способ получения брикетов из мелкодисперсных оксидов металлов

Формула изобретения

1. Способ получения брикетов из мелкодисперсных оксидов металлов для восстановления тепловой обработкой в газовой атмосфере, включающий смешение оксидов с водным раствором жидкого стекла и последующее прессование, отличающийся тем, что в смесь для прессования вводят жидкие гидрофобные углеводороды с температурой кипения выше 300^oС.

2. Способ получения брикетов из мелкодисперсных оксидов металлов для восстановления тепловой обработкой в газовой атмосфере по п.1, отличающийся тем, что содержание углеводородов в смеси для прессования составляет 1-6 мас.%.

3. Способ получения брикетов из мелкодисперсных оксидов металлов для восстановления тепловой обработкой в газовой атмосфере по п.1, отличающийся тем, что в качестве углеводородов используют отработанные минеральные масла.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при подготовке железорудного сырья для последующего восстановления в доменных и в других печах взамен окатышей и агломерата.

Известны способы брикетирования мелкодисперсных оксидов для последующего восстановления тепловой обработкой в восстановительной атмосфере, где в качестве связующего используют органические смеси - пек, гудрон, смолы, ПВА-клей (Физико-химические процессы в электротермии ферросплавов. Сб. статей, М., 1991 г., с. 56).

Однако получаемые брикеты теряют прочность при выгорании органических примесей и непригодны для доменного производства.

Известны также способы брикетирования, в которых в качестве связующего используют неорганические материалы: известь, цемент, жидкое стекло (Гончаров Б.Ф., Соломахин И.С. Производство чугуна, М.: Металлургия, 1965 г. , с. 56).

Использование в качестве связующего растворов жидкого стекла имеет преимущество, так как является катализатором восстановления окислов. Это связано с тем, что содержащийся в жидком стекле едкий натр в процессе восстановления реагирует с окислами металлов (Порошковая металлургия и напыленные покрытия. Учебник для вузов. В.Н. Анциферов и др. М.: Металлургия, 1987, с. 73).

Существенный недостаток неорганических связующих - невысокая восстановимость брикетов. Связано это с тем, что эти связующие в процессе упрочнения связывают воду в форме кристаллогидратов. Даже если предусмотрена термическая обработка брикетов и удаление этой влаги из брикета, влага вновь поглощается брикетом и в процессе тепловой обработки при восстановлении брикета препятствует проникновению в брикет восстановителя.

Кроме того, брикетирование с неорганическими связующими приводит к увеличению количества шлака и соответственно к повышению расхода кокса.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ получения брикетов из промышленных дисперсных материалов (патент РФ 1786151, С 22 В 1/243, 1993, БИ 1), суть которого заключается в том, что в качестве связующего используют водный раствор жидкого стекла, с помощью которого смесь предварительно гранулируют, сушат путем обдувки углекислым газом, после чего прессуют брикеты и сушат их.

Недостаток этого способа заключается в невысокой прочности брикетов после прессования из-за повышенной влажности, в необходимости сушки брикетов и в малой скорости восстановления при тепловой обработке брикетов из-за недостаточной пористости брикета с повышенным содержанием окислителей в нем.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в увеличении восстановимости брикетов при тепловой обработке в газовой атмосфере при одновременном повышении прочности и влагостойкости брикетов и уменьшении энергозатрат.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе получения брикетов из мелкодисперсных оксидов металлов для восстановления тепловой обработкой в газовой атмосфере, включающем смешение оксидов с водным раствором жидкого стекла и последующее прессование, согласно изобретению в смесь для прессования вводят гидрофобные жидкие углеводороды с температурой кипения выше 300^oС.

Предпочтительно, чтобы содержание углеводородов в смеси для прессования составлял 1-6 массовых процента. В качестве углеводородов использовались отработанные минеральные масла.

Решение задачи возможно, исходя из свойств системы "оксид металла - водный раствор жидкого стекла - жидкие углеводороды".

Водный раствор жидкого стекла при смешении с жидкими углеводородами легко образует устойчивую эмульсию - дисперсию углеводородов в жидком стекле.

В процессе прессования пустоты между частицами оксидов заполняются эмульсией. После затвердевания внешней фазы - жидкого стекла - частицы оксидов связаны между собой не монолитом из связующего, склонного к растрескиванию при обезвоживании, а ажурным каркасом из связующего.

Прочность каркаса можно изменять, меняя содержание внутренней фазы эмульсии - углеводорода.

При этом происходит снижение расхода жидкого стекла. А введение гидрофобных углеводородов в смесь оксидов с жидким стеклом разжижает эту смесь, что позволяет использовать более концентрированные растворы жидкого стекла. При этом соответственно уменьшается содержание влаги в брикете, а прессуемкость и прочность спрессованного брикета возрастают до такой степени, что прессование можно производить с большей скоростью. Кроме того, высокая прочность спрессованных брикетов позволяет производить последующие технологические операции (перемещение и складирование брикетов) без их термического упрочнения. Брикеты получаются более плотными, но в достаточной мере пористыми, чтобы удалился избыток влаги. По мере испарения влаги и формирования силикатного каркаса в брикете образуются микропоры, которые также заполняются углеводородами, что придает брикету в целом гидрофобность. Даже при полном погружении брикета в воду водой заполняются лишь крупные поры.

Восстановимость брикета определяется как процент удаленного из брикета кислорода в единицу времени, то есть чем меньше время полного восстановления брикета, тем выше восстановимость.

При восстановлении оксидов в процессе нагрева брикетов в газовой атмосфере до температуры 300^oС вначале последовательно удаляется адсорбированная, а затем кристаллизационная вода. При достижении температуры кипения углеводородов их избыток удаляется из брикетов, причем часть углеводородов окисляется остаточной влагой, содержащейся в брикетах, образуя сажистый углерод.

После удаления из брикетов избытка углеводородов они имеют высокую газопроницаемость без потери прочности. Часть углеводородов остается в брикетах, участвуя в процессе прямого восстановления окислов.

Известно, что едкий натрий, содержащийся в жидком стекле, катализирует процесс восстановления окислов. В совокупности с высокой газопроницаемостью брикетов это свойство обеспечивает высокую восстановимость брикетов.

При использовании для брикетирования жидких гидрофобных углеводородов с температурой кипения ниже 300^oС восстановимость брикетов снижается. Это связано с тем, что удаление углеводородов из брикетов происходит до того, как заканчивается удаление прочно связанной воды и углекислоты. Кроме того, из-за высокой летучести углеводородов с температурой кипения ниже 300^oС и соответственно пожароопасности и токсичности применение их не представляется возможным (например, дизельное топливо, бензины и т.д.).

Изобретение иллюстрируется графическими зависимостями времени восстановления брикетов в газовой атмосфере при тепловой обработке и прочности на раздавливание от содержания смеси гидрофобных углеводородов в брикете.

Для реализации предлагаемого способа окалину дисперсностью от 1 до 500 мкм с 80% содержанием фракции от 50-100 мкм смешивали с отработанными индустриальным и моторным маслами и 60% раствором жидкого стекла и производили прессование. Из той же окалины изготавливали брикеты по прототипу. Результаты испытаний проведены в табл. 1 и 2.

Как видно из табл. 1, скорость прессования брикетов возросла в 20 раз, исключена энергозатратная операция сушки брикетов при температуре 250^oС.

Общее время цикла прессования "загрузка - сжатие - выброс брикета" составило 2 с. Кроме того, уменьшился износ пуансона и матрицы, отсутствует налипание смеси на элементы пресса.

Из табл. 2 видно, что при меньшем расходе связующего прочность брикетов после прессования возросла в 5-10 раз. Увеличенное содержание связующего в брикетах, изготовленных по прототипу, связано с тем, что при меньшем содержании связующего грануляции не происходит. Прочность брикетов, изготовленных по предлагаемому способу, возрастает и превышает после суточной выдержки прочность брикетов, изготовленных по прототипу, в 2-3 раза. Водопоглощение уменьшилось в 5-10 раз в сравнении с прототипом. Время восстановления сократилось в 3-4 раза.

Как следует из графических зависимостей времени восстановления брикета в атмосфере оксида углерода при температуре 1000^oС и прочности на раздавливание при 20^oС в зависимости от содержания различных смесей углеводородов в брикете после суточной выдержки, прочность брикета, содержащего углеводороды по предлагаемому способу, возрастает до содержания углеводородов в брикете 4%, а после 5% быстро уменьшается. Время восстановления уменьшается с увеличением содержания углеводородов в брикете.

При использовании же жидких углеводородов (дизельное топливо) с температурой кипения ниже 300^oС восстановимость брикетов снижается.

Таким образом, введение жидких гидрофобных углеводородов даже в незначительном количестве приводит к значительному повышению скорости восстановления оксидов металлов при увеличении прочности, влагостойкости брикетов и уменьшению энергозатрат при брикетировании.

Предлагаемый способ получения брикетов может быть использован для переработки и утилизации отходов металлургических производств, в частности, замасленной и чистой окалины, обезжиренных мелкодисперсных руд.