Брикет для металлургического производства

Изобретение относится к металлургии, а именно к изготовлению брикетов из железосодержащих отходов, используемых в виде дополнительного сырья для производства чугуна, стали и ферросплавов.

Известен брикет экструзионный металлический, полученный методом жесткой вакуумной экструзии (патент РФ №2502812 С2, опубл. 27.12.2013). Брикет содержит дисперсные отходы металлов, минеральное связующее и, при необходимости, флюсующие добавки. Крупность частиц компонентов шихты для производства брикета не превышает 5 мм, а его масса - не более 1,0 кг. В качестве флюсующих добавок брикет содержит известь и/или обожженный доломит. Изобретение обеспечивает получение окускованного компонента шихты для выплавки стали, чугуна и ферросплавов.

Известное техническое решение обладает рядом недостатков: малая пористость брикетов снижает их активность, что ведет к увеличению времени плавки в печи и энергозатрат; размер частиц в шихте не превышает 5 мм, что существенно ограничивает номенклатуру и объемы использования отходов металлургии в производстве таких брикетов; необходимость подготовки исключительно пластичной шихты снижает технологические возможности брикетирования грубых и абразивных крупнозернистых материалов, в большом количестве присутствующих в металлургических отходах.

Известен брикет экструзионный (БРЭКС) коксовый (патент РФ №2501845 C1, 20.12.2013), для производства которого используется цемент в качестве минерального связующего и, по необходимости, бентонит.

Недостатком этого технического решения, ограничивающим его применение, является ограничение размеров железосодержащих отходов, не превышающее 5 мм. При этом масса брикета - не более 0,3 кг.

Известен также брикет из железосодержащих отходов в виде окалины для плавки (патент РФ №2321647 С1, опубл. 10.04.2008), который получен смешиванием предварительно подготовленной окалины с измельченным углеродсодержащим материалом, наполнителем в виде кислого пылевидного минерала, связующим, включающим кремнийсодержащий материал и карбонат щелочного металла. Полученная смесь обработана отвердителем, включающим водный раствор жидкого стекла и кремнефтористый натрий, и далее проведено прессование смеси и последующая сушка при температуре 200-250°С.

Недостатками известного брикета являются многокомпонентный состав смеси для брикетирования, что усложняет и удлиняет технологический процесс, и повышенное суммарное количество связующего и отвердителя - до 16 мас. %, что сокращает количество железосодержащего материала в брикете. При меньшем количестве связующего холодная и горячая прочность, а, соответственно, и транспортная прочность брикетов снижаются.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является брикет для металлургического производства (патент РФ №2154680 С1, опубл. 20.08.2000), включающий смешивание железосодержащих отходов, например, окалины, с углеродсодержащим материалом и связующим в состав которого входит силикатная связка из смеси кремнийсодержащих природных материалов (суглинка, или глины, или полевого шпата) и карбоната натрия (Na₂CO₃), обработанных водным раствором жидкого стекла (Na₂O, nSiO₂), последующее прессование и сушку.

Недостатком этого решения являются высокая температура плавления связующего материала, низкая водостойкость и повышенная склонность к влагонасыщению, требующая создания специальных условий хранения, потери при транспортировке вследствие низкой прочности получаемых брикетов, что необходимо учитывать при завалке в плавильные печи и усложняет технологический процесс.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение стойкости к ударным нагрузкам, транспортировке и загрузке в печи, а также истираемости, влагостойкости, стойкости при длительном хранении на открытых площадках в атмосферных условиях, снижение склонности к образованию микротрещин и осыпаемости и снижение расхода основных дорогостоящих компонентов металлургической шихты.

Указанный технический результат обеспечивается за счет того, что брикет для металлургического производства, полученный шнековым прессованием и последующей сушкой смеси, содержит железосодержащие отходы, пластификатор в виде бентонита или каолиновой глины, кремнефтористый натрий, связующее, содержащее силикатную связку, и воду, причем связующее дополнительно содержит фиброволокно в виде базальта или стекла, и кроме того, соотношение компонентов смеси следующее, мас. %:

железосодержащие отходы - 91-95

пластификатор - 3-4

кремнефтористый натрий - 0,1-0,5

силикатная связка - 4-8

фиброволокно - 0,5-1

вода - сверх 100% в количестве 1-2% от массы силикатной связки.

В брикете используется силикатная связка с силикатным модулем 3,0-5,0 и плотностью 1,1-1,4 г/см3. В состав железосодержащих отходов могут входить мелочь ферросплавов, стальная или чугунная дробленая стружка размером от 0 до 25 мм, стальная или чугунная некондиционная дробь или корольки с допускаемым размером частиц до 25 мм, в частности обогащенные корольки (очищенные от шлаков в дробилках и мельницах металлические шарики/железные капли (92-98% Fe).

Использование фиброволокна позволяет повысить стойкость к ударным нагрузкам, при перегрузках, транспортировке и загрузке в печи; истираемость; влагостойкость; стойкость при длительном (до 10-15 суток) хранении на открытых площадках в атмосферных условиях; снижает склонность к образованию микротрещин и осыпаемость.

Одной из технических задач изобретения является снижение расхода основных дорогостоящих компонентов металлургической шихты за счет расширения возврата в производство в виде брикетов мало востребованных ранее металлургических отходов, в частности, стальной или чугунной дроби, стальной или чугунной стружки длиной до 25 мм, обогащенных корольков с размером частиц до 25 мм, мелочи ферросплавов. Использование более дешевого сырья как мелкой, так и крупной фракции при получении высокопрочных брикетов снижает себестоимость выплавляемого металла.

Кремнеземсодержащее связующее, в состав которого входит силикатная связка (микрокремнезем аморфный с размером частиц (0,05-10)* 10^-6 м в растворе гидроксида натрия при соотношении твердой и жидкой фаз в суспензии 1: (1,9-5,65)), с добавлением фиброволокна из базальта или стекла в период смешивания формовочной смеси равномерно распределяется между зернами шихты, заполняет свободное пространство и придает шихте текучесть. В результате увеличивается активная контактная поверхность частиц в общем объеме шихты, что позволяет сократить расход связующего. При необходимости водный раствор силикатной связки может включать в себя выгорающие порообразующие добавки, что позволяет регулировать плотность и реакционную способность брикетов.

В качестве пластификатора в брикет вводят бентонит или каолиновую глину. Использование в брикете кремнефтористого натрия ускоряет процесс твердения силикатной связки.

Полученную смесь подвергают шнековому прессованию с последующей сушкой. Сушку брикетов осуществляют при температуре 140-240°С в течение 120-180 мин. Плотность брикетов после высыхания составляет 4,15-4,25 кг/дм³. При этом сохраняется химический состав основного компонента брикета - стальной или чугунной дроби, стальной или чугунной стружки размером до 25 мм, обогащенных корольков с размером частиц до 25 мм, мелочи ферросплавов и обеспечивается повышенное содержание железа в готовом продукте. По элементному составу брикеты аналогичны основному сырью, что обеспечивает требуемое качество выплавляемой стали (опытные плавки в печах Таммана).

Добавка фиброволокна в связующее обеспечивает армирование брикетов и высокие прочностные показатели после сушки. Увеличивается холодная прочность по сравнению с неармированными брикетами: на сброс - в 5-6 раз, на истирание - на 60%; на раздавливание - на 20-25% (45-48 МПа). Холодная прочность таких брикетов сохраняется при температуре порядка 600°С.

Примеры получаемых брикетов приведены в таблице 1.

Испытания брикетов на горячую прочность с нагрузкой и без нее также подтвердили целесообразность использования брикетов, армированных базальтовой или стеклянной фиброй при плавках в индукционных и электродуговых печах, а также вагранках. Горячая прочность брикетов достигает 250-350 МПа.

Таким образом, данное изобретение позволяет расширить номенклатуру и объемы использования различных металлургических отходов в качестве дополнительного сырья с высоким содержанием железа при выплавке чугуна, стали и ферросплавов при минимальных подготовительных и энергетических затратах в виде брикетов, полученных шнековым прессованием.