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. Брикет - компонент доменной шихты получают путем прессования под давлением 500-1000 МПа из шихты, включающей углеродсодержащие материалы, природные железосодержащие материалы, флюсующие добавки и связующее органической природы, например лигносульфонат. Крупность материалов, входящих в шихту не превышает 1 мм. Шихта для производства брикетов содержит углерод, оксиды железа, кальция, магния, алюминия, кремния, соотношения которых находятся в следующих пределах: С:Fe=0,35...0,6; CaO:SiO₂=0,3...1,6; MgO:Al₂O₃=0,25...1,25. Использование изобретения обеспечивает чистоту брикета по содержанию вредных для качества металла примесей. 4 з.п. ф-лы.

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, приготовляемый из смеси прокатной окалины и связующего путем прессования, сушки и спекания при 1100-1200°С. В качестве связующего в смеси для производства брикета используется нонтронит [1]. Недостатком известного технического решения является его узкая направленность (использование в качестве компонентов шихты только окалины) и многостадийность технологии производства брикета - приготовление смеси, прессование, сушка, термообработка.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является известное техническое решение - брикет для выплавки металла, имеющий правильную геометрическую форму и получаемый путем прессования из увлажненной шихты, включающей углеродсодержащие материалы, железосодержащие материалы и минеральное связующее, содержащей углерод, оксиды железа, кальция, магния, алюминия, кремния и других элементов. Шихта для брикета приготовляется из мелкодисперсных железосодержащих отходов металлургического производства, тонкоизмельченных углеродсодержащих отходов и связующего, в качестве которого используется механическая смесь природных минеральных материалов - суглинка, глины или полевого шпата и карбоната натрия. Шихту для брикета увлажняют водным раствором жидкого стекла, а полученные путем прессования брикеты сушат [2].

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 (карбонат натрия, жидкое стекло) в составе брикета также ограничивает его применение в доменной плавке.

Недостатком данного технического решения является также 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 брикетов в шихте из-за повышенной вязкости образующегося из них шлака вследствие его гетерогенности или высокой температуры кристаллизации.

В известном техническом решении-прототипе не регламентируются также предельно допустимые размеры частиц компонентов шихты, превышение которых может уменьшать холодную прочность брикетов.

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 для качества выплавляемого металла и для работы печи примесей.

Решение данной технической задачи достигается тем, что в брикете - компоненте доменной шихты, получаемом путем прессования из увлажненной шихты, включающей углеродсодержащие материалы, железосодержащие материалы 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 1 мм, а прессование шихты производят под давлением 500-1000 МПа.

Решение поставленной технической задачи обеспечивается также тем, что в шихте для получения брикета в качестве углеродсодержащего материала используют 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 графитовую спель.

Дополнительно решение поставленной технической задачи обеспечивается тем, что в шихте для получения брикета в качестве железосодержащего материала используют: богатую железную руду и/или железорудный концентрат.

Кроме того, решение поставленной технической задачи обеспечивается тем, что в шихте для получения брикета в качестве флюсующих добавок используют известь и/или доломитовый клинкер, и/или плавиковый шпат, и/или сталеплавильные шлаки, и/или отходы сварочного флюса.

Решение поставленной технической задачи улучшается также тем, что в шихте для получения брикета-компонента доменной шихты в качестве связующего используются связующие органической природы, например лигносульфонат.

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% металлизации 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 брикетов 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:Al₂O_3, в свою очередь, соответствует повышенному содержанию глинозема (15-25%) в шихте для получения брикета, а верхний предел - умеренному содержанию глинозема (5-10%) в этой шихте. Заданные пределы выбраны, исходя из опытных данных, полученных при исследовании температур кристаллизации и вязкости синтетических и промышленных доменных шлаков различных заводов [3, 4]. Конкретные значения этих отношений выбирают исходя из состава основных железосодержащих компонентов шихты для производства брикета и обеспечивают с учетом их состава и состава золы углеродсодержащих компонентов шихты путем соответствующего дозирования флюсующих добавок.

Использование в составе шихты брикета материалов крупностью 0-1,0 мм обеспечивает получение необходимой холодной прочности брикета при прессовании. Применение более крупных материалов ухудшает механическую прочность брикетов. Применение в качестве связующего материалов органической природы, например лигносульфоната, уменьшает попадание в брикеты пустой породы и обогащает их восстановительными компонентами. Применение давления прессования в пределах 500-1000 МПа обеспечивает высокую плотность брикетов и способствует их упрочнению. Нижний предел давления получен опытным путем, а верхний обусловлен экономическими соображениями. Превышение его вызывает удорожание получаемых брикетов вследствие роста энергозатрат и материалоемкости применяемого оборудования.

Изобретение иллюстрируется следующим примером. Брикеты - компоненты доменной шихты производили из смеси гематитовой руды крупностью 0...1 мм с содержанием железа 54% и магнетитового концентрата с содержанием железа 68% крупностью 0...0,15 мм. В качестве углеродсодержащего материала использовали коксовую мелочь крупностью 0-1 мм. В качестве связующего использовали лигносульфонат, а в качестве флюсующей добавки - доломитовый клинкер крупностью 0...1 мм. Брикеты производили путем прессования с давлением 800 МПа на лабораторном прессе.. Шихта для производства брикета в соответствии с изобретением характеризовалась следующими соотношениями элементов и оксидов: C:Fe=0,52, CaO:SiO₂=1,25, MgO:Al₂O₃=0,58. Полученные брикеты имели высокую прочность на раздавливание (4,5-5,5 МПа). Испытания брикетов на термостойкость показали, что при нагреве образцов брикета в атмосфере водорода до температуры 1050°С в течение 2,0 часов брикет сохранял свою форму и не разрушался. Степень металлизации железа в образцах брикета после такой термообработки составляла 93-95%. Брикет не содержал каких-либо вредных примесей.

Таким образом, брикет - компонент доменной шихты, получаемый в соответствии с изобретением, имеет высокие металлургические свойства и может быть использован в составе шихты доменных печей при выплавке любых марок чугуна. Применение коксовой мелочи и других углеродсодержащих отходов в составе шихты для производства брикета решает проблему их утилизации 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.

Источники информации

1. Патент РФ № 2086676.

2. Патент РФ № 2154680.

3. Доменное производство. Справочник, т.1. M.: Металлургия, 1989, с.358-359.

4. Шлаковый режим доменных печей. M.: Металлургия, 1967, с.149-157.

Формула изобретения

1. Брикет - компонент доменной шихты, получаемый путем прессования из увлажненной шихты, включающей углеродсодержащие материалы, железосодержащие материалы, флюсующие добавки и связующее, содержащей углерод, оксиды железа, кальция, магния, алюминия, кремния и других элементов, отличающийся тем, что массовые отношения следующих элементов и оксидов в шихте С:Fe, СаО:SiО₂, MgO:Al₂O₃ находятся в пределах соответственно 0,35-0,6, 0,3-1,6, 0,25-1,25, крупность материалов, входящих в шихту, не превышает 1 мм, а прессование шихты производят под давлением 500-1000 МПа.

2. Брикет по п.1, отличающийся тем, что в шихте для его получения в качестве углеродсодержащего материала использованы коксовая мелочь, и/или антрацит, и/или уголь, и/или бой графитированных, или углеродистых электродов, и/или бой электролизных ванн для производства алюминия, и/или графитовая спель.

3. Брикет по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что в шихте для его получения в качестве железосодержащего материала использованы богатая железная руда и/или железорудный концентрат.

4. Брикет по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в шихте для его получения в качестве флюсующих добавок использованы известь и/или доломитовый клинкер, и/или плавиковый шпат, и/или сталеплавильные шлаки, и/или отходы сварочного флюса.

5. Брикет по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что в шихте для его получения в качестве связующего использовано связующее органической природы, например, лигносульфонат.