Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ШИХТОВОГО МАТЕРИАЛА В ВИДЕ БРИКЕТОВ К ПЛАВКЕ
СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ШИХТОВОГО МАТЕРИАЛА В ВИДЕ БРИКЕТОВ К ПЛАВКЕ

СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ШИХТОВОГО МАТЕРИАЛА В ВИДЕ БРИКЕТОВ К ПЛАВКЕ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к области утилизации металлургических отходов, которые в виде брикетов могут быть использованы в качестве шихтового материала при производстве стали и чугуна. Сущность: подготовка шихтового материала в виде брикетов включает смешивание окалины с тонкоизмельченным углеродсодержащим материалом и связующим, прессование и последующую сушку. Окалину предварительно размалывают, смешивают с порошкообразным углеродсодержащим веществом в количестве 15...60% по углероду от массы окалины. В качестве связующего вещества используют механическую смесь следующего состава: оксид алюминия 2...8%, карбонат кальция 3...9%, карбонат натрия 15...37%, бура 3.. .36%, пыль от газоочистки электропечи 2...10%, двуокись кремния - остальное. Готовую смесь окалины, углеродсодержащего вещества и связующего обрабатывают водным раствором Na2O·n·SiO2. Использование предложенного способа шихты в виде брикетов позволит более полно утилизировать отходы металлургического производства, снизить затраты на приготовление брикетов, расширить возможность их использования. Предложение может быть использовано в металлургическом и машиностроительном производствах.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2095436
Класс(ы) патента: C22B1/245
Номер заявки: 96101363/02
Дата подачи заявки: 23.01.1996
Дата публикации: 10.11.1997
Заявитель(и): Агеев Евгений Ефимович; Бондарев Юрий Александрович; Лемякин Владимир Петрович; Курлыкин Владимир Николаевич; Ласенко Валерий Викторович
Автор(ы): Агеев Евгений Ефимович; Бондарев Юрий Александрович; Лемякин Владимир Петрович; Курлыкин Владимир Николаевич; Ласенко Валерий Викторович
Патентообладатель(и): Агеев Евгений Ефимович; Бондарев Юрий Александрович; Лемякин Владимир Петрович; Курлыкин Владимир Николаевич; Ласенко Валерий Викторович
Описание изобретения: Изобретение относится к области утилизации металлургических отходов, которые в виде брикетов могут быть использованы в качестве шихтового материала при производстве чугуна и стали.
Известен способ утилизации железосодержащей пыли, образующейся в ходе металлургических процессов и улавливаемой в сухом виде или в виде шлака. Способ включает добавление к сухой пыли воды и гидравлического цемента и формирование брикетов, используемых после просушки в качестве шихты [1]
Этот способ не позволяет получить компактный материал из стальной окалины с необходимой плотностью и прочностью. Завалка такого материала в печь сопровождается выделением большого количества пыли. Степень восстановления металла из таких брикетов очень низкая.
Известен способ подготовки шихтовых материалов в виде брикетов к плавке, включающий смешение железосодержащего материала, такого, как прокатная окалина, с углеродсодержащим материалом, в качестве которого используют тонкоизмельченный уголь или угольную пыль с содержанием <8% летучих (антрацитом) или тонкоизмельченный кокс со связующим, используя сажу и термоактивную смолу (1,25 2,75 и 2,5 4,0 процента от веса шихты соответственно). Смесь брикетируют и подвергают дальнейшему нагреву для отверждения смолы. Количественное соотношение железа и углерода выбирают так, чтобы оно соответствовало условию стехиометрического восстановления окислов [2]
Данный способ, взятый в качестве прототипа, имеет следующие недостатки: он довольно трудоемок, требует значительных затрат на приготовление брикетов, а полученные брикеты имеют ограниченное применение. Это вызвано следующим. В качестве связующего вещества используется сажа и термоактивная смола. Получение, утилизация и дальнейшее использование этих компонентов требуют значительных затрат как с точки зрения их получения, так и использования. Причем полученные брикеты можно использовать только при производстве стали. Для производства чугуна такие брикеты не пригодны.
Задача изобретения усовершенствование способа утилизации железа, содержащегося в стальной окалине, являющейся отходом производства, снижение изготовляемых брикетов, расширение области их использования.
Технический результат заключается в более полной утилизации отходов металлургического производства, снижении затрат на приготовление брикетов, улучшение экологических условий производства.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе подготовки шихтового материала в виде брикетов к плавке, включающем смешивание окалины с тонкоизмельченным углеродсодержащим материалом и связующим, прессование и последующую сушку, согласно изобретению, в качестве связующего используют механическую смесь, ингредиенты которой взяты в следующем соотношении, мас. оксид алюминия 2.8, карбонат кальция 3.9, карбонат натрия 15.37, бура 3.26, пыль от газоочистки электропечи 2.10, двуокись кремния - остальное.
Отличием изобретения является то, что в качестве связующего используют механическую смесь, ингредиенты которой взяты в следующем соотношении, мас. оксид алюминия 2.8, карбонат кальция 3.9, карбонат натрия 15.37, бура 3.26, пыль от газоочистки электропечи 2.10, двуокись кремния - остальное, при этом окалину предварительно подвергают размолу, количество вводимого углеродосодержащего материала составляет 15.60% по углероду от массы окалины, а готовую смесь окалины, углеродосодержащего материала и связующего обрабатывают водным раствором Na2О·n·SiO2.
Наличие углерода в брикете в указанных количествах позволяет использовать их не только при производстве стали, но и при выплавке чугуна. Новый состав связующего вещества позволяет предотвратить угар углерода из брикетов вследствие образования газоплотного защитного стекольного каркаса из компонентов связующего вещества в процессе технологического нагрева при плавке и значительно снизить затраты на их производство.
Введение в состав брикетов углеродсодержащего вещества менее 15% не позволяет полностью восстановить железо, содержащееся в окалине, 15% углерода обеспечивает полное восстановление железа, и такие брикеты можно использовать при производстве низкоуглеродистой стали. Дальнейшее увеличение углерода до 60% включительно позволяет использовать брикеты при производстве высокоуглеродистой стали и чугуна. Содержание углерода более 60% не позволяет полностью его использовать и требует его выжигания.
Al2O3 стеклообразующий оксид, влияющий на температурную прочность и вязкость. При содержании Al2O3 ниже 2,0% температура размягчения стеклосвязки ниже 600o прочность брикета при нагреве резко падает. Содержание Al2O3 в количестве 2,0% обеспечивает прочность при температуре 650-700oC. Дальнейшее увеличение содержания Al2O3 до 8% включительно обеспечивает прочность брикета до температуры 850o. При повышении содержания Al2O3 свыше 8% возрастает вязкость стеклофазы, уменьшается смачиваемость, что приводит к растрескиванию брикетов.
CaCO3 карбонат кальция является одним из основных составляющих стеклосвязки, необходимых для образования комплексного соединения силиката кальция. Введение CaCO3 в пределах 3.9% включительно обеспечивает хорошую растекаемость и смачиваемость связующего вещества. Содержание CaCO3 менее 3,0% не обеспечивает необходимую смачиваемость и растекаемость связующего вещества, содержание CaCO3 более 9% приводит к снижению коэффициента объемного расширения связующего вещества и к растрескиванию брикетов.
Na2CO3 карбонат натрия, основной плавень, снижающий вязкость, обеспечивающий смачиваемость. Содержание Na2CO3 в указанных пределах включительно обеспечивает необходимую вязкость и температуру плавления связующего вещества. Введение менее 15% ведет к повышению вязкости связующего вещества, а более 37% приводит к резкому снижению температурной прочности брикета.
Бура является стеклообразующим веществом. Она влияет на смачиваемость стеклосвязки. При содержании ее ниже 3% угол смачивания стеклосвязки составляет более 70o, что не обеспечивает связывание оксидов железа по всему объему и не дает необходимой газоплотности. Содержание буры в пределах 3.26% включительно обеспечивает угол смачивания около 20o, что дает необходимую смачиваемость. Содержание буры более 26% снижает угол смачивания незначительно, но негативно влияет на стоимость смеси, так как цена буры достаточно высокая.
Пыль от газоочистки, содержащая в основном Fe2O3 и MnO2, обеспечивает взаимодействие и сцепляемость вяжущего вещества с окалиной. Кроме того, использование пыли позволяет утилизировать отходы электроплавки, повышая эффективность самого процесса с точки зрения возможности безотходного производства стали. Содержание пыли менее 2% не оказывает влияния на сцепляемость компонентов связующего вещества. Содержание пыли в пределах 2.10% включительно обеспечивает хорошее взаимодействие и сцепляемость компонентов. Увеличение пыли в смеси более 10% приводит к рассыпаемости брикетов.
Двуокись кремния является основой смеси, ее содержание может колебаться в пределах 75.10% Содержание SiO2 более 75% резко увеличивает вязкость и температуру плавления связующего вещества. Содержание SiO2 менее 10% приводит к термическому разрушению брикетов при охлаждении.
При использовании предложенного вяжущего вещества отпадает необходимость его варки, дробления, а также высокотемпературного обжига спрессованных брикетов. Процесс образования стекловидного каркаса брикета происходит в процессе технологического нагрева при плавке в печи. Кроме того, при нагреве брикетов, загруженных в печь, в интервале температур 600-700oC происходит диссоциация карбонатов (CaCO3, Na2CO3) с образованием углекислого газа. Этот процесс продолжается вплоть до 1300-1400oC.

Образовавшийся углекислый газ реагирует с твердым углеродом, содержащимся в брикете с образованием окиси углерода:
C + CO2 _→ 2CO
Окись углерода участвует в восстановлении и науглероживании железа по реакциям:
3Fe2O3 + CO 2Fe3O4 + CO2
Fe3O4 + CO 3FeO + CO2
FeO + CO Fe + CO2
3Fe + C Fe3C
3Fe + 2CO 2Fe3C + CO2
Таким образом, карбонаты являются дополнительным источником углерода, химически связанного в компонентах вяжущего вещества. Этим объясняется более низкий угар углерода в плавках с применением брикетов с предложенным вяжущим веществом.
Введение Na2O·n·SiO2 в механическую смесь перед прессованием обеспечивает необходимую "сырую" прочность брикета после прессования.
Способ осуществляется следующим образом.
Окалину размалывают в бегунах или шаровой мельнице до размера частиц 0,3.3,0 мм и просеивают через сито с ячейкой 3,0 мм без остатка. Углеродсодержащее вещество размалывают до полидисперсной смеси с размером частиц не более 5 мм. Компоненты вяжущего вещества размалываются и просеиваются через сито 020 (без остатка). Исходными компонентами для вяжущего вещества берут молотый песок, буру, карбонаты кальция и натрия, глинозем и пыль от фильтров газоочистки электропечей. Отобрав каждый компонент по массе, соответствующей заданному процентному составу вяжущей смеси, проводят тщательное перемешивание компонентов. Затем окалину, углеродсодержащее вещество и вяжущее вещество тщательно перемешивают, например, в бегунах. Количество углеродсодержащего вещества берут 15.60% от количества окалины, в количество вяжущего вещества 5.10% от массы смеси окалины с углеродсодержащим веществом. Для придания брикету прочности в сухом и сыром виде в смесь добавляют жидкое стекло (водный раствор Na2O·n·SiO2) плотностью 1,3 г/см3 в количестве 7.10% сверх 100% от массы общей смеси. Затем проводят прессование полученной массы. Прессование осуществляют при удельном давлении 200.250 кг/см2 (20.25 МПа) на механическом или гидравлическом прессах. Размеры брикетов обычно составляют ⊘ 80.100 мм, высотой 60.70 мм. Сушку брикетов проводят при температуре 200. 250oC в течение одного часа. После сушки брикеты готовы к применению в качестве шихты для сталеплавильных печей (электродуговых, индукционных, мартеновских) при производстве стали и чугуна.
Пример. Окалину, полученную после прокатки слитков, собирают и размалывают в дробильных бегунах в течение 0,5.1 ч, после чего просеивают через сито с ячейкой частиц 3,0 мм без остатка. Всего отобрано 500 кг окалины. Затем взяли 125 кг электродного боя и размололи его до фракции не более 5 мм. Окалину и электродный бой перемешали в бегунах. Отдельно приготовили вяжущее вещество. Для этого взяли молотый песок, буру, глинозем, карбонат натрия, карбонат кальция и пыль от фильтров газоочистки электропечей. Компоненты вяжущего вещества перемешали при следующем массовом соотношении: SiO2
53% бура 13% глинозем 4% карбонат натрия 22% пыль от газоочистки - 5% карбонат кальция 4% В смесь окалины с электродным боем добавили 40 кг вяжущего вещества и тщательно перемешали. Затем в полученную смесь добавили водный раствор Na2O·n·SiO2 (ГОСТ 13072-67) в количестве 50 кг и перемешали. Смесь прессовали в виде цилиндров массой 0,5-0,8 кг. Полученные прессовки сушили в сушильной камере при температуре 200o в течение 1 ч. Охлаждали прессовки на воздухе. Полученные брикеты подвергали физико-механическим испытаниям: предел прочности на сжатие 35.40 кг/см2, сопротивляемость разрушению при сбрасывании на плиту с высоты 1,5-2,0 м образование крошки 8-10% от массы брикета. Термостойкость нагрев со скоростью 80oС/мин до температуры 1200-1300oC без разрушения. Брикеты магнитные.
Полученные брикеты (450 кг) загрузили в завалочную корзину с помощью магнитной шайбы и загрузили в качестве шихты в дуговую сталеплавильную печь емкостью 6 т. Дополнительно в печь завалили низкоуглеродистый стальной лом. Плавку провели по технологии, принятой на заводе. Была выплавлена сталь марки 35 л.
При полном расплавлении содержание углерода в расплаве составило 0,69% среднее содержание углерода в металлическом ломе 0,30% Науглероживание на 0,39% позволило провести рафинирование расплава. Дополнительно получено 230 кг восстановленного железа из окалины брикетов. Опытно-промышленная плавка показала, что 450 кг брикетов эквивалентны 900 кг чугуна.
Использование предложенного способа получения шихтового материала для производства чугуна и стали позволило более полно использовать отходы металлургического производства (окалину, электродный бой, пыль газоочистки), снизить затраты на приготовление брикетов, улучшить экологические условия производства.
Формула изобретения: Способ подготовки шихтового материала в виде брикетов к плавке, включающий смешивание окалины с тонкоизмельченным углеродсодержащим материалом и связующим, прессование и последующую сушку, отличающийся тем, что в качестве связующего используют механическую смесь, ингредиенты которой взяты в следующем соотношении, мас.
Оксид алюминия 2 8
Карбонат кальция 3 9
Карбонат натрия 15 37
Бура 3 26
Пыль от газоочистки электропечи 2 10
Двуокись кремния Остальное
при этом окалину предварительно подвергают размолу, количество вводимого углеродсодержащего материала составляет 15 60% по углероду от массы окалины, а готовую смесь окалины, углеродсодержащего материала и связующего обрабатывают водным раствором Na2O · n · SiO2.