Смесь для получения углеродосодержащих брикетов для производства металлов и сплавов и способ его получения

 

Изобретение относится к технологии подготовки и производства брикетов для рудно-термического производства ферросплавов, чугуна и стали и может быть использовано в металлургии и химической промышленности. Сущность: смесь для производства углеродосодержащего брикета содержит (в мас.%) твердый остаток газоочисток рудно-термических печей для производства ферросплавов с содержанием оксидов кремния или хрома, или марганца, или их смесей не менее 20 мас. % - 15-65, связующее,выбранное из группы: лигносульфонат, меласса, каменноугольная смола, смесь отработанного машинного масла с отработанным активным илом, образующаяся при очистке хозяйственно-бытовых стоков, или лигносульфонатом, смесь лигносульфоната с нефтешламом или с отработанным активным илом, смесь лигносульфоната с известью 5-15 и коксовая или угольная мелочь - остальное. Способ включает смешение коксовой или угольной мелочи с твердым остатком газоочисток рудно-термических печей для выплавки ферросплавов с содержанием оксидов кремния или хрома, или марганца, или их смесей не менее 20 мас.% и связующим, брикетирование смеси при давлении не менее 1 МПа, термообработку брикетов при температуре 100-900°С в течение 5-50 мин. Реализация изобретения позволит использовать брикеты для производства металлов и сплавов при удовлетворительной механической и термической прочности при пониженных затратах на их производство. 2 с. и 4 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к технологии подготовки и производства брикетов для рудно-термического производства ферросплавов, чугуна и стали и может быть использовано в металлургии и химической промышленности.

Известен способ получения брикетов для производства феррохрома, включающий перемешивание хромсодержащей пыли, уловленной в системе газоочистки при выплавке феррохрома, со связующим - водой 5-10% от массы пыли (перед перемешиванием пыль сокращают в объеме на 10-20%); смесь брикетируют на вальцевом прессе и брикеты сушат в естественных условиях; используют пыль, содержащую 28% Cr₂O₃, 8% FeO, 45% MgO, 15% SiO₂, коксик и возгоны - остальное /RU 2083693, C 22 B 1/24, 10.07.98/.

По этому способу получают брикеты с прочностью 120-200 кг/брикет. Недостатком данного способа являются сравнительно высокие затраты, которые обусловлены низкой водостойкостью брикетов, что требует их защиты от влаги при транспортировке и хранении, а также низкой производительностью сушки в естественных условиях, что повышает условно-постоянные затраты.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является смесь для получения брикетов для производства сплавов, которая включает твердый остаток газоочисток рудно-термических печей для производства ферросплавов /ферромарганца/ в количестве 55-75%, коксовую мелочь в количестве 5-20% и связующее, в качестве которого используется вода /а.с. SU N 1564200, C 22 B 1/242, 15.05.90/.

Недостатком известного решения является недостаточная механическая и термическая прочность получаемых брикетов.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения углеродосодержащих брикетов, который включает смешение компонентов, брикетирование смеси при давлении не менее 1 МПа и последующую термообработку при 100 и до 950^oC, например, в течение 7 минут; предварительно оксидный материал увлажняют водой /US 4659374, C 22 B 1/244, 1987/. Смесь для получения брикета содержит мелкодисперсный оксидосодержащий материал /оксид кремния, оксид железа, оксид никеля, оксид хрома и т. д./ 5-85; бинарное связующее из группы, состоящей из каменноугольного пека, асфальта, нефтяного пека и 50% раствора или порошка лигносульфоната, карбогидратов /меласса, сахара, крахмал, декстрин, целлюлоза/; силикатов - 2-35 и коксовая и/или угольная мелочь - остальное. Основным недостатком данного способа получения брикетов являются сравнительно высокие затраты, которые обусловлены высокой стоимостью составляющих бинарного связующего, таких как каменноугольный и нефтяной пек, асфальт, меласса, крахмал, декстрин и целлюлоза, а также необходимость применения дорогостоящих мероприятий по обезвреживанию токсичных и канцерогенных выбросов при термообработке брикетов, содержащих первый перечень компонентов бинарного связующего, а именно каменноугольный и нефтяной пек и асфальт.

Технической задачей изобретения является получение брикетов для производства металлов и сплавов удовлетворительной механической и термической прочности и снижение затрат на их производства.

Сущность изобретения заключается в том, что смесь для получения углеродосодержащих брикетов содержит, в мас.%: мелкодисперсный твердый остаток газоочисток рудно-термических печей для выплавки ферросплавов с содержанием оксидов кремния или хрома, или марганца, или их смесей не менее 20 мас.% - 15-65 связующее, выбранное из группы: лигносульфонат, меласса, каменноугольная смола, смесь отработанного машинного масла с отработанным активным илом, смесь нефтешлама с отработанным активным илом, смесь лигносульфоната с отработанным машинным маслом или с нефтешламом, или известью - 5-15 коксовая или угольная мелочь - остальное.

Мелкодисперсный оксидный материал содержит, в мас.%: Al₂O₃ - 0,1-5,1 Na₂O₃ - 0,1-1,8 K₂O - 0,2-3,5 SiC - 0,1-1,0 CaO - 0,08-1
Fe₂O₃ - 0,02-9,41
MgO - 0,2-3,5
Примеси - До 1,0
SiO₂ - Остальное
Способ получения углеродосодержащих брикетов включает смешение мелкодисперсного твердого остатка газоочисток рудно-термических печей для выплавки ферросплавов с содержанием оксидов кремния или хрома, или марганца, или их смесей не менее 20% с коксовой или угольной мелочью и связующим, выбранным из группы: лигносульфонат, меласса, каменноугольная смола, смесь отработанного машинного масла с отработанным активным илом, смесь нефтешлама с отработанным активным илом, смесь лигносульфоната с отработанным машинным маслом или с нефтешламом, или с известью, брикетирование смеси при давлении не менее 1 МПа и термообработку брикетов при 100-900^oC в течение 5-50 мин, последующее охлаждение брикетов при следующем соотношении вышеуказанных компонентов в брикете, в мас.%:
- твердый остаток газоочисток рудно-термических печей для выплавки ферросплавов - 15-65
- связующее - 5-15
- коксовая или угольная мелочь - остальное.

В частности, охлаждение брикетов может быть осуществлено либо подачей на них воды, либо воздухом при температуре окружающей среды; твердый остаток газоочисток рудно-термических печей для выплавки ферросплавов, если он находится в состоянии сухой пыли, перед подачей на смешение предварительно увлажняют (15-30% воды от массы пыли) и уплотняют перемешиванием его с водой.

Твердый остаток газоочисток рудно-термических печей для производства ферросплавов, содержащий оксиды кремния или хрома, или марганца, или их смесей не менее 20 мас.%, состоит из частиц размером 0,01 - 100 мкм, с плотностью 1,8 - 2,5 т/м³. Когда твердый остаток представлен сухой пылью, то его насыпная плотность составляет 0,15 - 0,40 т/м³. Удельная поверхность твердого остатка в сухом состоянии по адсорбции фенола составляет 14 - 45 м²/г.

Пример N 1.

Используют следующие компоненты: коксовую мелочь с ситовым составом 0 - 10 мм, зольностью 12%, влажностью 14%; твердый остаток в виде пыли от сухой газоочистки рудно-термической печи для выплавки ферросилиция с ОАО "Кузнецкие ферросплавы", которая содержит, в мас.%: 75,5 оксида кремния (SiO₂), Al₂O₃ - 4,9, Na₂O - 1,5, K₂O - 3,1, SiC - 1,0, CaO - 1,0, Fe₂O₃ - 9,0, MgO - 3,3, примеси - 0,7, с размером частиц 0,01 - 20 мкм и насыпной плотностью 0,15 - 0,34 т/м³; отработанное машинное масло с содержанием, в мас. %, механических примесей 1,5-18,5, содержанием воды 3-6 и отработанный активный ил как продукт очистки хозяйственно-бытовых стоков, который имеет зольность 18-55%, плотность 1,1 - 1,8 т/м³, влажность 8 - 45%. Эти компоненты загружают в бункеры, под которыми установлены питатели - дозоторы. Отработанный активный ил и отработанное машинное масло предварительно перемешивают в лопастной мешалке в равном соотношении по массе и полученную эмульсию подают в смеситель для приготовления брикетируемой смеси. Твердый остаток от сухой газоочистки рудно-термической печи предварительно подают в лопастную мешалку, куда подают через форсунки воду в виде факела брызг в количестве 20% от массы твердого остатка. При перемешивании твердого остатка с водой последний увлажняется и уплотняется.

В смеситель подают компоненты в следующем соотношении, в маc. %:
- твердый остаток от сухой газоочистки рудно-термической печи для производства ферросплавов с содержанием SiO₂ 79 мас.% - 65
- отработанный активный ил - 5
- отработанное машинное масло - 5
- коксовая мелочь - 25
Компоненты перемешивают в смесителе и подают в вальцевый пресс, где прессуют брикеты при давлении 25 МПа. Брикеты конвейером подают в камеру термообработки, где они проходят термообработку в атмосфере топочных газов при температуре 300^oC в течение 30 минут. Брикеты после термообработки обрызгивают через форсунки водой. В результате испарения воды с поверхности брикетов последние охлаждаются до 40^oC. Брикеты имеют форму круглой линзы диаметром 40,5 мм и толщиной 28 мм. Прочность брикетов на сжатие составила 9,0 МПа, после суточного замачивания в воде их прочность составляет 8,5 МПа, брикеты не разрушались при нагреве до 1300^oC. Эти характеристики указывают на возможность их хранения и транспортирования без защитных мер, а совместно с дешевым составляющим брикетов определяют низкие затраты на производство и использование брикетов. Брикеты имеют объемную массу 1,1 - 1,3 т/м³, влажность 2,5-4% и содержат термообработанную смесь компонентов в следующем соотношении, в мас.%:
- твердый остаток от сухой газоочистки рудно-термической печи для производства ферросплавов с содержанием SiO₂ 75,5 мас.% - 65
- отработанное машинное масло - 5
- отработанный активный ил - 5
- коксовая мелочь - 25
Пример N 2.

Получение углеродосодержащих брикетов по примеру N 1, но в качестве связующего используют смесь отработанного активного ила с нефтешламом, а твердый остаток от газоочистки рудно-термической печи имеет влажность 28%, плотность 2,2 т/м³ и содержание SiO₂ 39 мас.%. Используемый нефтешлам имеет плотность 0,839 т/м³, содержание воды - 17%, содержание механических примесей 2,5 - 18%, температура застывания 23^oC. Твердый остаток в отличие от примера N 1 перед подачей в смеситель не увлажняли и не уплотняли. При этом получены брикеты с механической прочностью 8,7 МПа, остальные показатели брикетов аналогичны примеру N 1.

Пример N 3.

Используют следующие компоненты: угольную мелочь марки "Т" с ситовым составом 0 - 6 мм, с зольностью 14%, влажностью 10%, твердый остаток сухой газоочистки рудно-термической печи для выплавки феррохрома в виде пыли с содержанием оксида хрома 29%, с размерами частиц 0,06 - 18 мкм, насыпной массой 0,26 - 0,48 т/м³. В качестве связующего используют смесь, содержащую в равных количествах 47% водный раствор лигносульфоната с плотностью 1,2 т/м³ Красноярского целлюлозо-бумажного комбината и отработанное машинное масло по примеру N 1, которые перемешивают в смесителе. Остальные режимы и параметры получения брикетов по примеру 1. Брикеты содержат компоненты в следующем соотношении, в мас.%:
- твердый остаток от сухой газоочистки рудно-термической печи по производству феррохрома - 15
- лигносульфонат - 7,5
- угольная мелочь - остальное.

При этом полученные брикеты имели форму и размеры как в примере N 1, механическая прочность на сжатие составляла 12,9 МПа, а после суточного замачивания в воде - 11,6 МПа, брикеты не разрушались при нагреве до 1150^oC, имели плотность 1,26 т/м³.

Пример N 4.

Получение углеродосодержащих брикетов по примеру N 3, но вместо обработанного машинного масла используют нефтешлам. При этом получены брикеты формы и размеров по примеру N 1, с механической прочностью 10,9 МПа, а после суточного замачивания в воде механическая прочность составляла 10,2 МПа, брикеты не разрушались при нагреве до 1080^oC, плотность брикетов 1,24 т/м³.

Пример N 5.

Получение брикетов по примеру N 1, но в качестве связующего использована меласса Гулькевического сахарного завода с плотностью 1,21 т/м³ в количестве 15% по массе, прессование осуществляют при давлении 1 МПа, термообработку осуществляли при 100^oC в течение 50 минут. Остальные режимы и параметры как в примере N 1. При этом получены брикеты с механической прочностью 8,4 МПа, которая после суточного замачивания брикетов в воде составила 7,8 МПа, плотность брикетов составила 1,18 т/м³, размеры и форма брикетов как в примере N 1.

Пример N 6.

Получение брикетов по примеру N 1, но твердый остаток сухой газоочистки рудно-термической печи содержал 12% оксида марганца и 35% оксида кремния в виде сухой пыли с размерами частиц 0,01 - 12 мкм и насыпной массой 0,18 - 0,39 т/м³. В качестве связующего используют 47% водный раствор лигносульфоната с плотностью 1,24 т/м³ в количестве 5% по массе. Термообработку брикетов проводят при температуре 900^oC в течение 5 минут. Остальные режимы и параметры по примеру N 1. При этом получены брикеты с механической прочностью 12,6 МПа, а после суточного замачивания механическая прочность брикетов составила 12,1 МПа, остальные параметры брикетов как в примере N 1.

Пример N 7.

Получение брикетов по примеру N 1, но в качестве связующего использована каменноугольная смола с температурой плавления по кольцу и шару 40^oC. Полученные брикеты имеют механическую прочность 16,4 МПа, а после суточного замачивания в воде механическая прочность брикетов составляет 15,6 МПа, остальные параметры как в примере N 1.

Пример N 8.

Получение брикетов по примеру N 1, но в качестве связующего использована смесь лигносульфоната 8 мас.% с известью 3 мас.%, в брикете содержится следующее соотношение компонентов, в мас.%:
- твердый остаток сухой газоочистки рудно-термической печи для выплавки ферросплавов с содержанием SiO₂ 83% - 40
- лигносульфонат - 8
- известь - 3
- коксовая мелочь - 49
Полученные брикеты не разрушались при температуре 850^oC, остальные параметры брикетов как в примере N 1.

Анализ полученных результатов показывает, что по предложенному способу получены прочные, водостойкие и термически стойкие брикеты. Высокое качество брикетов наряду с низкими затратами на сырье позволяют иметь существенно более низкие затраты на изготовление и использование предложенных брикетов по сравнению с известными решениями.

Формула изобретения

1. Смесь для получения углеродосодержащих брикетов для производства металлов и сплавов, включающая твердый остаток газоочисток руднотермических печей для выплавки ферросплавов, углеродосодержащую мелочь и связующее, отличающаяся тем, что связующее выбирают из группы: лигносульфонат, меласса, каменноугольная смола, смесь отработанного машинного масла с отработанным активным илом, смесь нефтешлама с отработанным активным илом, смесь лигносульфоната с отработанным машинным маслом, или с нефтешламом, или с известью, а твердый остаток газоочисток содераит не менее 20% оксидов кремния, или марганца, или хрома, или их смесей при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Связующее - 5-15
Твердый остаток - 15-65
Углеродосодержащая мелочь - Остальное
2. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что твердый остаток газоочисток содержит, маc.%:
Al₂O₃ - 0,1-5,1
SiC - 0,1-1,0
MgO - 0,2-3,5
Na₂O - 0,1-1,8
CaO - 0,08-1
Примеси - До 1,0
K₂O - 0,2-3,5
Fe₂O₃ - 0,02-9,41
SiO₂ - Остальное
3. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве углеродосодержащей мелочи используют коксовую или угольную мелочь.

4. Способ получения углеродосодержащих брикетов для производства металлов и сплавов, включающий смешение твердого остатка газоочисток руднотермических печей для выплавки ферросплавов с углеродосодержащей мелочью и связующим, брикетирование смеси при давлении не менее 1 МПа, последующую термообработку при температуре не менее 100°С и охлаждение, отличающийся тем, что связующее выбирают из группы: лигносульфонат, меласса, каменноугольная смола, смесь отработанного машинного масла с отработанным активным илом, смесь нефтешлама с отработанным активным илом, смесь лигносульфоната с отработанным машинным маслом, или с нефтешламом, или с известью, а твердый остаток газоочисток содержит не менее 20% оксидов кремния, или марганца, или хрома, или их смесей при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Связующее - 5-15
Твердый остаток - 15-65
Углеродосодержащая мелочь - Остальное
при этом термообработку брикетов осуществляют при температуре 100-900°С в течение 5-50 мин.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что твердый остаток газоочисток руднотермических печей перед брикетированием увлажняют и уплотняют перемешиванием его с водой.

6. Способ по п. 3, отличающийся тем, что брикеты охлаждают подачей на брикеты воды или воздухом при температуре окружающей среды.