способ подготовки шихтового материала в виде брикетов к плавке

Формула изобретения

1. Способ подготовки шихтового материала в виде брикетов к плавке, включающий смешивание оксидов металлов с тонко измельченным углеродсодержащим материалом и связующим, прессование и последующую сушку, отличающийся тем, что в качестве связующего используют механическую смесь, состоящую из карбоната натрия, пыли от газоочистки электродуговой печи и марганецсодержащих материалов, и супеси при их соотношении, маc.%:

Смесь - 30

Супесь - Остальное

при этом оксиды металлов предварительно подвергают размолу, количество углеродсодержащего материала составляет 20-50% по углероду от массы оксидов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что измельчают оксиды металлов, тонко мелют связующее, приготавливают смесь оксидов и связующего и перемешивают ее с углеродсодержащим материалом, равномерно смоченным водным раствором Na₂OnSiO₂ или сульфитной бардой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургическому производству, а именно к подготовке шихтовых материалов для плавки чугуна и стали.

Известен брикет для производства чугуна и стали, который содержит стальную окалину, углеродсодержащий материал и связующее в виде сплава оксидов SiO₂, Na₂O, CaO и Al₂O₃, представляющее собой малокомпонентное силикатное стекло. Основу такого связующего составляют оксиды кремния, алюминия и кальция[1].

Недостаток этого брикета - высокая вязкость связующего в расплавленном состоянии и низкая смачиваемость поверхностей твердых фаз брикета (частиц окалины и углерода), присущая стеклам.

Это приводит к достаточно большому количеству сообщающихся пор в нагретом брикете, что способствует снижению его прочности, значительному окислению углерода и, следовательно, снижению уровня науглероживания металла по расплавлении, что особенно нежелательно при использовании брикетов в производстве чугуна. Другим недостатком брикета является: отсутствие в составе связующих оксидов, повышающих прочность сцепления между оксидами железа и расплавом на основе кремнезема, отсутствие технологического регламента приготовления брикетируемой смеси, имеющего важное значение для обеспечения высокотемпературной прочности брикета (способности не рассыпаться до окончания процессов восстановления металлов и их науглероживания) и его плотности.

Задача изобретения - создание способа подготовки шихтового материала к плавке в виде брикетов с повышенными значениями прочности и науглероживающей способностью расплава металла.

Технический результат изобретения - создан способ подготовки шихтового материала к плавке в виде брикетов с повышенными значениями прочности и науглероживающей способностью расплава металла.

Способ подготовки шихтового материала в виде брикетов к плавке, включает смешивание оксидов металлов с тонко измельченным углеродсодержающих материалом и связующим, прессование и последующую сушку.

В качестве связующего используют механическую смесь, состоящую из карбоната натрия, пыли от газоочистки электродуговой печи и марганецсодержащих материалов, и супеси при их соотношении, мас.%:

Смесь - 30

Супесь - Остальное

При этом оксиды металлов предварительно подвергают размолу, количество углеродсодержащего материала составляет 20-50% по углероду от массы оксидов. Измельчают оксиды металлов, тонко мелют связующее, приготавливают смесь оксидов и связующего и перемешивают ее с углеродсодержащим материалом, равномерно смоченным водным раствором Na₂OnSiO₂ или сульфитной бардой.

Указанный технический результат достигается влиянием следующих факторов.

Во-первых, влиянием применения связующего, состоящего из механической смеси, содержащей карбонат натрия, пыль от газоочистки электродуговых печей и марганецсодержащие материалы, и супеси при соотношении, маc.%:

Смесь - 30

Супесь - Остальное

Кроме оксидов кремния, алюминия и кальция, супесь содержит оксид калия, который снижает поверхностное натяжение силикатного расплава и улучшает его смачивающую способность. Положительное влияние оксида калия заключается в уменьшении сообщающейся пористости в брикете, что снижает окисление углерода в нем атмосферным кислородом, следовательно, увеличивается степень науглероживания расплава.

Добавка марганецсодержащих материалов, например высокомарганцовистого шлака или марганцевой руды, обогащает связующее оксидом марганца, который увеличивает силу сцепления между связующим на силикатной основе и оксидами железа, что ведет к повышению прочности брикета.

Во-вторых, разработкой определенного регламента технологического процесса приготовления брикетируемой смеси. Регламент состоит из следующих этапов.

1. Обволакивание измельченных оксидов металлов тонко размолотым связующим путем перемешивания.

2. Смачивание измельченного углеродсодержащего материала водным раствором Nа₂ОnSiO₂ (жидкое стекло) или сульфитной бардой путем перемешивания.

3. Совместное перемешивание полученных смесей: оксидов металлов со связующим и углеродсодержащего материала, смоченного водным раствором Nа₂ОnSiO₂ или сульфитной бардой.

На третьем этапе приготовления смеси происходит налипание смеси оксидов со связующим на частицы углерода и изолирование углерода от оксидов в результате образования пограничного слоя, состоящего из связующего и жидкого стекла.

После прессования смеси, сушки и нагрева брикета в интервале температур 800-900^oС связующее оплавляется совместно с сухим остатком жидкого стекла, образуется топкая стекловидная пленка, разделяющая частицы углерода и оксидов.

Экспериментально установлено, что стекловидная пленка обладает достаточно высоким уровнем адгезионного взаимодействия с оксидами металлов, тогда как между углеродом и пленкой взаимодействия практически нет. Образующийся в объеме брикета сплошной ячеистый пленочный каркас обеспечивает прочность брикета и газонепроницаемость.

При одновременном смешении оксидов металлов, углеродсодержащих материалов и связующего и смачивании их жидким стеклом (или бардой) образованию сплошного каркаса препятствует углерод. В результате снижается высокотемпературная прочность и газонепроницаемость брикета.

В качестве критерия оценки высокотемпературной прочности брикета принята прочность его после обжига при 800-880^oС (интервал расплавления связующего) и охлаждения на воздухе.

Способ подготовки шихтовых материалов в производственных условиях осуществляется следующим образом. Окалину размалывают, например, в размольных бегунах или в мельнице до размера частиц 0,3-1,5 мм и просеивают через сито с ячейкой 2 мм без остатка. Углеродсодержащий материал размалывают до полидисперсной смеси с размерами частиц не более 3 мм.

Компоненты связующего размалывают и просеивают, например, через сито 020 без остатка. Исходными компонентами для связующего берут механическую смесь, состоящую из карбоната натрия, пыли от газоочистки электродуговой печи и марганецсодержащих материалов, и супеси. Для приготовления связующего используют соотношение, мас.%: смесь - 30, супесь - остальное.

Связующее готовят путем совместного помола компонентов, например, в мельнице.

Отобрав часть каждого компонента по массе, соответствующей заданному процентному содержанию брикетируемой смеси, проводят тщательное перемешивание их, например, в смесительных бегунах по следующим этапам.

1. Обволакивание измельченных оксидов металлов связующим путем перемешивания.

2. Смачивание измельченного углеродсодержащего материала водным раствором Na₂OnSiO₂ или сульфитной бардой путем перемешивания.

3. Совместное перемешивание полученных смесей: оксидов металлов со связующим и углеродсодержащего материала, смоченного водным раствором Na₂OnSiO₂ или сульфитной бардой.

Углеродсодержащее вещество берут в количестве 20-50% по углероду от массы оксидов, а количество связующего 5-10% от массы смеси оксидов с углеродсодержащим материалом. Для придания брикету прочности в сыром и высушенном состоянии в смесь добавляют водный раствор Na₂OnSiO₂ (ГОСТ 13978-67) плотностью 1,3-1,5 г/см³ или сульфитную барду плотностью 1,07-1,09 г/см³ в количестве 7-10% сверх 100% от общей массы смеси. Затем проводят прессование полученной массы. Прессование осуществляют при удельном давлении 10-25 МПа на механических или гидравлических прессах. Форма брикетов произвольная, масса брикетов 0,2-3,5 кг. Сушку брикетов проводят при температуре 200-250^oС в сушиле в течение 1,0-2,5 ч. После сушки брикеты готовы к применению в качестве шихты для сталеплавильных печей.

Способ успешно прошел промышленные испытания в условиях Волгоградского металлургического завода "Красный Октябрь".

Пример. В качестве оксидов металлов использовали железосодержащие отходы металлургического производства - стальную окалину, содержащую Fе общ 72,5%, в качестве углеродсодержащего материала - электродный бой. Смесь для брикетирования готовили двумя способами.

1) Последовательное перемешивание компонентов по схеме:

окалина + связующее; углерод + жидкое стекло; совместное перемешивание полученных смесей - окалины со связующим и yглеродсодержащего вещества с жидким стеклом.

2) Одновременное перемешивание компонентов: окалина + углеродсодержащий материал + связующее + жидкое стекло.

Смеси прессовали при удельном давлении 10 МПа с получением брикетов цилиндрической формы диаметром и высотой 10 мм, сушили при 250^oС, обжигали при 860^oС и охлаждали на воздухе.

Брикеты, полученные по обоим вариантам приготовления брикетируемой смеси, после сушки и обжига испытывали на сжатие и плавили в алундовых тигелях в печи Таммана. Испытаниями на сжатие не выявлено существенных различий в прочности брикетов, изготовленных по обоим вариантам и подвергнутых только сушке. Прочность их находится в пределах 4-5 МПа. Однако после обжига различия в прочности и науглероживающей способности очевидны. Результаты механических испытаний и проведения плавок приведены в таблице. Как видно, предлагаемый способ подготовки шихтового материала имеет преимущество в сравнении с известными в отношении прочности и науглероживающей способности.

Источники информации

RU 2083681. Брикет для производства чугуна и стали. Агеев А.А. и др. Оф. бюлл. "Изобретения (заявки и патенты)", 1997, 19.