Твердый агломерированный продукт на основе оксидов железа и способ его производства

Изобретение относится к получению твердого агломерированного продукта для использования в качестве шихтового материала для электродуговой печи. Продукт содержит по меньшей мере одну фракцию (М, М1, М2, М3) побочного продукта сталелитейного процесса, имеющую первую часть, содержащую оксид железа (II) (FeO), и вторую часть, содержащую оксид железа (III) (Fe₂О₃), твердотопливную фракцию (CR), содержащую углерод (C_fix) и по меньшей мере одно неорганическое связующее вещество для агломерирования и придания полученному продукту механических характеристик, обеспечивающих хранение и транспортировку. Неорганическое связующее вещество по меньшей мере частично содержит шлак, при этом упомянутый шлак представляет собой белый шлак и/или черный шлак, причем белый шлак является отходом процессов вторичной металлургии, а черный шлак является отходом процесса плавки в электродуговой печи. Обеспечивается облегчение транспортировки, хранения продукта, уменьшение отходов и оптимизация ресурсов. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

 

Область техники, к которой относится предлагаемое изобретение

Предлагаемое изобретение относится к твердым агломерированным продуктам на основе оксидов железа и к способам их производства.

Агломерированные продукты по предлагаемому изобретению могут использоваться, в частности, в электродуговых печах для извлечения содержащегося в них железа.

Предпосылки создания предлагаемого изобретения

В черной металлургии известны различные побочные продукты обработки железа и производства стали, которые обычно считаются промышленными отходами.

Эти побочные продукты, в основном, содержат оксиды железа, а также другие отходы.

Например, эти отходы обработки железа могут представлять собой мелкие фракции из установок гранулирования оксидов железа, колошниковую пыль, пыль и мелкие фракции из сталелитейных установок, окалину от прокатки, мелкие фракции из установок прямого получения железа.

Эти побочные продукты по их размеру можно поделить на следующие две большие группы:

- мелкая фракция с размерами частиц менее 100 мкм, обычно характеризуемая как пыль и обычно улавливаемая системами обеспыливания, и

- грубая фракция с размерами частиц от 100 мкм до 8 мм.

Обычно эти побочные продукты считаются отходами заводов по производству стали и горных предприятий и должны рассматриваться как отходы с большими эксплуатационными издержками.

Еще один недостаток состоит в трудоемкости сбора, транспортировки и перемещения этих побочных продуктов в связи с малым размером частиц.

Кроме того, присутствие этих побочных продуктов в больших количествах связано со значительными потерями в выходе продукции сталелитейной установки из-за высокого содержания железа в них.

Известны также способы и устройства для сбора побочных продуктов металлургических заводов, которые обеспечивают возможность, начиная с побочных продуктов на основе железа, о которых говорилось выше, и при смешивании их с реагентом-восстановителем, а также, возможно, с другими добавками или побочными продуктами, производить агломерированные продукты, такие как гранулы и/или брикеты, с которыми проще обращаться и которые проще транспортировать и перемещать.

В этих агломерированных продуктах, если подвергнуть их действию определенных температур и других определенных факторов, могут протекать реакции восстановления, при которых оксиды железа восстанавливаются до металлического железа, которое может быть собрано.

Обычно эти агломерированные продукты подают в реакторы для производства железа, такие как доменные печи или установки прямого получения железа.

Например, в патентных документах JP 2008095177 A и US 2004/025633 описывается агломерированный продукт, получаемый агломерированием черного металла и углерода с помощью гидравлического вяжущего вещества, то есть цемента, используемого в доменных печах.

Известен также патентный документ ЕР 0976843, в котором описан способ холодного приготовления брикетов на основе углерода и оксидов железа без использования щелочного связующего.

Однако эти способы не очень эффективны, они не гарантируют эффективного извлечения металлического железа из оксидов железа, содержащихся в этих побочных продуктах, если использовать их в качестве шихтового материала для обычных электродуговых печей.

Кроме того, в этих способах обычно используют углерод в практически стехиометрическом или несколько более высоком относительном количестве, что сопряжено с риском извлечения углерода из обычного процесса плавления, который имеет место в электродуговой печи.

Кроме того, эти агломерированные продукты, обычно содержащие одно гидравлическое вяжущее вещество, такое как цемент или негашеная известь, не имеют высоких механических характеристик, которые обеспечивали бы эффективное использование их в электродуговой печи.

Одна из целей предлагаемого изобретения состоит в создании агломерированных продуктов на основе оксидов железа с повышенными механическими характеристиками, обеспечивающими легкое перемещение, хранение и транспортировку.

Еще одной целью изобретения является создание агломерированного продукта, который можно эффективно и с высоким выходом использовать в качестве шихтового материала для электродуговых печей.

Еще одна цель изобретения состоит в сборе как тонкой, так и грубой фракции побочных продуктов обработки железа для производства агломерированных продуктов на основе оксидов железа, так что обеспечено сокращение их рассеивания в окружающей среде и уменьшение отходов материала при оптимизации имеющихся ресурсов.

Еще одной задачей изобретения является создание агломерированных продуктов на основе оксидов железа, оптимизирующих реакцию восстановления, протекающую с участием реагента-восстановителя, с последующей максимизацией количества металлического железа, извлекаемого из оксидов железа, присутствующих в этих побочных продуктах.

Заявитель разработал, испытал и осуществил предлагаемое изобретение с целью преодоления недостатков уровня техники и достижения вышеозначенных и других целей и преимуществ.

Краткое описание предлагаемого изобретения

Изобретение изложено и охарактеризовано в независимых пунктах формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения описывают другие признаки изобретения или варианты осуществления главной изобретательской идеи.

В соответствии с вышеназванными целями твердый агломерированный продукт согласно изобретению можно использовать в качестве шихтового материала для электродуговой печи.

Этот твердый агломерированный продукт содержит следующие компоненты:

- по меньшей мере одну фракцию побочного продукта сталелитейного процесса, имеющую первую часть, содержащую оксид железа (II) (FeO), и вторую часть, содержащую оксид железа (III) (Fe₂O₃),

- твердотопливную фракцию, содержащую углерод C_fix, ~

- по меньшей мере одно неорганическое связующее вещество, по меньшей мере частично содержащее шлак, для агломерирования упомянутой по меньшей мере одной фракции побочного продукта и твердотопливной фракции друг с другом и придания агломерированному продукту требуемых механических характеристик.

Для целей предлагаемого изобретения упомянутый шлак может представлять собой белый шлак, черный шлак, или смесь этих шлаков в любом соотношении.

В одном аспекте осуществления изобретения твердотопливная фракция присутствует в массовом количестве, определяемом по формуле CR=K*CS/C_fix, где

K - постоянное число от 1,2 до 2,5,

CS - массовое количество стехиометрического углерода, определенное по формуле: CS=0,11*(Fe²⁺_tot)+0,16*(Fe³⁺_tot), где Fe²⁺_tot - массовое количество железа, содержащегося в первой части, Fe³⁺_tot - массовое количество железа, содержащегося во второй части.

Вышеописанный твердый агломерированный продукт на основе оксидов железа можно непосредственно использовать в качестве шихтового материала для электродуговой печи для извлечения содержащегося в нем железа. Этот продукт не вводят повторно в восстановительный реактор или в доменную печь, в установку для прямого получения железа и т.п., как это обычно делают в уровне техники.

Благодаря составу смеси, в частности, содержанию углерода в агломерированном продукте, можно получить самовосстанавливающийся продукт, который, попадая в электродуговую печь, восстанавливается до металлического железа под действием высоких температур, и это железо может быть извлечено в жидком виде, чем повышается общий выход плавления.

Твердый агломерированный продукт на основе оксидов железа может также использоваться в качестве шихтового материала для электродуговой печи, использующей металлические отходы производства, или для установки прямого восстановления железа.

Кроме того, этот твердый агломерированный продукт позволяет извлекать побочные продукты или железистые фракции, идущие в отходы от разных производственных процессов черной металлургии, например, отходы дымоочистительных установок или установок прямого восстановления железа, и повторно использовать эти побочные продукты непосредственно на месте, где они образуются.

Этим сильно упрощается утилизация этих побочных продуктов, которые больше не считаются отходами, а являются дополнительным источником железа.

Кроме того, предлагаемое изобретение относится к способу производства твердого агломерированного продукта, содержащему следующие операции:

- обеспечивают наличие по меньшей мере одной фракции побочного продукта, имеющей первую часть, содержащую оксид железа (II) (FeO), и вторую часть, содержащую оксид железа (III) (Fe₂О₃),

- обеспечивают наличие твердотопливной фракции, содержащей углерод C_fix,

- для получения твердого агломерированного продукта перемешивают упомянутую по меньшей мере одну фракцию побочного продукта с упомянутой твердотопливной фракцией и с неорганическим связующим веществом, по меньшей мере частично содержащим шлак.

В одном аспекте осуществления изобретения перед перемешиванием определяют массовое количество твердотопливной фракции по формуле CR=K*CS/C_fix, где

K - постоянное число от 1,2 до 2,5,

CS - массовое количество стехиометрического углерода, определенное по формуле CS=0,11*(Fe²⁺_tot)+0,16*(Fe³⁺_tot), где Fe²⁺_tot - массовое количество железа, содержащегося в первой части, Fe³⁺_tot- массовое количество железа, содержащегося во второй части.

Кроме того, предлагаемое изобретение относится также к применению вышеописанного агломерированного продукта в качестве шихтового материала для электродуговой печи.

Краткое описание прилагаемых графических материалов

Эти и другие признаки изобретения станут ясны из последующего описания некоторых вариантов его осуществления, которыми объем изобретения не ограничивается, со ссылками на прилагаемые графические материалы (чертежи).

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого способа производства твердого агломерированного продукта на основе оксидов железа.

На фиг. 2 представлена блок-схема предлагаемого способа производства другого твердого агломерированного продукта на основе оксидов железа.

Чтобы облегчить понимание, где возможно, для обозначения общих элементов на чертежах использованы идентичные ссылочные обозначения. Должно быть понятно, что элементы и признаки одного варианта могут быть для удобства введены в другие варианты без дополнительных пояснений.

Описание вариантов осуществления предлагаемого изобретения

Далее будут описаны разные варианты осуществления изобретения, из которых один или более проиллюстрированы на прилагаемых чертежах. Варианты иллюстрируют изобретение, но не ограничивают его объем. Например, признаки, относящиеся к одному варианту, могут быть приняты и для создания других вариантов. Должно быть понятно, что предлагаемое изобретение включает в себя все такие варианты и модификации.

Предлагаемый твердый агломерированный продукт содержит следующие компоненты:

- по меньшей мере одну фракцию побочного продукта, который далее будет обозначаться как М, М1, М2, М3, и который имеет первую часть, содержащую оксид железа (II) (FeO), и вторую часть, содержащую оксид железа (III) (Fe₂O₃),

- твердотопливную фракцию CR, содержащую углерод C_fix,

- по меньшей мере одно неорганическое связующее вещество, по меньшей мере частично содержащее шлак, для агломерирования упомянутой по меньшей мере одной фракции побочного продукта М, М1, М2, М3 и твердотопливной фракции CR друг с другом и придания агломерированному продукту требуемых механических характеристик.

Упомянутую по меньшей мере одну фракцию побочного продукта М, М1, М2, М3 должным образом смешивают с твердотопливной фракцией CR, чтобы получить вышеописанный агломерированный продукт, пригодный для использования в качестве шихтового материала для электродуговой печи или сталелитейных установок другого типа.

Возможно решение, в котором твердотопливная фракция выбрана из следующей группы: антрацит, кокс, штыб, нефтяной кокс и т.п.

В одном из аспектов осуществления изобретения количество углерода C_fix - это содержание нелетучего, то есть фиксированного, углерода, присутствующего в твердотопливной фракции. Относительное количество углерода C_fix может быть определено как отношение массы нелетучего углерода к общей массе топлива, содержащего это количество углерода.

Возможны варианты, в которых относительное количество углерода C fix можно измерить путем экспериментирования и/или с помощью известных способов измерения.

Углерод C_fix, содержащийся в твердотопливной фракции CR, действует как реагент-восстановитель, отбирающий кислород из первой части, содержащей оксид железа (II) (FeO), и второй части, содержащую оксид железа (III) (Fe₂O₃).

В частности, реакции восстановления оксида железа (II) (FeO) и оксида железа (III) (Fе₂O₃) описываются следующими формулами:

2Fe₂O₃+3С=4Fe+3CO₂ (g)

2FeO+С=2Fe+СO₂ (g)

Fe₂O₃+3С=4Fe+3СО (g)

FeO+С=Fe+СО (g)

Продуктами реакций восстановления являются металлическое железо (Fe) и оксиды углерода в газообразной форме.

Из этих формул можно определить массовое количество стехиометрического углерода CS, необходимое для правильной и уравновешенной реакции восстановления:

CS=(Fe²⁺_tot)*1/2*(PM_C/PM_Fe)+(Fe³⁺_tot)*3/4*(PM_C/PM_Fe),

где

Fe²⁺_ tot - массовое количество железа в первой части, содержащей оксид железа (II) (FeO),

Fe³⁺_tot - массовое количество железа в первой части, содержащей оксид железа (III) (Fe₂O₃),

РМ_С - атомная масса углерода (С), равная 12,

PM_Fe - атомная масса железа (Fe), равная 55,8.

Следовательно, описанная выше стехиометрическая реакция восстановления может быть упрощена и аппроксимирована следующим образом:

CS=0.11*(Fe²⁺_tot)+0,16*(Fe³⁺_tot).

В одном из аспектов осуществления изобретения предусмотрено, что твердотопливная фракция CR присутствует в агломерированном продукте в массовом количестве, определяемом по формуле CR=K*CS/C_fix, где

K - постоянное число от 1,2 до 2,5, предпочтительно - от 1,3 до 1,6,

CS - массовое количество вышеупомянутого стехиометрического углерода CS.

Корреляция по количеству твердотопливной фракции CR, присутствующей в каждом агломерированном продукте, обеспечивает возможность установить надлежащее равновесие между количеством твердого топлива и количеством оксидов железа, как оксида железа (II) (FeO), так и оксида железа (III) (Fe₂O₃). Кроме того, вышеуказанная корреляция позволяет определить количество твердотопливной фракции, которое должно присутствовать в агломерированном продукте, чтобы обеспечить энергию, достаточную для поддержания кинетики процессов восстановления в процессе плавления в электродуговой печи.

Поэтому полученный таким образом агломерированный продукт может быть непосредственно использован как шихтовый материал для электродуговой печи, потому что, благодаря уравновешиванию реагента-восстановителя и оксидов железа, для производства жидкого металла он получает часть необходимой для его восстановления энергии из самого топлива.

В еще одном варианте количество твердотопливной фракции CR меньше или равно 30 мас. % по отношению к массе упомянутой по меньшей мере одной фракции побочного продукта М, М1, М2, М3. Это количество твердотопливной фракции CR оказывается хорошим компромиссом между трудоемкостью получения агломерированного продукта и затратами на его производство.

В еще одном варианте количество твердотопливной фракции CR меньше или равно 25 мас. % по отношению к общей массе твердого агломерированного продукта.

В одном из вариантов шлак может содержать белый шлак и/или черный шлак.

В частности, в одном из предпочтительных решений предусмотрено использование только белого шлака, так как в нем выше содержание гидравлических вяжущих веществ (например, гидроокиси кальция), чем в черном шлаке и, поэтому, он больше подходит для агломерационного связывания.

Возможен вариант, в котором неорганическое связующее вещество содержит шлак в сочетании с цементом.

Использование шлака, белого и/или черного, который можно классифицировать как щелочное связующее вещество, повышает эффективность агломерационного связывания, делая прессованные продукты более плотными, что способствует повышению эффективности дальнейшего использования в электродуговой печи. Есть и экономическая выгода, поскольку шлак можно дешево получать в качестве отходов.

Возможно решение, в котором цемент, если он присутствует, содержится в количестве от 6 мас. % до 14 мас. %, предпочтительно- от 8 мас. % до 12 мас. % по отношению к упомянутой по меньшей одной фракции М, М1, М2, М3 побочного продукта.

Возможны решения, в которых цемент- это портландцемент, предпочтительно типа III.

В другом решении шлак присутствует в количестве от 2 мас. % до 10 мас. %, предпочтительно - от 5 мас. % до 9 мас. % по отношению к по меньшей одной фракции М, М1, М2, М3 побочного продукта.

Белым шлаком называется шлак, получаемый в виде отходов от процессов внепечной металлургии, например, процессов рафинирования стали, которые обычно выполняются в ковше.

Черным шлаком называется шлак, получаемый в виде отходов от процессов плавления в электродуговой печи.

Внесение шлака при производстве твердого агломерированного продукта дает преимущество, состоящее в улучшении механических свойств самого агломерата благодаря образованию гидросиликата кальция игольчатой структуры и повышению гигроскопичности самого агломерата для удержания воды, необходимой для гидратации цемента, если таковой присутствует.

Кроме того, внесение шлака позволяет сократить необходимое количество цемента или подобного связующего вещества по сравнению с предшествующим уровнем техники и обеспечивает возможность регулировать щелочность шлака в печи, возможно, сокращая внесение агентов шлакообразования.

Возможны решения, в которых агломерированный продукт содержит по меньшей мере одну добавку, выбранную из следующей группы: оксид кальция (СаО), называемый также негашеной известью, и карбонат кальция (СаСО₃).

Возможно решение, в котором предлагаемый твердый агломерированный продукт не содержит бентонит и/или органические связующие вещества, такие как, например, моласса в качестве главных связующих веществ.

Дело в том, что эти вещества придают агломерированному продукту ненадлежащие механические свойства, если он подвергается действию температур выше 400°С. Цель предлагаемого изобретения может состоять также в получении агломерированного продукта, сохраняющего свои характеристики механической стойкости при температурах выше 400°С, предпочтительно - выше 600°С. Это делает возможным, например, добавление этих агрегированных продуктов к предварительно нагретому железу, полученному прямым восстановлением, при температурах около 600°С.

Твердый агломерированный продукт может быть спрессованным, возможно, путем экструзии, продуктом, имеющим в поперечном сечении круглую, прямоугольную, многоугольную или также треугольную и т.п. форму.

В частности, твердый агломерированный продукт может быть продуктом, полученным экструзией.

В некоторых вариантах твердый агломерированный продукт может быть приготовлен в форме гранул Р. Каждая гранула Р с обеспечением преимущества может иметь размеры от 8 мм до 25 мм и массу от 4 г до 25 г. Такие размеры и масса гранул позволяют получить агломерированный продукт, особенно пригодный для использования в электродуговых печах. При таких массе и размерах больше, чем в известных решениях, облегчается и упрощается производство гранул, которые, будучи загружены в печь, легко достигают металлической ванны, а не остаются на поверхности, например, поверх шлака.

Если производятся гранулы Р, то способ производства, блок-схема которого представлена на фиг. 1, предусматривает использование единой фракции М побочного продукта с размерами частиц менее 100 мкм.

Единая фракция М побочного продукта может выходить из единой зоны сталелитейной линии, где эта фракция возникла, или же она может браться из разных частей сталелитейной линии.

Кроме того, единая фракция М побочного продукта может быть результатом более раннего процесса дробления и перемешивания нескольких фракций побочного продукта, имеющих намного больший размер частиц, чем те, что использованы для процесса получения гранул Р.

Предпочтительно решение, когда по меньшей мере 50% фракции М побочного продукта имеет размеры частиц менее 25 мкм.

В одном варианте предусмотрено, что по меньшей мере 80% фракции М побочного продукта имеет размеры частиц менее 45 мкм.

В этом решении предусмотрено, что в случае, если хотя бы часть фракции побочного продукта имеет размеры частиц более 100 мкм, то, чтобы получить желаемые размеры частиц, эту часть, или же всю фракцию, подвергают дроблению.

Предлагаемый способ предусматривает затем определение, например, путем лабораторных испытаний, массового количества железа Fe²⁺_tot, содержащегося в первой части, содержащей оксид железа (II) (FeO), и массового количества железа Fe³⁺_tot, содержащегося во второй части, содержащей оксид железа (III) Fe₂О₃).

Исключительно для примера, может быть предусмотрено определение массовых количеств железа Fe²⁺_tot и железа Fe³⁺_tot по следующим формулам:

Fe²⁺_tot=%Fe²⁺__М*M

Fe³⁺_tot=%Fe³⁺__М*M

где M - масса фракции побочного продукта, %Fe²⁺__М и %Fe³⁺__М - соответственно, процентное содержание железа Fe^2+и железа Fe³⁺, присутствующих во фракции побочного продукта.

В некоторых вариантах %Fe²⁺__М и %Fe³⁺__М могут быть измерены путем эксперимента и/или с помощью измерительных методов.

Возможно решение, предусматривающее, что фракция М побочного продукта имеет степень металлизации, то есть содержание металлического железа по отношению к общему содержанию железа, от 15% до 40%.

Возможно решение, в котором предусмотрена предрасположенность по меньшей мере твердотопливной фракции CR и связующего вещества. Количество твердотопливной фракции CR определяют по формулам, которые приводились выше.

Возможно решение, в котором связующие вещества, или часть из них, и твердотопливная фракция CR, или ее часть, подвергают дроблению с целью уменьшения размеров частиц, например, до величины менее 100 мкм.

Затем фракцию побочного продукта, связующие вещества и твердотопливную фракцию CR перемешивают с добавлением воды для получения смеси ZP.

В одном варианте перед перемешиванием выполняют дозирование неорганического связующего вещества, твердотопливной фракции CR и фракции М побочного продукта.

Способ приготовления гранул Р предусматривает затем агломерирование или холодное гранулирование смеси ZP для получения частиц агломерата SP.

Холодное агломерирование может выполняться с помощью гранулятора с вращающимся диском. Благодаря вращению диска и когезии и пластичности фракции побочного продукта, а также добавлению надлежащего количества воды образуются сферические ядра, которые в процессе вращения диска увеличиваются в размерах, а затем выгружаются в виде агломерата SP с частицами по существу сферической формы.

Способ предусматривает далее операцию сортировки, в ходе которой агломерат SP просеивают, оставляя только частицы определенного размера.

Агломерат SP с размерами частиц менее требуемых, отправляют на повторную переработку, например, загружают в установку для перемешивания на стадии перемешивания, или же в гранулятор.

После сортировки предусмотрено отверждение. На этой стадии частицы агломерата SP приобретают желаемые механические свойства гранул Р, в том числе благодаря реакциям гидратации, происходящим между связующими веществами, например, между цементом и шлаком.

В одном из вариантов твердый агломерированный продукт может производиться в виде брикетов В. Размер брикета В может составлять от 20 мм до 60 мм, а его масса - от 15 г до 300 г.

В случае приготовления брикетов В способ производства, блок-схема которого представлена на фиг.2, предусматривает наличие по меньшей мере двух, в данном случае трех, фракций М1, М2 и М3 побочного продукта, при этом по меньшей мере первая фракция имеет размер частиц менее 100 мкм, а во второй фракции, а в данном случае во второй фракции М2 и третьей фракции М3 побочного продукта частицы с размерами от 100 мкм до 8 мм, предпочтительно - от 100 мкм до 4 мм составляют по меньшей мере 80% самого побочного продукта.

Предпочтительно решение, когда по меньшей мере 50% первой фракции М1 побочного продукта имеет размер частиц менее 25 мкм.

Возможно решение, в котором степень металлизации первой фракции М1 побочного продукта, то есть степень восстановления в ней оксидов железа (FeO и/или Fе₂О₃) до металлического железа, составляет от 15% до 40%.

В еще одном варианте степень металлизации второй фракции М2 побочного продукта, то есть степень восстановления оксидов железа (FeO и/или Fe₂O₃) до металлического железа, ниже 6%.

В еще одном варианте степень металлизации третьей фракции МЗ побочного продукта, то есть степень восстановления в ней оксидов железа (FeO и/или Fе₂О₃) до металлического железа, составляет от 70% до 100%.

В ходе осуществления предлагаемого способа предусмотрена стадия определения для всех фракций М1, М2 и М3 побочного продукта, например, путем лабораторных испытаний, массового количества железа Fe²⁺_tot, содержащегося в первой части, содержащей оксид железа (II) (FeO), и массового количества железа Fe³⁺_tot, содержащегося во второй части, содержащей оксид железа (III) (Fe₂O₃).

Это определение может быть выполнено для каждой фракции М1, М2 или М3 побочного продукта отдельно

Исключительно для примера, в иллюстративном варианте с тремя фракциями побочного продукта, можно определить, например, путем лабораторных испытаний, соответствующее значение процентного содержания железа Fe²⁺, Fe³⁺ в каждой фракции побочного продукта, то есть, определить %Fe²⁺__М1, %Fe³⁺__М1, %Fe²⁺__М2, %Fe³⁺__М2, %Fe²⁺__М3, %Fe³⁺__М3.

В качестве функции от значений процентного содержания железа Fe²⁺, Fe³⁺ можно определить массовые количества Fe²⁺_tot и Fe³⁺_tot по следующим формулам:

Fe²⁺_tot=%Fe²⁺__M1*M1+%Fe²⁺__М2*M2+%Fe²⁺__М3*M3

Fe³⁺_tot=%Fe³⁺__M1*M1+%Fe³⁺__M2*M2+%Fe³⁺__М3*M3.

Затем эти массовые количества используют для определения массы твердотопливной фракции CR, которую нужно добавить для получения брикетов В.

Предусмотрено внесение неорганического связующего вещества, способного связывать вместе фракции М1, М2, М3 и твердотопливную фракцию CR.

В отношении способа производства гранул предусмотрено также, что связующие вещества или часть из них и твердотопливная фракция CR или ее часть могут подвергаться дроблению с целью уменьшения размеров частиц, например, до величины менее 100 мкм.

Затем фракции М1, М2 и М3 побочного продукта, связующие вещества и твердотопливную фракцию CR перемешивают с добавлением воды с целью получения смеси ZB.

В одном варианте перед перемешиванием неорганического связующего вещества, твердотопливной фракции CR и фракций М1, М2 и М3 побочного продукта выполняют дозирование.

Приготовление брикетов В затем предусматривает холодное агломерирование или брикетирование смеси ZB с целью получения агломерата SB.

Холодное агломерирование может выполняться прессованием, например, в цикле механического компактирования при высоких давлениях.

Исключительно для примера, смесь ZB можно пропускать между двумя вращающимися в противоположных направлениях валками. На поверхности этих валков выполнены пресс-формы. Когда смесь ZB проходит между валками, материал уплотняется и формируются брикеты желаемой формы и размеров.

Способ предусматривает далее сортировку, в ходе которой брикеты, полученные холодным агломерированием, просеивают, оставляя только брикеты определенного размера.

Брикеты с размерами меньше требуемых отправляют на повторную переработку, например, загружают в установку для перемешивания на стадии перемешивания, или же в брикетный пресс.

После сортировки предусмотрено отверждение. На этой стадии брикеты В приобретают желаемые механические свойства благодаря реакциям гидратации, происходящим между связующими веществами, например, между цементом и шлаком.

В приводимой ниже таблице представлены данные по составу для двух примеров твердого агломерированного продукта в сухой массе, то есть без учета воды.

Другим аспектом предлагаемого изобретения предусмотрено, что после отверждения гранулы Р имеют прочность на сжатие (то есть способность до разрушения выдерживать помещенный на гранулу вес) более 300 Н на гранулу.

Кроме того, полученные описанным выше способом гранулы Р могут подвергаться испытанию на устойчивость при падении с высоты, то есть на способность выдерживать повторные падения с определенной высоты, число которых должно быть более 20.

Еще одним аспектом предлагаемого изобретения предусмотрено, что после отверждения брикеты В имеют прочность на сжатие (то есть способность до разрушения выдерживать помещенный на брикет вес) более 1200 Н на брикет.

Должно быть понятно, что в пределах объема изобретения в отношении твердого агломерированного продукта, описанного выше, возможны модификации и/или дополнения.

Понятно также, что хотя изобретение описано на конкретных примерах, специалист сможет создать много других эквивалентных разновидностей твердого агломерированного продукта, имеющих признаки, изложенные в прилагаемой формуле изобретения, и, следовательно, попадающих в обеспечиваемый ею объем охраны.

1. Твердый агломерированный продукт, пригодный для использования в качестве шихтового материала для электродуговой печи, содержащий

- по меньшей мере одну фракцию (М, М1, М2, М3) побочного продукта сталелитейного процесса, имеющую первую часть, содержащую оксид железа (II) (FeO), и вторую часть, содержащую оксид железа (III) (Fe₂O₃),

- твердотопливную фракцию (CR), содержащую углерод (C_fix),

- по меньшей мере одно неорганическое связующее вещество для агломерирования упомянутых по меньшей мере одной фракции (М, М1, М2, М3) побочного продукта и твердотопливной фракции (CR) друг с другом и придания агломерированному продукту механических характеристик, обеспечивающих хранение и транспортировку,

характеризующийся тем, что упомянутая твердотопливная фракция (CR) содержится в массовом количестве, определяемом по формуле CR=K⋅CS/C_fix, где

K - постоянное число от 1,2 до 2,5,

CS - массовое количество стехиометрического углерода, определенное по формуле CS=0,11⋅(Fe²⁺_tot) + 0,16⋅(Fe³⁺_tot), где Fe²⁺_tot - массовое количество железа, содержащегося в упомянутой первой части, Fe³⁺_tot - массовое количество железа, содержащегося в упомянутой второй части, при этом неорганическое связующее вещество по меньшей мере частично содержит шлак, при этом упомянутый шлак представляет собой белый шлак и/или черный шлак, причем белый шлак является отходом процессов вторичной металлургии, а черный шлак является отходом процесса плавки в электродуговой печи.

2. Продукт по п. 1, характеризующийся тем, что упомянутое по меньшей мере одно связующее вещество содержит шлак в сочетании с цементом.

3. Продукт по п. 2, характеризующийся тем, что содержание цемента составляет от 6 до 14 мас. %, предпочтительно от 8 до 12 мас. % по отношению к упомянутой по меньшей мере одной фракции (М, М1, М2, М3) побочного продукта.

4. Продукт по п. 2, характеризующийся тем, что содержание шлака составляет от 2 до 10 мас. %, предпочтительно от 5 до 9 мас. % по отношению к упомянутой по меньшей одной фракции (М, М1, М2, М3) побочного продукта.

5. Продукт по любому из пп. 1-4, характеризующийся тем, что он содержит по меньшей мере одну добавку, выбранную из следующей группы: оксид кальция (СаО), карбонат кальция (СаСО₃).

6. Продукт по любому из пп. 1-5, характеризующийся тем, что он получен в форме гранул (Р).

7. Продукт по любому из пп. 1-5, характеризующийся тем, что он получен в форме брикетов (В).

8. Продукт по любому из пп. 1-5, характеризующийся тем, что он получен экструзией.

9. Способ производства твердого агломерированного продукта, содержащий следующие стадии:

- обеспечивают наличие по меньшей мере одной фракции (М, М1, М2, М3) побочного продукта, имеющей первую часть, содержащую оксид железа (II) (FeO), и вторую часть, содержащую оксид железа (III) (Fe₂O₃),

- обеспечивают наличие твердотопливной фракции (CR), содержащей углерод (C_fix),

- перемешивают упомянутую по меньшей мере одну фракцию (М, М1, М2, М3) побочного продукта с упомянутой твердотопливной фракцией (CR) и с по меньшей мере одним неорганическим связующим веществом и осуществляют агломерирование или холодное гранулирование, сортировку и отверждение полученных частиц агломерата для получения упомянутого твердого агломерированного продукта,

характеризующийся тем, что перед перемешиванием определяют массовое количество твердотопливной фракции (CR) по формуле CR=K⋅CS/C_fix, где K - постоянное число от 1,2 до 2,5,

CS - массовое количество стехиометрического углерода, определенное по формуле CS=0,11⋅(Fe²⁺_tot) + 0,16⋅(Fe³⁺_tot), где Fe²⁺_tot - массовое количество железа, содержащегося в первой части, Fe³⁺_tot - массовое количество железа, содержащегося во второй части, при этом упомянутое неорганическое связующее вещество по меньшей мере частично содержит шлак, при этом упомянутый шлак представляет собой белый шлак и/или черный шлак, причем белый шлак является отходом процессов вторичной металлургии, а черный шлак является отходом процесса плавки в электродуговой печи.

10. Способ по п. 9, характеризующийся тем, что упомянутое по меньшей мере одно связующее веществ содержит шлак в сочетании с цементом.

11. Способ по п. 9 или 10, характеризующийся тем, что на упомянутой стадии перемешивания вносят по меньшей мере одну добавку из следующей группы: оксид кальция (СаО), карбонат кальция (СаСО₃).

12. Способ по любому из пп. 9-11, характеризующийся тем, что содержит стадию приготовления гранул (Р), при этом перед перемешиванием обеспечивают наличие единой фракции (М) побочного продукта с размерами частиц менее 100 мкм.

13. Способ по любому из пп. 9-11, характеризующийся тем, что содержит стадию приготовления брикетов (В), при этом обеспечивают наличие первой фракции (М1) побочного продукта с размерами частиц менее 100 мкм и по меньшей мере второй фракции (М2, М3) побочного продукта с размерами частиц от 100 мкм до 8 мм.