Сталеплавильный флюс и способ его получения

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сталеплавильному флюсу и способу его производства. Флюс содержит, мас. доля % на прокаленное вещество: оксид магния основа; оксид кальция 3,0-12,0; оксиды железа 5,0-15,0; оксид алюминия 0,2-2,5; диоксид кремния 2,0-5,0. Компоненты шихты, состоящей из природного магнезита, каустического магнезита и сидеритовой руды, смешивают непосредственно во вращающейся печи при следующем содержании компонентов шихты, мас. доля, %: природный магнезит 40-65; каустический магнезит 20-55; сидеритовая руда 5-15 и обжигают при температуре 1550-1700°С, обеспечивающей получение продукта скатанной формы. Обоженный материал охлаждают и классифицируют с получением готового продукта в виде фракции более 4 мм и фракцию менее 4 мм. Отсев обожженного материала фракции менее 4 мм используют в качестве основного исходного материала для изготовления способом брикетирования крупнокускового флюса. Изобретение позволит получить сталеплавильный флюс с высоким содержанием оксидов магния, высокой скоростью растворения в шлаковых расплавах основного состава и не разрушающийся в процессе транспортировки и хранения. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к флюсам сталеплавильного производства.

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

Недостатком шлакообразующего реагента является низкое содержание MgO.

Известен металлургический флюс (Заявка ФРГ №3644518, С 04 В 5/06, от 14.07.88 г.), состоящий из природного магнезита фракции 15-0 мм.

Недостатком данного флюса является медленное его растворение в основном конвертерном шлаке за счет того, что он является практически мономинеральным материалом, содержащим MgCO₃, а также к недостаткам использования данного флюса можно отнести высокие энергетические затраты, связанные при его растворении за счет высоких потерь при прокаливании магнезита (до 50%).

Наиболее близким по технической сущности является флюс известково-магнезиального состава, который содержит, мас.%: 26,0-35,0 оксида магния; 0,3-7,0 оксида алюминия; 5,0-15,0 оксидов 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 MgO, что приводит к увеличению его разовой доли, подаваемой в конвертер при необходимости повышении оксида магния в шлаке, а следовательно, и к увеличению количества образующего шлака, и соответствующего увеличения энергозатрат на растворение его в шлаке.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ получения известково-магнезиального флюса, включающий смешение компонентов сырьевой шихты путем проведения совместного помола и окомкование материала способом обжига шлама во вращающейся печи. После охлаждения из обожженного материала выделяют два продукта, целевой в виде фракции крупнее 5 мм и отсевной в виде фракции менее 5 мм, который возвращается обратно в печь на повторное окомкование (Патент РФ №2141535, С 21 С 5/36, от 20.11.1999 г.).

Недостатком данного способа является низкая прочность спека, готового продукта и высокие энергозатраты, связанные с возвращением отсевного материала обратно в печь на повторное окомкование.

Задачей изобретения является создание сталеплавильного флюса, обладающего повышенным содержанием MgO, невысокой кажущейся плотностью, обеспечивающей достаточно высокую скорость растворения флюса в шлаковых расплавах основного состава. Предлагаемый способ производства позволяет производить флюс в виде окатанных гранул и брикетов необходимых размеров с высокой механической прочностью, обеспечивающей надежное хранение и транспортировку его в течение длительного времени без разрушения.

Решение поставленной задачи достигается тем, что известный сталеплавильный флюс, содержащий оксиды кальция, железа, магния, алюминия и кремнезем, согласно изобретению содержит указанные компоненты при следующем соотношении, мас., % на прокаленное вещество:

оксид магния	основа
оксид кальция	3,0-12,0
оксиды железа	5,0-15,0
оксид алюминия	0,2-2,5
диоксид кремния	2,0-5,0

Технический результат по способу получения сталеплавильного флюса достигается тем, что смешение компонентов шихты, состоящей из природного магнезита, каустического магнезита и сидеритовой руды, производят непосредственно во вращающейся печи при следующем содержании компонентов шихты, мас. доля, %:

природный магнезит	40-65
каустический магнезит	20-55
сидеритовая руда	5-15

Сырьевую смесь обжигают при температуре 1550-1700°С, обеспечивающей получение продукта окатанной формы. Обоженный материал охлаждают и классифицируют с получением готового продукта в виде фракции более 4 мм и отсева фракции менее 4 мм. Отсев обожженного материала фракции менее 4 мм используют в качестве основного исходного материала для изготовления способом брикетирования крупнокускового флюса. Шихта для изготовления брикетированного флюса содержит в своем составе фракцию менее 4 мм и молотую составляющую того же состава при следующем содержании компонентов шихты, мас. доля, %:

отсев обожженного материала	70-90
молотая составляющая	10-30
связующее, сверх 100%	0,5-8

готовые брикеты термообрабатывают при температуре 160-230°С.

Дополнительно предлагается еще три варианта шихты брикетированного сталеплавильного флюса, отличающихся от начального тем, что в качестве молотой составляющей используются:

1. Каустический магнезит;

2. Молотая смесь, состоящая из каустического магнезита и агломератт железной руды в соотношении 50±5 - 50±5%;

3. Молотая смесь, состоящая из отсева обожженного материала 4-0 мм и агломерата железной руды в соотношении 60±5 - 40±5% при том же содержании компонентов в шихте.

Основными действующими веществами флюса являются оксид магния и его соединения с оксидами железа. Они хорошо взаимодействуют с компонентами сталеплавильного шлака и растворяются в нем. Оксид магния флюса взаимодействует с такими агрессивными по отношению к огнеупорной футеровке компонентами шлака, как FeO и SiO₂ и связывает их в нейтральные соединения как мервинит, монтичеллит, ферриты и вюститы магния. Последние два являются огнеупорными соединениями и во взаимодействии с компонентами шлака образуют непрерывный ряд твердых растворов ферритов и вюститов сложного состава, в связи с этим происходит повышение вязкости шлака, что положительно влияет на степень пропитки шлаком футеровки. За счет общего повышения MgO в шлаке происходит снижение химического градиента по данному компоненту на границе «огнеупорная футеровка - шлак» и в конечном итоге уменьшается скорость растворения периклазсодержащей футеровки плавильной печи. Вместе с тем создание вязкого расплава шлака, содержащего до 10-12% MgO, обеспечивает хорошую адгезию его к футеровке. После слива металла подготовленный шлак наносят на футеровку конвертера посредством раздува его азотом высокого давления. На поверхности футеровки шлак кристаллизуется и образует защитный слой, стойкость данного слоя достигает двух плавок. После смыва защитного слоя операцию по подготовке и раздуву шлака повторяют.

В заявленных способах производства флюса в сравнении с прототипом используются менее затратные переделы производства:

- на переделе приготовления сырьевой смеси исключается энергозатратный передел приготовления шлама;

- возврат мелкого продукта фракции менее 4 мм обратно в печь на повторный обжиг заменяется переделом брикетирования специально приготовленной шихты,

- способ производства флюса посредством брикетирования шихты, содержащей дополнительно каустический магнезит и/или его молотую составляющую с агломератом железной руды, позволяет изготавливать флюс, отличающийся высокой скоростью растворения его в шлаковых расплавах основного состава.

Приготовление флюса указанного химического состава с кажущейся плотностью менее 3,0 г/см³ позволяет обеспечить растворение его в основных шлаковых расплавах в течение не более 10 минут.

Анализ известных в технической и патентной литературе способов получения флюсов сталеплавильного шлака не выявил применение заявленных признаков, обеспечивающих минимальные энергетические затраты окомкованного флюса, не разрушающегося в процессе транспортировки и хранения, что свидетельствует о не очевидности заявляемого изобретения.

Пример конкретного выполнения.

Природный магнезит крупностью менее 40 мм, каустический магнезит в виде уловленного пылевыноса из вращающейся печи и сидеритовую руду в соотношении, указанном в таблице 1, подают во вращающуюся печь. Сырьевые компоненты шихты, проходя через зоны подготовки и декарбонизации печи, смешиваются, и в зону обжига шихта поступает в относительно однородном состоянии. В зоне высоких температур печи за счет образования легкоплавких соединений, в основном ферритов кальция и присутствия каустического магнезита, шихта спекается с образованием окатышей с размерами до 40 мм. Обжиг сырьевой смеси проводили в диапазоне температур 1550-1700°С. Температура обжига ниже 1550°С приводит к значительному снижению выхода целевого крупнокускового продукта, а температуры выше 1700°С приводят к повышению не производительных расходов топлива.

Количество окатанного материала и его кажущаяся плотность имеют прямо пропорциональную зависимость от количества подаваемой в печь каустической пыли. Обожженный материал рассевали с получением готового продукта фракции более 4 мм и отсевного продукта фракции менее 4 мм. Выход фракции менее 4 мм в среднем составил 40%.

Утилизацию фракции менее 4 мм производили способом брикетирования полусухих масс, содержащих в исходной шихте молотую составляющую, и в качестве связки использовали сухой фенольный порошок (СФП) с растворителем - этиленгликоль в количестве 3,0% и 1,5% соответственно сверх 100%. После брикетирования брикеты термообрабатывали при температуре 160-230°С. Выбранный диапазон температур позволяет получать брикеты с максимально возможной прочностью.

Составы масс представлены в таблице 2.

Готовый флюс в виде окатышей и брикетов испытывали на прочность, сроки хранения и скорость растворения в расплавленном конвертерном шлаке при температуре 1610±10°С. Исходный конвертерный шлак, флюс и конечный шлак с присадкой к нему 10% флюса имели следующий химический состав, мас. доля в %:

	MgO	SiO2	Fe2О3	CaO	FeO	Al2O3	MnO
Исходный шлак	4,0	18,9	6,9	47,6	11,8	1,4	9,4
Флюс	86,1	3,0	6,8	3,6	-	0,5	-
Конечный шлак	10,5	18,3	9,4	42,8	8,9	1,4	8,7

Усвоение шлаком MgO составило 85% относительно расчетного.

Результаты испытаний приведены в таблице 3.

Анализ приведенных результатов показывает, что применение заявляемых способов производства позволяет получать флюс прочный, не разрушающийся в процессе транспортировки и хранения, а также имеющий не высокую кажущуюся плотность и как следствие относительно высокую скорость растворения в сталеплавильном шлаковом расплаве.

Таблица 1
Номер шихты	Состав шихты, содержание компонентов, %	Химический состав флюса, мас. доля, %	Выход
	MgO	CaO	SiO2	Al2О3	Fe2О3	Δmпрк	фр. менее 4 мм, %
магнезит природный	магнезит каустический	руда сидеритовая
прототип		-		30,3	50,5	4,6	4,6	10,0	0,1	17,6
1	65	20	15	77,6	5,31	4,10	1,94	10,9	0,16	41,5
2	40	50	10	83,8	3,36	3,20	1,52	8,31	0,12	29,8
3	50	45	5	87,3	3,38	2,99	0,95	5,16	0,32	36,1
Таблица 2
Номер шихты	отсев обожженного материала 4-0 мм	Содержание фракций, %	Химический состав брикетированного флюса, мас. доля, %
		Молотая составляющая, приготовленная из:
4-0 мм	к.маг.	к.маг. + агл.	4-0 + агл.	MgO	CaO	SiO2	Al2О3	Fe2O3	Δmпрк
1a	85	15	-	-	-	83,4	4,23	3,41	1,48	7,42	0,1
2a	90	-	10	-	-	84,8	4,05	3,29	0,76	6,65	0,81
3а	80	-	-	20	-	76,5	3,67	3,93	2,34	12,60	3,30
4a	70	-	-	-	30	74,8	3,81	4,21	2,42	14,4	0,36

Таблица 3
Номер опыта	Плотность кажущаяся. г/см3	Прочность на сжатие, Н/гранулу	Разрушаемость при хранении 30 суток, %	Время растворения флюса, мин
прототип	2,98	31,5	16,0	11,4
1	2,89	52,1	4,0	8,6
2	2,65	53,6	3,6	9,4
3	2,71	56,1	3,8	10,0
1a	2,41	51,4	2,8	9,6
2a	2,32	43,2	2,1	8,7
3а	2,38	41,1	2,6	8,6
4a	2,46	44,6	2,6	8,4

1. Сталеплавильный флюс, содержащий оксиды магния, кальция, железа, алюминия и диоксид кремния, отличающийся тем, что он содержит указанные оксиды при следующем соотношении, мас.% на прокаленное вещество:

Оксид магния	Основа
Оксид кальция	3,0-12,0
Оксиды железа	5,0-15,0
Оксид алюминия	0,2-2,5
Диоксид кремния	2,0-5,0

2. Способ получения сталеплавильного флюса, включающий смешение сырьевых компонентов шихты, обжиг шихты во вращающейся печи, выделение из обожженного материала целевого продукта в виде крупной фракции, отличающийся тем, что в качестве компонентов сырьевой шихты используют природный магнезит, каустический магнезит и сидеритовую руду, которые смешивают непосредственно во вращающейся печи, при следующем содержании компонентов, мас.%:

Природный магнезит	40-65
Каустический магнезит	20-55
Сидеритовая руда	5-15

и обжигают ее при температуре 1550-1700°С, обеспечивающей получение продукта окатанной формы.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что обожженный материал охлаждают и классифицируют с получением готового продукта в виде фракции более 4 мм и отсева фракции менее 4 мм.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что отсев обожженного материала фракции менее 4 мм используют в качестве основного исходного материала для изготовления крупнокускового флюса способом брикетирования.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что шихта для изготовления брикетированного флюса содержит фракцию менее 4 мм и молотую составляющую того же состава, при следующем содержании компонентов шихты, мас.%:

Отсев обожженного материала	70-90
Молотая составляющая	10-30
Связующее, сверх 100%	0,5-8

готовые брикеты термообрабатывают при 160-230°С.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что шихта для изготовления брикетированного флюса дополнительно содержит молотую составляющую в виде каустического магнезита.

7. Способ по п.4, отличающийся тем, что шихта для изготовления брикетированного флюса дополнительно содержит молотую составляющую в виде молотой смеси, состоящей из каустического магнезита и агломерата железной руды в соотношении (50±5:50±5) %.

8. Способ по п.4, отличающийся тем, что шихта для изготовления брикетированного флюса дополнительно содержит молотую составляющую в виде молотой смеси, состоящей из отсева обожженного материала и агломерата железной руды в соотношении (60±5:40±5) %.