Брикет для металлургического производства

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для изготовления металлургических брикетов, являющихся эффективным заменителем кокса в доменном процессе получения чугуна. Брикет включает коксовую мелочь 90-94 мас.% и неорганическое связующее - остальное. В качестве связующего брикет содержит раствор алюмоборфосфатного концентрата плотностью 1300-1350 кг/м³. Изобретение позволит улучшить качество металлургических брикетов за счет обеспечения их повышенных прочностных характеристик и сокращения продолжительности подготовки брикета путем его ускоренного самоотверждения и исключения термообработки. 1 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для изготовления металлургических брикетов, являющихся эффективным заменителем кокса в доменном процессе получения чугуна.

В настоящее время в условиях сокращения месторождений коксующихся углей и высокой стоимости и трудоемкости получения кокса использование вторичного сырья и соответствующих прогрессивных технологий является реальным путем к повышению конкурентоспособности металлургического производства и продукции.

Современный этап научно-технического прогресса в этой области неразрывно связан с созданием эффективных энергосберегающих технологий, обеспечивающих комплексное использование сырья, материалов и снижение вредного воздействия на окружающую природную среду.

В этом отношении приготовление брикетов из мелкофракционных и тонкодисперсных компонентов - отходов металлургического производства представляется одним из рациональных способов подготовки шихты. Брикетирование - процесс получения кусков (брикетов) с добавкой связующих веществ с последующим прессованием смеси в брикеты нужного размера и формы [Катинев В.И., Барсукова Е.Ю и др. Брикеты из мелкодисперсных отходов металлургического и коксохимического производств - экономически выгодная замена традиционной шихты металлургических переделов. - Металлург. - 2002. - №10].

Целью структурообразования мелких материалов является не только получение определенного размера кусков, но и создание в искусственных структурах комплекса заданных физико-химических свойств [Белкин А.С., Юсфин Ю.С., Курунов И.Ф. и др. Использование железококсовых брикетов на цементной связке. - Металлург. - 2003. - №4].

В связи с этим существует закономерная причинно-следственная связь технологических параметров процессов структурообразования с качественными характеристиками подготовленных материалов.

Брикетирование мелкозернистых и тонкодисперсных материалов со связующими веществами - наиболее универсальный способ вовлечения в переработку ценных топливных и минеральных сырьевых компонентов - отходов металлургического производства, которые по своему агрегатному физическому состоянию непригодны для непосредственного использования в технологических процессах и аппаратах. При этом отличительной особенностью процесса брикетирования является возможность изготовления брикетов из шихтовых смесей, эффективных для основных типов агрегатов металлургического передела.

Наиболее близким по технической сущности является брикет для металлургического производства, включающий углеродсодержащий материал и в качестве связующего вещества - портландцемент [Патент РФ №2183679, МПК 7 С21С 5/52, С21В 3/00, С22B 1/24, C22В 1/242. Брикет для металлургического производства, брикет для промывки горна доменной печи и способ изготовления брикетов / Авторы: Котенев В.И., Оленников В.Г., Барсукова Е.Ю., Ястребов И.И. Дата публикации: 20.06.2002 г., регистрационный номер заявки: 2001117588/02] (прототип).

Известное техническое решение обеспечивает возможность получения металлургических брикетов различных габаритов и массы. Вместе с тем прототип имеет следующие существенные недостатки:

- длительный цикл приготовления брикета, связанный с увеличенной продолжительностью затвердевания портландцемента;

- нестабильность свойств брикетов, определяемая изменением их прочностных характеристик во времени;

- высокая влажность брикета, вызванная необходимостью затворения портландцемента водой;

- необходимость термообработки брикета, определяющая повышенные затраты на сушильные печи, соответствующие площади и др.;

- достаточно высокое содержание связующего (15...20%), обеспечивающее повышенную зольность брикета при использовании в металлургических агрегатах;

- неудовлетворительная смачиваемость раствором портландцемента углеродсодержащих материалов и, как следствие этого, недостаточный уровень его адгезии и прочности.

Все это в своей совокупности существенно снижает качество указанных металлургических брикетов и эффективность их применения в металлургическом производстве.

В основу изобретения положена задача создать такой состав металлургического брикета, который обеспечил бы улучшение его качества за счет обеспечения повышенных прочностных характеристик и сокращения продолжительности подготовки брикета путем его ускоренного самоотверждения и исключения термообработки.

Указанная задача решается таким образом, что брикет для металлургического производства, включающий коксовую мелочь и неорганическое связующее, согласно изобретению в качестве связующего содержит раствор алюмоборфосфатного концентрата плотностью 1300...1350 кг/м³ при следующем соотношении ингредиентов, % мас.:

Коксовая мелочь	90...94
Раствор алюмоборфосфатного концентрата	Остальное.

Водный раствор алюмоборфосфатного концентрата (АБФК) указанного состава является эффективным высокотемпературным связующим материалом. Его подготовка проста в осуществлении, не требует больших затрат времени, а сам получаемый раствор экологически безопасен.

Водный раствор алюмоборфосфатного концентрата обеспечивает ускоренное самотвердение брикета вследствие его взаимодействия с компонентами наполнителя и формирование повышенных прочностных характеристик за счет высокой адгезионной способности без термообработки.

Таким образом, указанные особенности повышают физико-механические характеристики металлургических брикетов и обеспечивают значительное улучшение их качества.

Изготовление металлургических брикетов осуществляют следующим образом.

Готовят раствор АБФК плотностью 1300...1350 кг/м³ и вводят его в коксовую мелочь при следующем соотношении ингредиентов, % мас.:

Коксовая мелочь	90...94
Раствор алюмоборфосфатного концентрата	Остальное

Коксовая мелочь является отходом металлургического производства.

Затем ингредиенты перемешиваются и подготовленная смесь формуется на вибропрессах в соответствующей оснастке (ячейках матрицы) под действием давления и вибрации. Продолжительность вибропрессования составляет 15...30 с в зависимости от типа применяемого вибропресса. При этом могут быть получены металлургические брикеты практически любой конфигурации и размером от 20×20×20 мм до 500×1500×1500 мм. За один цикл (не более 30 с) может изготавливаться от 0,05 до 1,2 кубических метров металлургических брикетов.

Плотность раствора алюмоборфосфатного концентрата 1300...1350 кг/м³ и его количество 6...10% мас. создают условия для равномерного распределения связующего на частицах наполнителя. При плотности более 1350 кг/м³ вязкость раствора алюмоборфосфатного концентрата повышается настолько, что затрудняет это распределение. Наблюдается нежелательное преждевременное окомкование материала. Плотность раствора АБФК менее 1300 кг/м³ не обеспечивает требуемого уровня прочности и других физико-механических свойств металлургических брикетов.

Изготовление предлагаемых металлургических брикетов иллюстрируется следующим примером.

Пример. При подготовке связующего получают растворы АБФК плотностью 1350 кг/м³. Для этого исходный состав АБФК (ТУ 113-08-606-87) разбавляется водой.

Связующий раствор вводится в коксовую мелочь. Варьируется количество раствора АБФК в смеси: 6; 8; 10% мас. (остальное - коксовая мелочь).

Ингредиенты перемешивают в шнековом смесителе и подготовленная смесь формуется в ячейках матрицы на вибропрессе с усилием прессования 160 кН и вибрацией с амплитудой 0,5...0,8 мм и частотой 50 Гц. Продолжительность вибропрессования составляет 15 с. При этом получают металлургические брикеты размером 100×100×100 мм. За один цикл изготавливают 0,15 кубических метров металлургических брикетов.

Сравнительные характеристики металлургических брикетов представлены в таблице. В качестве базовых приведены свойства брикетов, полученных вибропрессованием с использованием портландцементной связки (прототип).

Таблица
Сравнительные характеристики металлургических брикетов
Наименование характеристик	Прототип (брикеты на портландцементе)	Разработанные составы брикетов при разных количествах АБФК, % мас.
6	8	10
1. Продолжительность приготовления, ч	30...36	0,5	0,7	1,0
2. Продолжительность изменения свойств, сут.	3...5	0,6	0,8	1,0
3..Влажность, %	9...13	0,5	1,1	1,5
4. Необходимость термообработки	Да	Нет	Нет	Нет
5. Зольность, %	1,8...2,0	0,1	0,3	0,4
6. Содержание серы, %	0,24...0,48	0,06	0,08	0,1
7. Ударная прочность, %	50...52,8	73	76	78
8. Пористость (открытая), %	16...20	30	33	34
9. Плотность, г/см3	2,1...2,3	1,65	1,62	1,60
10. Прочность на сжатие, МПа	9,5...11,0	17,8	19,0	21,2
11. Осыпаемость, %	1,1...2,7	0,8	0,6	0,5
12. Температура размягчения, °С	1150...1200	1480	1510	1520

Представленные данные свидетельствуют о том, что использование в качестве связующего раствора АБФК позволяет обеспечить значительное повышение физико-механических свойств и улучшение качества брикетов для металлургического производства.

Заявленный состав брикетов для металлургического производства опробован при получении чугуна в доменном процессе, показав его значительную эффективность.

Учитывая повышенный комплекс физико-механических свойств металлургических брикетов, они могут быть использованы как заменители дорогостоящего и дефицитного кокса.

Брикет для металлургического производства, включающий коксовую мелочь и неорганическое связующее, отличающийся тем, что в качестве связующего он содержит раствор алюмоборфосфатного концентрата плотностью 1300-1350 кг/м³ при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

коксовая мелочь	90-94
раствор алюмоборфосфатного концентрата	остальное