Брикеты для промывки горна доменной печи

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам окускования железорудного сырья. Брикет для промывки горна доменной печи производят путем прессования под давлением 500...1000 МПа шихты, включающей окисленные железосодержащие материалы, связующее, пластификатор, углеродсодержащие материалы, марганецсодержащие материалы и флюсующие добавки, количество которых обеспечивает содержание в брикете углерода, оксидов железа, марганца, кальция, кремния, магния и алюминия, при котором массовые отношения элементов и оксидов C:Fe, Mn:Fe, CaO:SiO₂ , MgO:Al₂O₃, находятся в пределах 0,05...0,15; 0,03...0,2; 0,6...1,2; 0,2...0,6 соответственно. Все материалы, используемые для производства брикета, имеют крупность до 1 мм, в качестве связующего применяют связующее органической природы, например лигносульфонат или кубовые остатки жирных кислот. Использование изобретения обеспечивает высокие функциональные и металлургические свойства брикета. 5 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, имеющий правильную геометрическую форму и приготовляемый из шихты, включающей мелкодисперсные железосодержащие отходы, тонкоизмельченный углеродсодержащий материал и связующее, в качестве которого используется механическая смесь природных материалов - суглинка, глины или полевого шпата и карбоната натрия [Патент РФ №2154680, МПК С 22 В 1/243, 7/00, 2000, БИПМ №23]. Брикет для выплавки металла получают путем прессования такой шихты, увлажненной водным раствором жидкого стекла, с последующей сушкой полученного брикета. Недостатком данного известного технического решения является то, что брикет для выплавки металла, получаемый из указанной шихты по описанной технологии, не обладает достаточной термостойкостью, что не позволяет использовать его в качестве шихтового материала для доменных печей.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является известное техническое решение - брикет для промывки горна доменной печи, получаемый путем прессования, включающий окисленный железосодержащий материал, минеральное связующее и пластификатор [Патент РФ №2183679, МПК С 21 С 5/52, С 21 В 3/00, С 22 В 1/24, 1/23, 2002, БИПМ №17]. Брикет, производимый из данных материалов указанным способом, после пропаривания имеет достаточные холодную прочность и термостойкость и не разрушается при перегрузках и при нагреве в восстановительной атмосфере доменной печи до образования из него чугуна и шлака.

Недостатком данного технического решения является то, что оно не регламентирует химического состава брикета и не учитывает механизм образования промывочного шлака в доменной печи. При двухкомпонентном составе шихты брикета (окалина и цемент) в нем отсутствует свободный кремнезем, который при соединении с монооксидом железа образует легкоплавкий и трудновосстановимый силикат железа - файялит, являющийся основой промывочного шлака в горне. Кремнезем в цементе находится в виде тугоплавких алюмосиликатов кальция, что затрудняет образование силиката железа. Кроме того, окалина содержит в основном трехвалентное железо, которое практически не вступает в реакцию с кремнеземом. Это еще больше затрудняет образование промывочного шлака в горне.

Недостатком известного технического решения является также то, что производимый в соответствии с ним брикет для промывки горна доменной печи не содержит материалов с оксидами марганца, которые необходимы для образования легкоплавких и жидкоподвижных силикатов марганца, повышающих промывочную способность шлаков.

Известное техническое решение не регламентирует также отношений основных и кислых оксидов в смеси материалов, составляющих шихту для производства брикета для промывки горна доменной печи. Эти отношения определяют температуру кристаллизации и вязкость шлаков, образующихся из брикета, и определяют его функциональные свойства.

Кроме того, в известном техническом решении-прототипе не регламентируются также предельно допустимые размеры частиц компонентов шихты для производства брикета, превышение которых может уменьшать его холодную прочность.

Технической задачей изобретения является устранение указанных недостатков известных технических решений - аналогов и прототипа, обеспечение высоких функциональных и металлургических свойств брикета для промывки горна доменной печи и эффективная, экономичная утилизация углеродсодержащих, железосодержащих и содержащих флюсующие оксиды производственных отходов при производстве брикета.

Решение данной технической задачи достигается тем, что в брикет для промывки горна доменной печи, производимый путем прессования, включающий окисленные железосодержащие материалы и связующее, дополнительно включают углеродсодержащие материалы, марганецсодержащие материалы и флюсующие добавки в количестве, обеспечивающем содержание углерода, оксидов железа, марганца, кальция, кремния, магния и алюминия, при котором массовые отношения элементов и оксидов C:Fe, Mn:Fe, CaO:SiO₂, MgO:Al₂O₃ в брикете находятся в пределах 0,05...0,15, 0,03...0,2 0,6...1,2, 0,2...0,6 соответственно, все материалы, входящие в состав брикета, имеют крупность до 1 мм, в качестве связующего используется связующее органической природы, а брикет получают путем прессования под давлением 500-1000 МПа.

Дополнительно решение поставленной технической задачи обеспечивается тем, что в качестве углеродсодержащего материала при производстве брикета 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 углеродсодержащие шламы и пыли.

Кроме того, решение поставленной технической задачи обеспечивается тем, что в качестве железосодержащих материалов при производстве брикета используют железорудный концентрат, и/или железную руду, и/или окалину, и/или сталеплавильные шламы, и/или доменные шламы.

Помимо этого решение этой задачи улучшается тем, что качестве марганецсодержащего материала при производстве брикета используют марганцевый концентрат, и/или марганцевую руду, и/или пыль газоочисток печей для выплавки ферромарганца и/или силикомарганца.

Решение данной технической задачи улучшается также тем, что в качестве флюсующих добавок при производстве брикета используют сталеплавильные шлаки, и/или шлак производства силикомарганца, и/или шлак производства ферромарганца, и/или шлак производства ферросилиция, и/или отходы сварочного флюса.

Решение данной технической задачи улучшается также тем, что в качестве связующего органической природы при производстве брикета используют лигносульфонат или кубовые остатки жирных кислот.

Сущность изобретения заключается в следующем. Поддержание в брикетех для промывки горна доменной печи отношения содержаний углерода и железа в пределах 0,05...0,15 обеспечивает во время опускания брикета в доменной печи до зоны плавления восстановление оксидов железа железосодержащих материалов до степени окисленности вюстита при различных содержаниях железа в брикете. Нижний предел относится к брикету, содержащему 35-45% Fe с окисленностью (атомарным отношением O:Fe) 1,35...1,40, верхний - к брикету, содержащему 45-55% Fe с окисленностью 1,4...1,50. Уменьшение отношения C:Fe ниже 0,05 снижает экономию кокса, получаемую при использовании брикета в доменной плавке. Превышение верхнего предела снижает окислительный потенциал железистого шлака, образующегося из материалов брикета, и уменьшает эффективность применения брикета, производимого из такой шихты.

Поддержание в брикете отношения содержаний марганца и железа в пределах 0,03...0,2 обеспечивает повышение жидкоподвижности и окислительной способности шлака, образующегося из материалов брикетов. При этом нижний предел данного отношения относится к случаям применения брикета на печах, выплавляющих чугун с ограниченным нижним пределом содержания марганца. Превышение верхнего предела данного отношения нежелательно из-за чрезмерного повышения расхода кокса при применении промывочного брикета.

Поддержание в брикете отношений оксидов CaO:SiO₂ и MgO:Al₂O₃ соответственно в пределах 0,6...1,2; 0,2...0,6 обеспечивает образование из оксидов железа и пустой породы брикета подвижных железистых алюмокальций-магниевых силикатных шлаков с низкой температурой кристаллизации (1150-1200°С), которые быстро стекают в горн и окисляют коксовую мелочь, ухудшающую дренажную способность коксовой насадки в горне. При этом нижнему пределу отношения CaO:SiO₂ соответствует верхний предел отношения MgO:Al₂O₃, и наоборот. Нижний предел отношения MgO:Al₂O₃, в свою очередь, соответствует повышенным содержаниям глинозема в образующихся шлаках (10...15%), а верхний предел - умеренному содержанию глинозема в этих шлаках (5-10%). Заданные пределы выбраны исходя из опытных данных, полученных при исследовании температур кристаллизации и вязкости синтетических и промышленных доменных шлаков различных заводов [Доменное производство. Справочник. Т.1. - M.: Металлургия, 1989, с.358 и 359; Шлаковый режим доменных печей. - M.: Металлургия, 1967, с.149-157]. Конкретные значения этих отношений выбирают исходя из состава основных железосодержащих компонентов шихты для производства брикета и обеспечивают путем дозирования флюсующих добавок с учетом состава и количества цемента в этой шихте.

Использование при производстве брикета материалов крупностью до 1 мм и усилия прессования 500-1000 МПа обеспечивает необходимую холодную прочность брикета, а применение связующего органической природы обеспечивает повышение пластичности шихты для производства брикета и повышение его плотности. При усилиях прессования менее 500 МПа брикет получается недостаточно прочным и может разрушаться при перегрузках. Превышение давления выше 1000 МПа повышает капитальные и эксплуатационные затраты на производство брикета.

Применение для изготовления брикета в качестве углеродсодержащих материалов коксовой мелочи, и/или угля, и/или боя графитированных или углеродистых электродов, и/или боя электролизных ванн для производства алюминия, и/или углеродсодержащих шламов и пылей, в качестве железосодержащих материалов - железорудного концентрата, и/или железной руды, и/или окалины, и/или сталеплавильных шламов, и/или доменных шламов, в качестве марганецсодержащих материалов - марганцевого концентрата, и/или марганцевой руды, и/или пылей газоочисток печей для выплавки ферромарганца и/или силикомарганца, в качестве флюсующих добавок - шлака производства силикомарганца, и/или шлака производства ферросилиция, и/или отходов сварочного флюса, в качестве связующего органической природы -лигносульфоната или кубовых остатков жирных кислот расширяет возможности поддержания в брикете заданных отношений элементов и оксидов, а также обеспечивает эффективное использование производственных отходов.

Изобретение иллюстрируется следующим примером. Шихта для производства брикета для промывки горна доменной печи включала 7% коксовой мелочи крупностью до 1 мм, 83,5% окисленных железосодержащих материалов крупностью до 1 мм (прокатная окалина, железорудный концентрат и конвертерные шламы), 0,5% марганецсодержащих материалов крупностью до 1 мм (пыль газоочистки ферросплавной печи для производства силикомарганца), 2,5% флюсующих добавок крупностью до 1 мм (конвертерный шлак и шлак производства силикомарганца), 6,0% лигносульфоната и 0,5% пластификатора. Содержание углерода в шихте составляло 8,2%, содержание железа 53% (C:Fe=0,15), содержание марганца 0,33%, (Mn:Fe=0,06). Отношение содержаний оксидов CaO:SiO ₂, MgO:Al₂O₃, в шихте составляло 0,78 и 0,42 соответственно. Брикет, полученный из данной шихты на лабораторном прессе под давлением 800 МПа, после сушки на воздухе в течение суток имел высокую прочность на раздавливание (6,5-7,5 МПа). При нагреве полученного брикета в восстановительной атмосфере до температуры 1100°С со скоростью нагрева 10 градусов в минуту с одновременным увеличением нагрузки на образец от 0 до 60 кПа наблюдали усадку образца до 48%, что свидетельствует об образовании легкоплавких соединений и размягчении брикета.

Таким образом, брикет для промывки горна доменной печи, приготовленный в соответствии с изобретением, имеет необходимые функциональные и металлургические свойства, и его производство позволяет эффективно утилизировать производственные отходы, содержащие углерод, железо, марганец и флюсующие оксиды и соединения.

Формула изобретения

1. Брикет для промывки горна доменной печи, полученный путем прессования, включающий окисленные железосодержащие материалы, связующее и пластификатор, отличающийся тем, что он дополнительно содержит углеродсодержащие материалы, флюсующие добавки и марганецсодержащие материалы в количестве, обеспечивающем содержание углерода, оксидов железа, марганца, кальция, кремния, магния и алюминия, при котором массовые отношения элементов и оксидов в брикете С:Fe, Mn:Fe, CaO:SiO₂, MgO:Al₂O₃ находятся соответственно в пределах 0,05...0,15, 0,03...0,2, 0,6...1,2, 0,2...0,6, все материалы, используемые для производства брикета, имеют крупность до 1 мм, в качестве связующего использовано связующее органической природы, а брикет получен путем прессования под давлением 500-1000 МПа.

2. Брикет по п.1, отличающийся тем, что в качестве углеродсодержащего материала он содержит 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 углеродсодержащие шламы и пыли.

3. Брикет по п.1, отличающийся тем, что в качестве железосодержащих материалов он содержит железорудный концентрат, и/или железную руду, и/или окалину, и/или сталеплавильные шламы, и/или доменные шламы.

4. Брикет по п.1, отличающийся тем, что в качестве марганецсодержащего материала он содержит марганцевый концентрат, и/или марганцевую руду, и/или пыль газоочисток печей для выплавки ферромарганца и/или силикомарганца.

5. Брикет по п.1, отличающийся тем, что в качестве флюсующих добавок он содержит шлак производства силикомарганца, и/или шлак производства ферросилиция, и/или пыль газоочистки ферросплавных печей для производства силикомарганца и ферромарганца, и/или отходы сварочного флюса.

6. Брикет по п.1, отличающийся тем, что в качестве связующего органической природы он содержит лигносульфонат или кубовые остатки жирных кислот.