Способ получения гранулированной шлакообразующей смеси

 

Использование: в металлургии, в способах изготовления гранулированных шлакообразующих смесей, используемых при непрерывной разливке стали. Сущность изобретения: способ получения гранулированной шлакообразующей смеси включает измельчение и перемешивание ингредиентов, приготовление водной суспензии, гранулирование и термическую обработку гранул, измельчение ведут до достижения 90-95% частиц размеров не более 0,063 мм при соотношении воды к массе сухих ингредиентов (0,8-1,2) : 1, а в суспензию вводят лигносульфонат и карбоксиметилцеллюлозу в количестве 0,5-5,0% каждого по массе от сухих ингредиентов смеси в соотношении друг к другу, составляющем 0,5-1,5, а термическую обработку гранул проводят при температуре 150-400^oC, измельчение ингредиентов могут вести последовательно: сначала крупные фракции, а затем мелкие. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к металлургии, а именно к способам изготовления гранулированных шлакообразующих смесей, используемых при непрерывной разливке стали.

Известен способ получения шлакообразующего материала и материал, включающий окислы кальция, кремнезем, глинозем, окислы щелочных металлов, фтористые соединения и углеродсодержащее вещество, отличающийся тем, что шлакообразующая смесь (материал) выполнена в форме полых сферических гранул. Однако, гранулы материала, полученные по этому способу, склонны к спеканию в процессе образования шлакового расплава практически сразу же после прогревания шлакообразующей смеси до температур ниже температуры плавления. Это нарушает оптимальную структуру шлакового слоя и приводит к неоднородности получаемого расплава по периметру кристаллизатора, неоднородности состава шлакового гарниссажа, увеличению внешних и внутренних дефектов непрерывного слитка.

Известен способ изготовления мелкозернистой шлакообразующей смеси, состоящей из сферических частиц размером 0,05-0,6 мм (32-400 меш), имеющих аморфную структуру.

Существенным недостатком этого решения является склонность материала, полученного по этому способу, к механическому разрушению и образованию пылевидных фракций. Применение этого материала приводит к образованию неоднократной корочки кристаллизирующегося слитка, что вызывает увеличение количества внешних и внутренних дефектов непрерывнолитого слитка.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ, согласно которому в мельнице осуществляют измельчение и перемешивание ингредиентов в водной суспензии, введение лигносульфоната (ЛСТ) и карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) в нее, гранулирование и термическую обработку полученных гранул в сушильной камере при температуре 540-680^oC.

Однако данный способ имеет следующие недостатки: сложность приготовления суспензии из-за дополнительной операции предварительной обработки графита подогретым до 30-50^oC 15-25%-ным водным раствором хлористого кальция, отсутствия параметров измельчения частиц ингредиентов суспензии и параметров расхода ЛСТ и КМЦ и их соотношений, влияющих на производительность, механическую прочность и выход годных гранул. А при использовании иных материалов для приготовления гранулированной смеси, например, вместо извести - цемента в процессе термической обработки гранул при температуре 540-680^oC резко снижается прочность гранул.

Поставленная цель повышение производительности, механической прочности и выхода годных гранул при повышении качества непрерывнолитого слитка.

Положительный результат достигается тем, что в способе получения гранулированной шлакообразующей смеси, включающем измельчение и перемешивание ингредиентов в водной суспензии, введение в нее лигносульфоната и карбоксиметилцеллюлозы, гранулирование и термическую обработку полученных гранул, измельчение ведут до достижения 90-95% всех частиц размером не более 0,063 мм, при соотношении воды к массе сухих ингредиентов (0,8-1,2) 1, а лигносульфонат и карбоксиметилцеллюлозу вводят в количестве 0,5-5,0% каждого по массе от сухих компонентов суспензии в соотношении соответственно 0,5-1,5 и термическую обработку гранул в сушильной камере ведут при температуре 150-400^oC.

При измельчении загруженных в мельницу ингредиентов до достижения менее 90% всех частиц размером не более 0,063 мм резко снижается седиментационная устойчивость суспензии, что приводит к ее расслоению и значительному увеличению пылевидной фракции в готовой гранулированной смеси при последующей операции гранулирования и сушки. Кроме того, осаждающиеся частицы крупной фракции забивают трубопроводы и распылительные форсунки.

При измельчении свыше 95% всех частиц до размера не более 0,063 мм резко увеличивается содержание в гранулированной смеси пылевидной фракции, а также гранул самых мелких фракций. Это снижает качество смеси и увеличивает запыленность воздуха рабочих зон.

При заливке в мельницу воды в соотношении менее 0,8 к массе сухих компонентов суспензия имеет очень низкую текучесть (более 20 с), что затрудняет транспортировку суспензии по трубам к распылительному сушилу и не позволяет продавить ее через фильеры даже с давлением 10 ати. Гранулы не образуются в связи с тем, что истечение из фильеры приобретает струйный характер, что также приводит к "забиванию" самой фильеры.

В случае, если количество воды, заливаемой в мельницу, превысит соотношение 1,2 к массе сухих, суспензия приобретает очень высокую текучесть (менее 10 с), что приводит к расслоению суспензии в процессе передачи ее к распылительному сушилу, к неоднородности состава смеси, к увеличению угла раскрытия факела суспензии в распылительном сушиле и уменьшению выхода годных гранул и производительности сушки.

Введение в суспензию КМЦ в количестве менее 0,5% приводит к низкому выходу годных гранул, при этом получается в основном порошкообразная смесь измельченных компонентов.

При увеличении количества КМЦ более 5% не происходит увеличения выхода годных гранул, но нерационально используется КМЦ.

Количество ЛСТ 0,5-5,0% выбрано из расчета его введения в суспензию в соотношении 1 (0,5-1,5) с КМЦ, при этом достигается высокая седиментационная устойчивость суспензии.

В случае соотношения ЛСТ и КМЦ менее 0,5 значительно ухудшается седиментационная устойчивость суспензии, что приводит к снижению качества и выхода готового продукта.

При соотношении ЛСТ и КМЦ более 1,5 в суспензии образуются агрегаты (образования) значительных размеров (порядка 700-800 мкм), что приводит к резкому снижению текучести суспензии и уменьшению выхода годных гранул.

Оптимальным соотношением ЛСТ и КМЦ является 1 1.

При проведении термической обработки гранул при температуре ниже 150^oC готовые гранулы имеют влажность выше 0,8% что ухудшает теплоизолирующие свойства смеси и сказывается на качестве непрерывнолитого слитка (образуются различные дефекты поверхности, а также газовые пузыри).

Если температура выше 400^oC, то резко увеличивается выход пыли и пылевидной фракции гранул из-за снижения прочности гранул, что приводит к значительному снижению выхода годных гранул.

В случае, если суспензия распыляется через форсунки (фильеры) под давлением менее 5 ати, то не достигается требуемый угол раскрытия струи и образования факела распыления, что приводит к структурному характеру факела распыления, а это к низкому выходу годных гранул, а также к повышению влажности гранул. Если давление распыления выше 10 ати, то происходит увеличение образования пылевидной фракции и снижается выход годных гранул.

Способ получения гранулированной шлакообразующей смеси заключается в следующем.

В мельницу мокрого помола заливают воду. Далее загружают все сухие ингредиенты (цемент, графит аморфный, концентрат датолитовый, плавикошпатовый концентрат флотационный, слюду молотую и др.), если по фракционному составу они одинаковы. Измельчение ведут до достижения 90-95% всех частиц крупности не более 0,063 мм.

Процесс измельчения в мельнице мокрого помола проводят при соотношении воды к массе сухих ингредиентов как (0,8-1,2) 1.

В случае различий материалов по фракционному составу сначала в мельнице проводят измельчение ингредиентов крупной фракции (такими материалами являются кусковые плавиковошпатовый концентрат, силикатная глыба и другие) до фракции ингредиентов, имеющих, в основном, крупность частиц 0,063 мм и менее (такими материалами являются цемент, датолитовый концентрат и другие). При измельчении ингредиентов крупной фракции можно дополнительно использовать ЛСТ в количестве 0,01-0,10% от массы загрузки сухих. Введение ЛСТ в таких количествах способствует ускорению помола крупных ингредиентов за счет внедрения поверхностно-активного компонента в дефекты поверхности измельчаемых материалов.

После операции доизмельчения ингредиентов крупной фракции в мельницу вводят остальные ингредиенты мелкой фракции и производят окончательное измельчение всех ингредиентов до достижения 90-95% всех частиц крупности не более 0,063 мм.

После достижения указанной тонины измельчения в обоих случаях в полученную суспензию вводят ЛСТ и КМЦ в количестве 0,5-5,0% от массы сухих.

Подготовленную суспензию с условной вязкостью (текучестью) 10-20 с (вискозиметр ВЗ-3) продавливают через фильеру под давлением 6-10 ати в рабочее пространство с температурой 150-400^oC распылительного сушила с получением готовых гранул, выходящих из сушила с температурой 50-10^oC и влажностью не более 0,8% Примеры конкретного осуществления способа.

В качестве исходных компонентов для изготовления гранулированной смеси использовали силикатную глыбу ГОСТ 13079-81, концентраты плавиковошпатовый ГОСТ 7618-83, концентрат кварцевый пылевидный ГОСТ 9077-59, графит аморфный ГОСТ 5480-74, карбоксиметилцеллюлозу ОСТ 6-05-386-73, лигносульфонат ОСТ 13-183-83, портландцемент марки 300 ГОСТ 10178-76.

Гранулометрический состав компонентов приведен в табл. 1.

Пример 1. В мельницу мокрого помола заливают воду в количестве 2,2 м³, затем загружают кварц пылевидный с фракцией, превышающей фракцию основного материала -цемента в количестве 480 кг, силикатную глыбу в количестве 300 кг (материал также с крупной фракцией, см. табл. 1) и 440 кг концентрата плавиковошпатового (по этой же причине).

Затем проводят помол в течение 3 ч до достижения этими материалами более мелкой фракции, приближающейся к более тонкоизмельченному материалу к цементу.

После этого загружают цемент в количестве 1480 кг и графит аморфный 300 кг.

Совместный помол проводят в течение 3,5 ч до достижения 95% всех частиц фракции не более 0,063 мм.

Затем вводят 15 кг лигносульфоната в виде порошка и карбоксиметилцеллюлозу в количестве 15 кг в виде водного раствора таким образом, чтобы общее количество воды не превысило 0,8 части от массы сухих материалов. После перемешивания в течение 30 мин суспензию сливают и подают на сушку в сушильную камеру под давлением 10 ати. Проходя через фильеры, суспензия распыляется с образованием гранул.

Температуру рабочего пространства распылительного сушила поддерживают равной 150^oC. Готовые гранулы с влажностью 0,55% ссыпают в приемные контейнеры. Выход годной гранулированной смеси составил 92% (табл. 2, пример 1), а производительность 2,0 т/ч.

В случае совместного измельчения всех ингредиентов до достижения 95% всех частиц фракции не более 0,063 мм выход гранул в готовой смеси составил 85% (см. табл. 2, пример 1). Длительность помола составила 7,2 ч, производительность сушки 1,6 т/ч.

Пример 2. В мельницу мокрого помола заливают воду в количестве 3,2 м³, затем загружают кварц пылевидный в количестве 480 кг, силикатную глыбу в количестве 300 кг, концентрат плавиковошпатовый в количестве 400 кг (материалы с крупной фракцией, см. табл.1), затем проводят помол в течение 2,7 ч до достижения этими материалами более мелкой фракции, приближающейся к более тонкоизмельченному материалу цементу (см. табл. 1).

После этого загружают цемент в количестве 1520 кг и аморфный графит 300 кг.

Совместный помол проводят в течение 3,5 ч до достижения 90% всех частиц фракции не более 0,063 мм.

Затем вводят 150 кг лигносульфоната и КМЦ в количестве 150 кг в виде видного раствора таким образом, чтобы общее количество воды составило 1,2 части от массы сухих. После перемешивания в течение 30 мин суспензию сливают и подают на сушку в сушильную камеру под давлением 6,0 ати. Проходя через фильеры, суспензия распыляется с образованием гранул.

Температуру рабочего пространства распылительного сушила поддерживают равной 400^oC. Готовые гранулы с влажностью 0,2% ссыпают в приемные емкости. Выход годной гранулированной смеси составил 95% (см. табл. 2, пример 2), производительность 2,5 т/ч.

В случае совместного измельчения всех ингредиентов до достижения 90% всех частиц фракции не более 0,063 мм выход гранул в готовой смеси составил 88% (см. табл. 2, пример 2). Длительность помола составила 7,0 ч, производительность сушки 1,7 т/ч.

Пример 3 (оптимальный вариант). В мельницу мокрого помола заливают воду в количестве 2,8 м³, затем загружают кварц пылевидный в количестве 480 кг, силикатную глыбу в количестве 300 кг (материалы с крупной фракцией см. табл. 1), затем проводят помол в течение 2,5 ч до достижения этими материалами более мелкой фракции, приближающейся к более тонкоизмельченным материалам - цемент, концентрат плавиковошпатовый флотационный (см. табл. 1). После этого загружают цемент и концентрат плавиковошпатовый флотационный в количестве 1520 кг и 400 кг соответственно и аморфный графит 300 кг.

Совместный помол проводят в течение 3 ч до достижения 92% всех частиц фракции не более 0,063 мм.

Затем вводят 80 кг лигносульфата и КМЦ в количестве 80 кг в виде водного раствора так, чтобы общее количество воды составило 3,0 м³, т.е. в соотношении 1 1 к массе сухих. После перемешивания в течение 30 мин суспензию сливают и подают на сушку в распылительное сушило под давлением 8 ати. Проходя через фильеры, суспензия распыляется с образованием гранул.

Температуру рабочего пространства распылительного сушила поддерживают равной 340^oC. Готовые гранулы с влажностью 0,35% ссыпают в приемные емкости. Выход годной гранулированной смеси составил 97% (см. табл. 2, пример 3), а производительность 3 т/ч.

В случае совместного измельчения всех ингредиентов до достижения 92% у всех частиц фракции не более 0,063 мм выход годных гранул в смеси составил 90% (см. табл. 2, пример 3). Длительность помола 6,8 ч, производительность сушки -1,9 т/ч.

Пример 4 (по прототипу). При загрузке в мельницу всех материалов с разным фракционным составом и одновременном их совместном помоле (по прототипу) общая продолжительность измельчения всех ингредиентов до фракции не более 0,060 мм (также по прототипу) увеличилось до 8,5 ч. Температура сушки составляла 610^oC. Выход годных гранул составил 75% а производительность 1,2 т/ч (см. табл. 2).

Таким образом, из данных табл. 2 видно, что способ изготовления гранулированной смеси по заявляемому варианту имеет более высокую производительность измельчения ингредиентов до требуемой фракции, как при совместном, так и при раздельном способах их загрузки в мельницу, и более высокий выход годных гранул в шалкообразующей смеси.

Заявляемый способ получения шлакообразующей смеси в виде гранул по оптимальному варианту (табл. 2, пример 3) прошел широкую промышленную проверку при работе отделения изготовления гранулированных шлакообразующих смесей на АО "ММК".

Было изготовлено более 150 т смеси и испытано при непрерывной разливке свыше 140 тыс.т стали.

Полученные положительные результаты по изготовлению гранулированных смесей и по качеству непрерывнолитых слябов позволили рекомендовать заявляемый способ для внедрения в производство. Составлено изменение к инструкции по изготовлению гранулированных шлакообразующих смесей.

Формула изобретения

1. Способ получения гранулированной шлакообразующей смеси, включающий измельчение и перемешивание ингредиентов в водной суспензии, введение лигносульфоната и карбоксиметилцеллюлозы в нее, гранулирование и термическую обработку полученных гранул, отличающийся тем, что измельчение ингредиентов ведут до достижения 90 96% от всех частиц размером не более 0,063 мм при соотношении воды и массы сухих ингредиентов 0,8 1,2 1, а лигносульфонат и карбоксиметилцеллюлозу вводят в количестве 0,5 5,0 каждого от массы сухих ингредиентов суспензии в отношении друг к другу 0,5 1,5 и термическую обработку гранул в сушильной камере ведут при 150 400 ^oС.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что измельчение ингредиентов ведут последовательно: сначала крупные фракции, а затем мелкие.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2