соответствует верхний предел отношения MgO:Al₂O₃ и наоборот. Нижний предел отношения MgO:Al₂O₃, в свою очередь, соответствует повышенным содержаниям глинозема в образующихся шлаках (15-25%), а верхний предел - умеренному содержанию глинозема в этих шлаках (5-10%). Заданные пределы выбраны, исходя из опытных данных, полученных при исследовании температур кристаллизации и вязкости синтетических и промышленных доменных шлаков различных заводов (Доменное производство. Справочник. Т.1. - M.: Металлургия, 1989, с.358-359. Шлаковый режим доменных печей. - M.: Металлургия,. 1967, с.149-157). Конкретные значения этих отношений выбирают, исходя из состава основных железосодержащих компонентов шихты для производства брикета, и обеспечивают путем дозирования флюсующих добавок с учетом состава и количества цемента в этой шихте.

Использование углеродсодержащего материала крупностью 0-10 мм позволяет утилизировать коксовую мелочь без ее дополнительной обработки (измельчения). Применение более крупного углеродсодержащего материала приводит к ухудшению использования углерода и к снижению прочности брикетов. Отношение максимального и минимального размеров брикета не более 1,2, а их массы брикета не более 8 кг обеспечивает выгрузку брикетов из бункеров доменных печей без кострения. При этом верхний предел относится к брикетам, применяемым на печах с подачей шихты к скипам вагон-весами. Изготовление брикетов массой менее 1,5 кг резко снижает производительность линии по производству брикетов.

Применение железосодержащих материалов и флюсующих добавок крупностью не более 3 мм обеспечивает высокую холодную прочность брикетов и их хорошую восстановимость в процессе доменной плавки, а применение в качестве минерального связующего цемента обеспечивает достаточную горячую прочность брикетов, что необходимо при их использовании в доменной печи.

Изобретение иллюстрируется следующим примером. Брикеты для выплавки чугуна производили из смеси доменных и сталеплавильных шламов и окалины крупностью 0-3 мм. В качестве углеродсодержащего материала использовали коксовую мелочь крупностью 0...10 мм. В качестве связующего использовали портландцемент марки 500. В качестве флюсующей добавки - конвертерный шлам крупностью 0-2 мм. Брикеты производили методом вибропрессования на вибропрессе ВИЛ-12. Шихта для производства брикета в соответствии с изобретением характеризовалась следующими соотношениями элементов и оксидов: C:Fe=0,39, СaO:SiO₂=1,54, MgO:Al₂O₃=0,36. Полученные брикеты имели высокую прочность на раздавливание (8,5-10,5 МПа). Испытания брикетов на термостойкость показали, что при нагреве образцов брикета в атмосфере водорода до температуры 1150°С в течение 2,5 ч брикет сохранял свою форму и не разрушался. Степень металлизации железа в образцах брикета после такой термообработки составляла 93-98%.

Таким образом, брикет для выплавки чугуна, полученный в соответствии с изобретением, имеет высокие металлургические свойства и может быть использован в составе шихты доменных печей. Применение коксовой мелочи и других углеродсодержащих отходов, а также техногенных железосодержащих материалов и флюсов в составе шихты для производства брикета решает проблему утилизации металлургических и других производственных отходов.