Результат интеллектуальной деятельности: БРИКЕТ-КОМПОНЕНТ ДОМЕННОЙ ШИХТЫ

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, БИПМ №23]. Брикет для выплавки металла по известному техническому решению получают путем прессования смеси указанных материалов, увлажненной водным раствором жидкого стекла, с последующей сушкой полученного брикета. 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. Кроме того, наличие щелочных металлов (жидкое стекло) в составе брикета также ограничивает его применение в доменной плавке.

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 известный брикет-компонент доменной шихты, получаемый путем вибропрессования из шихты, включающей углеродсодержащие материалы, железосодержащие материалы, флюсующие добавки, минеральное связующее и содержащей углерод, оксиды железа, кальция, магния, алюминия и кремния. Данное техническое решение предусматривает применение в качестве железосодержащего сырья как техногенных материалов, так и природного железорудного сырья [Патент РФ №2183679, МПК С 21 С 5/52, 2002, БИПМ №17]. Брикет, полученный в соответствии с данным техническим решением, после пропаривания имеет достаточные 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 брикета в шихте из-за повышенной вязкости шлака, образующегося из брикета, 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 этим отношением и массой брикетов определенного предела может вызывать кострение при выгрузке брикета из бункеров доменной печи. В известном техническом решении-прототипе не регламентируются также предельно допустимые размеры частиц компонентов шихты, превышение которых может уменьшать холодную прочность брикета.

Недостатком известного технического решения является также и то, что применение в его составе техногенного железосодержащего сырья может приводить к появлению в составе брикета нежелательных элементов, например цинка или других цветных металлов, поступление которых в доменную печь ограничивается технологическими инструкциями.

Технической задачей изобретения является устранение указанных недостатков известных технических решений - аналогов и прототипа, обеспечение высоких металлургических свойств брикета-компонета доменной шихты и его чистоты по содержанию вредных примесей, ухудшающих качество выплавляемого металла или затрудняющих работу доменной печи.

Решение данной технической задачи достигается тем, что в брикете-компоненте доменной шихты, получаемом путем вибропрессования из шихты, включающей углеродсодержащие материалы, железосодержащие материалы, флюсующие добавки и минеральное связующее, содержащей углерод, оксиды железа, кальция, магния, алюминия, кремния и других элементов, массовые отношения следующих элементов и оксидов в шихте C:Fe, CaO:SiO₂, MgO:Al₂O₃ соответственно находятся в пределах 0,35...0,6; 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 до 10 мм, а именно коксовую мелочь, и/или антрацит, 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 природный железосодержащий материал крупностью до 3 мм, а именно богатую железную руду и/или железорудный концентрат.

Кроме того, решение поставленной технической задачи обеспечивается тем, что в шихте для получения брикета используют флюсующие добавки крупностью до 3 мм, а именно известь, и/или доломитовый клинкер, и/или плавиковый шпат, и/или сталеплавильные шлаки, и/или отходы сварочного флюса.

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

Сущность изобретения заключается в следующем. Поддержание в шихте брикета для выплавки чугуна отношения содержаний углерода и железа в пределах 0,35...0,6 обеспечивает 100%-ную металлизацию 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) 1,33-1,35, верхний - к шихте, содержащей 45-50% Fe с окисленностью 1,45...1,49. Нижний предел учитывает также расход углерода на науглероживание железа, образующегося из железосодержащих материалов брикета. Уменьшение отношения C:Fe ниже 0,35 снижает экономию кокса, получаемую при использовании брикета 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 до 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 брикета. Отношение максимального и минимального размеров брикета не более 1,2, а их массы брикета не более 8 кг обеспечивает выгрузку брикета из бункеров доменных печей без кострения. При этом верхний предел относится к брикету, применяемому на печах с подачей шихты к скипам вагон-весами. Изготовление брикета массой менее 1,5 кг резко снижает производительность вибропресса.

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

Изобретение иллюстрируется следующим примером. Брикет-компонент доменной шихты производили из смеси гематитовой руды крупностью до 3 мм с содержанием железа 54% и магнетитового концентрата с содержанием железа 68% крупностью до 1 мм. В качестве углеродсодержащего материала использовали коксовую мелочь крупностью до 10 мм. В качестве связующего использовали портландцемент марки 500. В качестве флюсующей добавки - доломитовый клинкер крупностью до 2 мм и конвертерный шлак крупностью до 3 мм. Брикет производили методом вибропрессования на вибропрессе ВИП-12. Шихта для производства брикета в соответствии с изобретением характеризовалась следующими отношениями элементов и оксидов: C:Fe=0,52, CaO:SiO₂=1,25, MgO:Al₂O₃=0,58. Полученный брикет имел высокую прочность на раздавливание (7,0-9,5 МПа). Испытания брикета 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 брикете после такой термообработки составляла 96-98%. Брикет не содержал каких-либо вредных примесей.

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 в составе шихты для производства брикета решает проблему утилизации коксовой мелочи и других углеродсодержащих отходов и позволяет сокращать расход кокса на выплавку чугуна. Изготовление брикета-компонента доменной шихты только из природных железосодержащих материалов позволяет использовать его при выплавке высококачественных чугунов и не ограничивает долю этого компонента в составе доменной шихты по признакам, не связанным с технологией доменной плавки.