способ изготовления брикетов из дисперсных фракций ферросплавов

Формула изобретения

1. Способ изготовления брикетов из дисперсных фракций ферросплавов, преимущественно из дисперсных фракций кремнийсодержащих ферросплавов, включающий дозирование компонентов шихты, состоящей из дисперсных фракций ферросплавов и связующего вещества на основе щелочных водных растворов каустической соды со сверхдисперсным кремнеземом или на основе жидкого стекла, их перемешивание, прессование полученной смеси, сушку и упрочнение брикетов, отличающийся тем, что перед дозированием дисперсную фракцию ферросплава обрабатывают раствором органического связующего материала с последующим высушиванием на воздухе или воздействием теплового потока при непрерывном перемешивании.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку дисперсной фракции ферросплава проводят в водном растворе поливинилового спирта или в водном растворе полиакрилата.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку дисперсной фракции кремнийсодержащего ферросплава проводят в неводном быстросохнущем органическом растворе марки 646 или 647 с поливинилбутеральной смолой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам брикетирования дисперсных и порошкообразных отходов производства ферросплавов, преимущественно к брикетированию дисперсных фракций ферросилиция.

Известен способ изготовления брикетов из дисперсных отходов ферросилиция, включающий дозирование дисперсного ферросилиция, смешивание его с жидким стеклом, прессование полученной смеси, сушку и упрочнение брикетов (Федоренко Н.В. и др. Рациональное использование некондиционных и дисперсных фракций сплавов кремния. Производство стали и ферросплавов. Теория и практика. Юбилейный сборник научных трудов. - Челябинск, ЮУрГУ, 1998, с.152-165).

Недостатком известного способа является то, что в качестве связующего материала для брикетирования смеси на основе ферросилиция используется жидкое стекло, которое взаимодействует с элементарным кремнием в ферросилиции и окисляет его. Поэтому качество брикетируемого материала ухудшается, в частности снижается раскисляющее или модифицирующее его действие.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ получения брикетов, включающий дозирование компонентов шихты, состоящей из дисперсных фракций кремнийсодержащих ферросплавов и связующего вещества, их перемешивание, прессование шихты, сушку и упрочнение брикетов, в котором в качестве связующего вещества используют сверхдисперсный кремнезем, получаемый в системах газоочистки при производстве кремнистых ферросплавов, в количестве 3...5% от массы шихты, а увлажнение шихты до 6...8% проводят в течение 120-180 секунд непосредственно перед прессованием 10-30% водным раствором каустической соды (RU, 2156814 С1, 19.10.1999).

Недостатком данного способа является высокая степень окисления кремния и других полезных элементов в брикетах из дисперсных фракций ферросплавов, а также низкая растворимость их в расплавленных металлах и сплавах.

Задачей изобретения является повышение качества брикетируемого материала и брикетов, изготовляемых из дисперсных фракций ферросплавов, преимущественно из кремнийсодержащих ферросплавов, путем уменьшения окисления полезных элементов, преимущественно кремния в брикетируемом материале, а также повышение растворимости брикетов в расплавленных металлах и сплавах.

Указанная задача решается тем, что в способе изготовления брикетов из дисперсных фракций ферросплавов, преимущественно из дисперсных фракций кремнийсодержащих ферросплавов, включающем дозирование компонентов шихты, состоящей из дисперсных фракций ферросплавов и связующего вещества на основе щелочных водных растворов каустической соды со сверхдисперсным кремнеземом или на основе жидкого стекла, их перемешивание, прессование полученной смеси, сушку и упрочнение брикетов, согласно изобретению перед дозированием дисперсную фракцию ферросплава обрабатывают раствором органического связующего материала с последующим высушиванием на воздухе или при воздействии теплового потока при непрерывном перемешивании.

Обработку дисперсной фракции ферросплава можно проводить в водном растворе поливинилового спирта или в водном растворе полиакрилата.

Обработку дисперсной фракции ферросплава можно проводить в неводном быстросохнущем органическом растворе марки 646 или 647 с поливинилбутеральной смолой (ПВБ).

Особенность изобретения состоит в том, что перед дозированном дисперсной фракции ферросплава ее обрабатывают в органическом растворе связующего материала, например в водном растворе поливинилового спирта или полиактрилата, или в неводном быстросохнущем органическом растворе марки 646 или 647 с ПВБ. При этом органические материалы покрывают поверхность частиц ферросплава тонкими пленками, которые изолируют их от взаимодействия с водными щелочными растворами каустической соды со сверхдисперсным кремнеземом или жидкого стекла. В результате этого окисление полезных элементов, преимущественно кремния, в ферросплаве при взаимодействии со щелочными растворами замедляется или вовсе не происходит при последующих операциях изготовления брикетов и их хранении.

Предварительная обработка дисперсных фракций ферросплавов в растворах органического вещества с последующим высушиванием их на воздухе или при воздействии теплового потока при непрерывном перемешивании обеспечивает повышении качества брикетов за счет сокращения или полного устранения окисления полезных элементов в брикетах. Это связано с тем, что при обработке органическим материалом дисперсных фракций ферросплавов мелкие частицы их склеиваются и образуют более крупные агрегаты - гранулы. Поэтому при последующем смешивании с щелочным связующим материалом удельный расход агрессивного щелочного раствора можно значительно уменьшить. При этом доля расхода связующего материала на взаимодействие с полезными элементами брикетируемого материала сокращается как за счет сокращения поверхности контакта частиц со щелочным связующим материалом, так и за счет защиты его частиц пленками органического материала. Поэтому качество брикетов возрастает при снижении расхода щелочного связующего материала и устранения окисления полезных элементов в брикетах.

Вместе с тем пленки органического материала, хорошо изолируя частицы ферросплавов от взаимодействия со щелочными растворами в процессе изготовления и хранения брикетов, легко разрушаются при введении брикетов в расплавленные металлы в процессе использования брикетированных материалов по прямому назначению: для легирования и раскисления стали или модифицирования чугунов.

При использовании водных органических растворов поливинилового спирта или полиакрилата сушку брикетов проводят преимущественно при воздействии теплового потока, т.е. используют тепловую сушку. Это связано с тем, что органические водные растворы формируют на поверхности частиц ферросплавов сравнительно толстые по сечению и медленно высыхающие пленки, для высушивания которых требуется более интенсивное воздействие воздушных или газовых потоков и более высокие температуры до 50...120°С.

При использовании для обработки дисперсных фракций ферросплавов неводных быстросохнущих органических растворов, например ПВБ в растворителях 646 или 647, сушку обработанных материалов проводят на воздухе при интенсивной вентиляции, так как пленки органического вещества на частицах ферросплавов быстро высыхают при обычных температурах. При этом требуется хорошая вентиляция, так как образующиеся пары являются легковоспламеняющимися веществами.

Способ осуществляется следующим образом. Предварительную обработку дисперсных фракций ферросплавов, преимущественно ферросилиция, проводят или водным раствором органического вещества, например раствором поливинилового спирта, или неводным раствором органического вещества, например раствором ПВБ в органическом растворителе 646 или 647.

Обработку проводят следующим образом. В лопаточный смеситель периодического или непрерывного действия загружают дисперсный ферросплав и при непрерывном перемешивании добавляют в него органический водный или неводный раствор органического вещества. Перемешивание проводят до тех пор, пока (около 2-х минут) дисперсная фракция начинает укрупняться, визуально до 1,0-2,5 мм. После этого в смесь загружают щелочной связующий материал на основе сверхдисперсного кремнезема с водным раствором каустической соды или раствора жидкого стекла. После этого смесь дополнительно перемешивают, подают в брикетер и прессуют для получения брикетов. После выгрузки из брикетера брикеты сушат и упрочняют на воздухе или в потоке горячих газов.

Пример 1. Для испытания применили дисперсный отход, полученный в виде отсева через сито с ячейкой 0,5 мм при дроблении и рассеве ферросилиция марки ФС75. Гранулометрический анализ показал, что в отсеве содержатся частицы, размеры которых составляют: фракция 0,05-0,08 мм (58%), фракция 0,1-0,3 мм (26%), остальное 0,4-0,48 мм. При таком фракционном составе необходимый для получения хорошего формообразования брикетов расход щелочного раствора связующего должен быть не менее 15%.

Предварительная обработка указанного материала водным раствором поливинилового спирта в количестве 2,5% от массы наполнителя позволила получить преимущественную гранулометрическую фракцию до 70% с размером частиц от 1,2 до 2,5%. При этом расход щелочного связующего был снижен до 6% при достижении сравнимой прочности брикетов.

Предварительную обработку дисперсной фракции ферросилиция проводили водным раствором поливинилового спирта с концентрацией растворяемого вещества около 12%. Обработку проводили следующим образом. В лопаточный смеситель периодического действия модели А11 загружали дисперсный ферросилиций и при непрерывном перемешивании добавляли водный раствор поливинилового спирта в количестве 2,5%. Перемешивание проводили при обдуве смеси сверху горячим воздухом от нагревателя с вентилятором до тех пор (около 3-х минут), пока дисперсная фракция начинала укрупняться визуально до 1,5-2,5 мм, что свидетельствовало о достижении высыхания смеси. После этого в смесь загружали щелочное связующее на основе сверхдисперсного кремнезема с водным 25%-м раствором каустической соды в количестве 6%. После дополнительно перемешивания в течение 0,3...0,8 минут смесь подавали в валковый брикетер модели "Спайдермаш" и прессовали. После автоматической выгрузки из брикетера брикеты сушили и упрочняли на воздухе в течение от 5 до 20 минут.

Степень окисления элементов определяли химическим анализом на пробах, взятых из готовых брикетов. В примере определяли химическим анализом содержание активного кремния в сравнении с анализом из брикетов, полученных по известному способу.

Растворимость брикетов в расплавленных металлах и сплавах во многом зависит от их прочности при температурах расплавов. Поэтому растворимость брикетов условно оценивали по прочности образцов при температуре 1000°С.

Пример 2. По указанному способу брикеты изготавливали после предварительной обработки дисперсного ферросилиция марки ФС75 в смесителе A11 при использовании неводного быстросохнущего раствора органического вещества ПВБ в органическом растворителе 646. Органический раствор добавляли в дисперсный ферросплав в количестве 2,5% при непрерывном перемешивании и вытяжке паров вытяжной вентиляцией над смесителем.

Высыхание смеси (примерно 1,5 минуты) контролировали визуально до начала укрупнения дисперсной фракции до размеров частиц 1,5-2,5 мм. После этого в смесь добавляли щелочное связующее - жидкое стекло в количестве 5,5%. После дополнительного перемешивания в течение 0,3-0,5 минут смесь загружали порциями в валковый брикетер. Готовые брикеты выгружались из брикетера автоматически на транспортер и выдерживались на воздухе в течение 5-10 минут до полного упрочнения.

Результаты испытания представлены в таблице.

Примеры	Прочность брикетов после прессования, МПа	Прочность брикетов при 1000°С, МПа	Количество окисленного кремния, %
Пример 1	7,2	1,2	0,2
Пример 2	6,8	0,8	0,4
Прототип	12,8	18,9	14,7

Как видно в таблицы, окисление кремния в брикетах, полученных предлагаемым способом, в первом примере уменьшилось более чем в 70 раз, а во втором - почти в 40 раз, что свидетельствует о высокой эффективности защиты кремния в брикетах от окислительного действия щелочных связующих материалов. Растворимость брикетов в расплавах возрастает в сравнении с прототипом в первом примере в 15 раз, а во втором примере почти в 25 раз. Хотя прочность брикетов, изготовленных по примерам, ниже, чем прочность, достигаемая в прототипе, ее величина вполне достаточна для сохранения целостности брикетов при многократных перегрузах. По опыту предприятий достаточной прочностью брикетов является ее величина около 2,5-3,0 МПа. В примерах же прочность достигается почти в 2 раза больше. Формирование же по прототипу чрезмерно высокой прочности также является причиной, способствующей ухудшению растворимости брикетов в расплавах.

Способ может быть применен для брикетирования дисперсных фракций ферросплавов с любой степенью их дисперсности. Наиболее эффективно способ можно использовать при брикетировавши отходов ферросплавов, содержащих такие полезные элементы, как кремний, кальций, барий, магний, стронций, которые склонны к окислению при взаимодействии с водными щелочными растворами. Для брикетирования указанных дисперсных фракций ферросплавов можно применять известные смесители периодического или непрерывного действия и прессовое оборудование в виде валковых брикетеров или пневмогидравлических прессов периодического действия.