Модификатор металлургического шлака магнезиального состава и способ его получения

Изобретение относится к области металлургии, в частности к флюсам для модификации химического состава сталеплавильного шлака в сталеплавильном производстве. Известный модификатор металлургического шлака, содержащий оксид кальция, железа, магния и кремнезем, согласно изобретению содержит указанные компоненты при следующем соотношении, мас.% на прокаленное вещество: оксид кальция 0,5-10,0, кремнезем 0,5-5,0, оксид железа 0,5-6,0, оксид магния - остальное, причем оксид магния находится в карбонатной и гидратной формах при их соотношении в пределах 0,5-2. Для компенсации тепловых затрат, идущих на растворение модификатора в конвертерном шлаке, он дополнительно содержит углерод в количестве 5-10%. Для получения модификатора в известном способе получения металлургического шлака магнезиального состава, включающем смешение компонентов шихты путем их совместного помола, окомкование молотой смеси и выделение целевой фракции, в качестве шихты используют природный магнезит и кальцинированный магнезит, которые смешивают в массовом соотношении (30:70-70:30) путем их совместного сухого помола до удельной поверхности 0,6-1,2 м²/г, окомкование молотой смеси производят в грануляторе водой в количестве 15-25%, после чего выдерживают окомкованный материал в стационарных условиях в течение 15-40 минут до образования гранул размером 5-40 мм. В шихту перед смешением ее компонентов может дополнительно быть введен углерод в виде коксика в количестве 5-15% от ее общей массы. Получение модификатора металлургического шлака может включать смешение компонентов шихты и придание определенной формы, при котором в качестве шихты используют дисперсный кальцинированный магнезит и природный магнезит фракции 8-0 мм, которые смешивают в массовом соотношении (30:70-70:30), увлажняют в смесителе водой в количестве 25-30% и формуют брикет объемом до 70 см³. В данном способе в шихту перед ее смешением дополнительно вводят углерод в виде коксика в количестве 5-15% от ее общей массы, а смещение компонентов шихты осуществляют путем их сухого совместного помола до удельной поверхности 0,6-1,2 м²/г. Техническим результатом изобретения является создание модификатора магнезиального состава, обладающего высокой основностью, прочностью, скоростью диспергации и растворения в сталеплавильных шлаковых расплавах. 3 с. и 3 з.п. ф-лы, 3 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к флюсам для модификации химического состава сталеплавильного шлака в сталеплавильном производстве.

Известен шлакообразующий реагент, содержащий больше 15% MgO, который получают из магнезита и доломита при добавлении 5-20% портландцемента с последующим увлажнением водой (4-30%) и формовании брикетов. (Патент США №4451293, С 22 В 9/10, от 29.05.87 г.).

Недостатком шлакообразующего реагента является неоптимальный его химический состав, низкое содержание MgO.

Известен материал для модификации металлургического шлака (Заявка ФРГ №3644518, С 04, В 5/06, от 14.07.88 г.), состоящего из природного магнезита фр.0-15 мм.

Недостатком данного материала является медленное растворение в шлаке и высокие энергетические затраты при растворении за счет высоких значений потерь при прокаливании.

Наиболее близким по технической сущности является модификатор металлургического шлака, который содержит, маc.%: 26,0-35,0 оксида магния, 0,3-7,0 оксида алюминия, 5,0-15,0 оксида железа, 0,5-7,0 кремнезема и остальное оксид кальция. (Патент РФ №2145357, С 21 С 5/36, от 02.10.2000 г.).

Недостатком вышеуказанного известково-магнезиального флюса является низкое содержание в его составе MgO, что приводит к увеличению доли флюса при модификации шлака по содержанию в нем MgO, a следовательно, и к увеличению энергозатрат на растворение флюса в шлаке.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу является способ получения модификатора металлургического шлака, включающий смешение компонентов шихты путем проведения совместного мокрого помола до удельной поверхности 0,25-0,3 м²/г, окомкование материала производится обжигом смеси во вращающейся печи в окислительной атмосфере при температуре 1360-1400°С и после охлаждения, выделение фракции менее 5 мм, которую возвращают в печь на повторную агломерацию. (Патент РФ №2141535, С 21 С 5/36, от 20.11.1999 г.).

Недостатком данного способа является то, что материал обладает низкой прочностью и после агломерации в своем составе содержит большое количество мелкой фракции. Процесс агломерации обжигом в печи энергозатратен.

Поставленная задача достигается тем, что известный модификатор шлака, содержащий оксид кальция, железа, магния и кремнезем, согласно изобретению содержит указанные компоненты при следующем соотношении, маc.% на прокаленное вещество:

Оксид кальция 0,5-10,0

Кремнезем 0,5-5,0

Оксид железа 0,5-6,0

Оксид магния Остальное

причем оксид магния находится в карбонатной и гидратной формах при их соотношении в пределах 0,5-2.

Для компенсации тепловых затрат, идущих на растворение модификатора в конвертерном шлаке, он дополнительно содержит углерод в количестве 5-10%.

Поставленная задача по способу получения модификатора достигается тем, что в известном способе получения модификатора металлургического шлака магнезиального состава, включающем смешение компонентов шихты, окомкование молотой смеси и выделение целевой фракции, в качестве шихты используют природный магнезит и кальцинированный магнезит, которые смешивают в массовом соотношении (30:70-70:30) путем их совместного сухого помола до удельной поверхности 0,6-1,2 м²/г, окомкование молотой смеси производят в грануляторе водой в количестве 15-25%, после чего выдерживают окомкованный материал в стационарных условиях в течение 15-40 минут до образования гранул размером 5-40 мм.

В описанном способе в шихту перед смешением ее компонентов может дополнительно быть введен углерод в виде коксика в количестве 5-15% от ее общей массы.

Предлагается также способ получения модификатора металлургического шлака, включающий смешение компонентов шихты и придание определенной формы, при котором в качестве шихты используют дисперсный кальцинированный магнезит и природный магнезит фракции 8-0 мм, которые смешивают в массовом соотношении (30:70-70:30), увлажняют в смесителе водой в количестве 25-30% и формуют брикет объемом до 70 см³.

В данном способе в шихту перед ее смешением дополнительно вводят углерод в виде коксика в количестве 5-15% от ее общей массы, а смешение компонентов шихты осуществляют путем их сухого совместного помола до удельной поверхности 0,6-1,2 м²/г.

Основным действующим веществом модификатора является свободный MgO, который образуется непосредственно в сталеплавильном шлаке за счет практически мгновенной декарбонизации и дегидратации входящих в его состав компонентов. Образующиеся в процессе декарбонизации и дегидратации газы разрушают гранулы модификатора, диспергируя его.

Удельная поверхность вновь образованного материала достигает 30 м²/г. Таким образом, организованная высокая реакционная способность MgO позволяет в первые минуты после дачи модификатора в сталеплавильный агрегат связать такие оксиды, как FeO и SiO₂, в высокотемпературные фазы, что позволит:

а) значительно снизить агрессивное воздействие шлака на футеровку периклазсодержащего состава;

б) повысить вязкость шлака, тем самым снизить глубину пропитки им огнеупорной футеровки;

в) с общим увеличением MgO в сталеплавильном шлаке уменьшить химический градиент по данному компоненту и обеспечить относительное равновесие между MgO шлака и MgO огнеупорной футеровки.

Немаловажное значение имеет и тот факт, что нерастворившиеся, относительно крупные кусочки модификатора в составе вязкого шлака способом его раздува наносятся на поверхность футеровки, например, сталеплавильного конвертера или дуговой сталеплавильной печи и образуют защитный гарнисажный слой на ней. Этот случай получил название “расходной футеровки”, потому что может возобновляться по мере необходимости.

В заявленном способе приготовления модификатора в сравнении с прототипом используются менее энергозатратные переделы производства:

- на переделе смешения компонентов шихты вместо мокрого помола используется сухой;

- на переделе окомкования используется высокотемпературного обжига шликера во вращающейся печи, грануляция или формование увлажненной молотой смеси.

Новизна заявляемого модификатора магнезиального состава обусловлена отсутствием в литературе состава такого модификатора, содержащего оксиды магния как в гидратной, так и в карбонатной формах.

Ввод в состав модификатора оксида магния более 78% с показателем высокой скорости растворения в шлаковом расплаве определяет неочевидность заявляемого магнезиального состава модификатора.

Анализ известных в технической и патентной литературе способов получения флюсов не выявил применение заявленных признаков с целью получения с минимальными энергетическими затратами для сталеплавильного производства, использующего периклазсодержащую футеровку, крупнозернистого модификатора магнезиального состава, не разрушающегося в процессе хранения, транспортировки и саморазрушающегося при соприкосновении с расплавленным шлаком.

Пример конкретного выполнения.

Природный магнезит фр.8-0 мм и кальцинированный магнезит в соотношениях, указанных в таблице 1, подают в трубомельницу, где смесь усредняется и измельчается до удельной поверхности 0,6-1,2 м²/г. Такая дисперстность обеспечивает технологическое регулирование вяжущих свойств смеси, а именно начало и конец схватывания. Состав компонентов смеси представлен в таблице 1. Молотую смесь подают в гранулятор, одновременно смачивают ее водой в количестве 15-25%. Капли воды являются инициатором зарождения гранул, которые в процессе грануляции доводятся до размера 5-30 мм. Готовые гранулы выгружаются на ленточный транспортер, где в стационарных условиях находятся в течение 15-40 мин, с целью обеспечения необходимой прочности, исключающей их разрушение.

Готовый модификатор испытывают на прочность и разрушаемость при хранении. Прочность гранул определяли методом точечного сжатия гранул на лабораторном прессе МС-100. Результаты испытаний приведены в таблице 2.

По второму варианту способа получения модификатора металлургического шлака дисперсный кальцинированный магнезит и природный магнезит фр.8-0 мм смешивают и увлажняют в смесителе водой в количестве 25-30%, а окомкование производят способом брикетирования с объемом брикетов до 70 см³.

При использовании в составе модификатора углерода в соотношениях, указанных в таблице 1, смешение компонентов шихты, содержащей дополнительно коксик, осуществляют путем их совместного сухого помола до удельной поверхности 0,6-1,2 м²/г и формуют модификатор по одному из вышеуказанных вариантов.

Пример испытания влияния модификатора конвертерного шлака на огнеупорную футеровку.

Испытания проводили в тиглях периклазоуглеродистого состава, содержащих, мас. долю в %:

MgO-94,3; Аl₂О₃-1,4; SiO₂-1,63; СаО 1,29; Fe₂O₃-1,75; Δm_прк-12,9; С-10,2.

В тигель помещали 100 грамм тонкоизмельченной смеси, состоящей из конвертерного шлака и модификатора в соотношении, обеспечивающем содержание MgO в пределах 8-10%. Конвертерный шлак имел следующий химический состав, мас. доля в %:

MgO-4,0; Аl₂O₃-1,4; SiO₂-18,9; CaO-47,6; Fе₂O₃-6,9; FeO-11,8; MnO-9,4.

Тигель помещали в печь, нагревали до температуры 1600±10°С и выдерживали 1 час. Результаты испытаний представлены в таблице 3.

Анализ приведенных результатов показывает, что заявленный модификатор и способ его изготовления позволяют получить материал с высокой основностью, прочностью и высокой степенью защиты огнеупорной футеровки от агрессивных воздействий шлаковых расплавов. Модификатор шлака практически не разрушается в процессе хранения и транспортировки. По сравнению с прототипом прочность на сжатие повышается на 22 Н/гранулу, а степень разрушения снижается на 25%.

Таблица 2
Номер опыта	Удельная поверхность, м2/г	Сроки схватывания смеси, мин.	Прочность на сжатие, Н/гранулу	Разрушаемость при хранении 30 суток, %
начало	конец
1 прототип	0,29			31,5	16,0
2	0,62	10	35	45,8	4,0
3	0,47	10	30	51,6	3,6
4	0,96	10	30	57,1	3,8
5	1,07	8	25	61,0	4,0
с углеродом
6	0,83	15	35	41,0	4,2
7	0,72	17	40	45,0	4,6

Таблица 3
Номер опыта	Сод-ние флюса в шлаковой смеси, %	Сод-ние углерода, %	Время растворения флюса, мин	Содержание MgO, маc. доля, %	Степень изменения MgO, %
в начальном шлаке	в конечном шлаке
1 прототип	25,0		10,5	10,6	14.2	3,6
2	7,5	-	5,5	9,4	11,1	1,7
3	9,8	-	6,0	11,1	12,5	1.4
4	12,2	-	6,0	12,9	14,1	1,2
5	7,5	5,0	5,0	9,6	11,0	1,4
6	9,0	10,0	4,5	10,7	11,9	1,2

1. Модификатор металлургического шлака, содержащий оксиды кальция, магния, железа и кремнезем, отличающийся тем, что он содержит указанные компоненты при следующих соотношениях, мас.% на прокаленное вещество:

Оксид кальция 0,5-10

Кремнезем 0,5-5,0

Оксиды железа 0,5-6,0

Оксид магния Остальное

причем оксид магния находится в карбонатной и гидратной формах при их отношении в пределах 0,5-2,0.

2. Модификатор по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит углерод в количестве 5-10%.

3. Способ получения модификатора металлургического шлака магнезиального состава, включающий смешение компонентов шихты путем их совместного помола до определенной удельной поверхности, окомкование молотой смеси и выделение целевой фракции, отличающийся тем, что в качестве шихты используют природный магнезит и кальцинированный магнезит, которые смешивают в массовом соотношении (30:70 - 70:30) путем их совместного сухого помола до удельной поверхности 0,6-1,2 м²/г, окомкование молотой смеси производят в грануляторе водой в количестве 15-25%, после чего выдерживают окомкованный материал в стационарных условиях в течение 15-40 мин до образования гранул размером 5-40 мм.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что в шихту перед смешением ее компонентов дополнительно вводят углерод в виде коксика в количестве 5-15% от ее общей массы.

5. Способ получения модификатора металлургического шлака магнезиального состава, включающий смешение компонентов шихты и придание определенной формы, отличающийся тем, что в качестве шихты используют дисперсный кальцинированный магнезит и природный магнезит фракции 8-0 мм, которые смешивают в массовом соотношении (30÷70 - 70÷30), увлажняют в смесителе водой в количестве 25-30% и формуют брикет объемом до 70 см³.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что в шихту дополнительно вводят углерод в виде коксика в количестве 5-15% от общей массы, а смешение компонентов шихты осуществляют путем их совместного сухого помола до удельной поверхности 0,6-1,2 м²/г.