способ изготовления брикетов из отходов ферросплавов

Формула изобретения

Способ изготовления брикетов из отходов ферросплавов, включающий приготовление смеси исходного материала с водным раствором жидкого стекла, обработку смеси гидрофобизатором при подготовке к брикетированию и прессование материала в брикеты, отличающийся тем, что в качестве гидрофобизатора в смесь вводят твердую углекислоту при выходе смеси из смесителя и до загрузки в формообразующую оснастку.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургическому, литейному производствам, в частности к способам брикетирования пылевидных и порошкообразных отходов металлургического производства.

Широко известны способы брикетирования, применяемые в черной и цветной металлургии при подготовке руд и концентратов (Лурье Л.А. Брикетирование в металлургии. - М.: Металлургиздат, 1963. - 325 с.).

Известны способы брикетирования некондиционных порошкообразных и пылевидных фракций - отходов ферросплавного производства, в которых для окомковывания, брикетирования и гранулирования используют смеси из этих материалов и связующих веществ и различные механизмы для их уплотнения. Например, в опубликованной статье (Дубровин А.С., Сырых В.А. и др. Брикетирование отсевов ферросилиция с использованием вибрационно-гидравлических прессов типа «Рифей»/ Уральская металлургия на рубеже тысячелетий. - Челябинск: ЮУрГУ, 1999. - С.95) предложено применять вибрационно-гидравлические прессы типа «Рифей». Однако достичь высокой прочности брикетов сразу после уплотнения на прессе не удается, т.к. прессование с вибрацией обычно производят с приложением малого давления, которое не обеспечивает высокой плотности брикетов. Поэтому уплотнение исходной смеси производят в специальных формах, в которых затем производят длительную выдержку на воздухе для упрочнения брикетов.

Известен способ (Канаев Ю.П., Бондарев А.А. Окусковывание мелких отходов ферросилиция/ Совершенствование производства феросилиция. Материалы заводской научн.-техн. конференции, выпуск 3. - Новокузнецк, НКФЗ, 1997. - С.394), по которому уплотнение смеси на цементном связующем материале производят при высоком удельном давлении до 300 кгс/см², а затем смесь упрочняют путем выдерживания запрессованных в оснастку брикетов в атмосфере насыщенного пара. Недостатком этого способа является длительный двухстадийный процесс формирования брикетов и необходимость использования парогенераторной установки для выработки насыщенного пара.

В литейном производстве известен способ изготовления стержней из жидкостекольных смесей, которые после уплотнения любым известным способом в стержневой оснастке затем упрочняют путем обработки их углекислым газом (Лясс A.M. Быстротвердеющие формовочные смеси. - М.: Машиностроение, 1965. - С.199-232). Положительным в этом способе является то, что для приготовления смеси используется связующее - жидкое стекло и упрочнение смеси производят углекислым газом. Однако недостатком в этом способе является то, что упрочнение смеси углекислым газом также производят в оснастке после уплотнения смеси через предварительно выполненные в стержне каналы и с затратой значительного времени. При этом имеет место значительное прилипание жидкостекольной смеси к стенкам оснастки из-за ее высокой гидрофильности и, следовательно, высокой адгезии к металлу, что требует перед заполнением оснастки смесью покрывать ее стенки разделительными покрытиями. Поэтому указанный способ оказывается не приемлимым для процессов брикетирования на скоростных брикетировочных механизмах, например на валковых брикетерах, на которых исходная для брикетирования смесь при уплотнении находится в формообразующей непрерывно движущейся оснастке короткое время: от 1,5 до 4,0 секунд (Схема и сущность работы валкового пресса, см. кн. Лурье Л.А. Брикетирование в металлургии. - М.: Металлургиздат, 1963. - С.99).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ получения брикетов из промышленных дисперсных материалов по а.с. SU 1780151 А1, кл. С 22 B 1/243, опубл. 07.01.1993.

Известный способ включает приготовление смеси из дисперсного материала и связующего в виде водного раствора жидкого стекла, обработку смеси перед загрузкой углекислым газом, загрузку ее в формообразующую оснастку, прессование смеси, выгрузку брикетов и их сушку. При подготовке смеси перед загрузкой ее обрабатывают углекислым газом путем обдувки образующихся из смеси гранул на заключительной стадии грануляции, связывая влагу в прочные гидраты, т.е. углекислый газ выступает в качестве гидрофобизатора.

Известно, что при обработке жидкостекольных смесей углекислым газом происходит коагуляция жидкостекольного связующего материала с образованием необратимых коагуляционных связей, которые приводят к упрочнению смесевых материалов. При механическом воздействии на скоагулированную углекислым газом структуру связующего материала происходит необратимое разрушение этих связей, приводящее к уменьшению прочности упрочненных конгломератов. Поэтому для уменьшения потери прочности прессованных брикетов необходимо момент обработки смеси углекислым газом сдвигать ближе к моменту прессования смеси.

По известному способу эффективно достичь этого не удается, т.к. прессование производится уже упрочненных при обдувке углекислым газом гранул. Поэтому при прессовании смеси в виде предварительно упрочненных гранул прочность брикетов уменьшается, т.к. ранее образованные коагуляционные связи в брикетах при прессовании разрушаются и тем больше, чем более длительно проводилась обдувка гранул углекислым газом.

Задачей изобретения является упрощение способа изготовления брикетов из отходов ферросплавов, обеспечивая уменьшение прилипаемости смеси к оснастке, сокращение потерь полезных элементов в брикетируемых материалах и улучшение их качества.

Задача решается тем, что в способе изготовления брикетов из отходов ферросплавов, включающем приготовление смеси исходного материала с водным раствором жидкого стекла, обработку смеси гидрофобизатором при подготовке к брикетированию, прессование материала в брикеты и сушку брикетов, согласно изобретению в качестве гидрофобизатора в смесь вводят углекислоту в твердом состоянии в момент выхода смеси из смесителя и загрузки в формообразующую оснастку.

Способ поясняется чертежом и осуществляется следующим образом. Приготовление смеси проводят в смесителе 1 непрерывного или периодического действия. После перемешивания основных компонентов в смесителе смесь при выгрузке попадает в смесительную проходную головку 2 вихревого типа. При этом в поток перегружаемой в смесительную головку смеси из бункера 3 добавляют гидрофобизатор в виде твердой порошкообразной углекислоты. В смесительной головке смесь дополнительно перемешивается в непрерывно движущемся потоке и попадает в формообразующие гнезда валкового пресса. Через редуктор 4 от электродвигателя 5 колеса валкового пресса 6 приводятся в движение навстречу друг другу. Уплотненные брикеты автоматически выгружаются (выпадают) из гнезд непрерывно движущейся формообразующей оснастки брикетера без прилипания и разрушения и попадают в приемную емкость 7.

При введении в смесь в процессе ее загрузки в формообразующую оснастку твердой порошкообразной углекислоты смесь быстро приобретает необходимую для уплотнения пластичность до начала уплотнения или непосредственно в процессе уплотнения, которая уменьшает прилипаемость формируемых брикетов к оснастке, увеличивает их плотность и прочность при скоростном уплотнении. Поэтому брикеты, не испытывая прилипаемости к формообразующей оснастке, самопроизвольно автоматически выгружаются (выпадают) из непрерывно движущейся формообразующей оснастки без прилипания и разрушения. При этом качество брикетов улучшается по плотности, прочности и истираемости. Отпадает необходимость проведения чистки формообразующей оснастки от остатков смеси после каждого цикла вращения колес брикетера.

Для изготовления брикетов из отходов ферросплавов применяют в качестве связующего жидкое стекло. Для гидрофобизации смеси на жидком стекле, снижающей ее прилипаемость к стенкам оснастки, и пластифицирования ее по предлагаемому изобретению применяют твердую порошкообразную углекислоту. При введении в смесь твердой порошкообразной углекислоты жидкое стекло частично коагулирует с образованием пространственных полимерных связей скоагулированной кремнекислоты из жидкого стекла (Лясс A.M. Быстротвердеющие формовочные смеси. - М.: Машиностроение, 1965. - С.215). При этом повышается гидрофобность смеси к металлу и тем самым уменьшается ее прилипаемость к металлической формообразующей оснастке. При этом смесь также приобретает пластичность и, следовательно, повышается ее уплотняемость. Вместе с тем, в процессе уплотнения смесь самопроизвольно упрочняется за счет продолжения коагулирующего действия порошкообразных частиц твердой углекислоты. Преимущество применения твердой порошкообразной углекислоты состоит также в том, что упрочняющее действие ее продолжается в брикетах и после выгрузки их из формообразующей оснастки, т.к. как твердая углекислота воздействует на смесь в брикетах длительное время, пока она полностью не прореагируют с щелочью жидкого стекла. Таким образом, прочность брикетов повышается, что повышает их качество для дальнейшего эффективного использования в металлургических процессах.

Пример 1.

Смесь из пылевидного (фракции 0,1-1,5 мм) ферросилиция марки ФС75 и жидкого стекла в количестве 5 мас.% предварительно смешивали в лопаточном одновальном смесителе непрерывного действия модели УС 250 с вихревой смесительной головкой производства Павлоградского завода литейных машин (См. Номенклатура литейного оборудования. Павлоград, 1985. - С.3.). Гидрофобизатор - твердую порошкообразную углекислоту подавали из теплоизолированного бункера шнековым питателем закрытого типа непосредственно в вихревую головку смесителя, в которой смесь смешивалась с гидрофобизатором и сразу попадала в загрузочную течку валкового брикетера, а из нее в формообразующие гнезда брикетера. Количество подаваемой твердой углекислоты составляло 0,12 мас.% по отношению к массе загружаемой смеси. Готовые брикеты из брикетера на позиции полного раскрытия гнезд брикетера самопроизвольно выгружались (выпадали) в приемную емкость или на приемный ленточный транспортер, с помощью которого обычно брикеты транспортируются и загружаются в металлический приемный короб.

При изготовлении брикетов применили валковый брикетер фирмы «Спайдермаш» модели ПВБ 600/200 для высокоскоростного формирования брикетов размером 25х45х65 мм. При работе брикетера смесь уплотняется в гнездах, выполненных на образующей поверхности валковых колес, при непрерывном их вращении навстречу друг другу. Скорость вращения валковых колес составляла 10 об/мин. При использовании валковых колес с диаметром 400 мм время формирования брикета в одном гнезде составляет около 1-3 сек.

Пример 2. На том же оборудовании для обработки смеси в качестве гидрофобизатора твердую порошкообразную углекислоту вводили в смесь путем вдувания ее в зону вихревой головки смесителя потоком углекислого газа из баллона при избыточном давлении 1,25 атм.

Для сравнения качества брикетов проверили способ по прототипу. В качестве гидрофобизатора использовали углекислый газ, примененный согласно известному способу, при предварительной непрерывной грануляции смеси в процессе ее перемешивания. Результаты испытания представлены в таблице.

Плотность, общую прочность при сжатии готовых брикетов и прочность при сбрасывании определяли сначала после их выгрузки из брикетера. Затем после выдержки на воздухе в течение 15 минут проверяли также технологическую прочность брикетов тем же известным методом их сбрасывания с заданной высоты (Лурье Л.А. Брикетирование в металлургии. - М.: Металлургиздат, 1963. - С.76).

Истираемость определяли по барабанной пробе весовым методом (см. там же, с. 79) по формуле: И=В_к/В_н×100, где И - показатель истираемости при вращении в барабане; В_к - конечный вес брикета после вращения в барабане в течение 5 минут; В_н - начальный вес брикета до загрузки в барабан. Прилипаемость определяли по массе прилипшего остатка смеси на поверхности гнезда брикетера, г/см², после извлечения брикета из гнезда формообразующей оснастки.

В таблице приведены результаты сравнительной оценки качества изготовленных брикетов по прототипу и по предлагаемому изобретению.

Оценочные Параметры	Прототип	Пример 1	Пример 2
Плотность, г/см	1,84	2,9	2,7
Число сбрасываний при выходе из оснастки	2	6	8
Общая прочность при выходе, МПа	14	32	27
Число сбрасываний после 15 мин	4	12	10
Истираемость, % потерь	36,6	6,2	8,7
Прилипаемость, %	2,7	0,4	0,8

Как видно из таблицы, при реализации изобретения по сравнению с прототипом плотность брикетов увеличивается более чем в 1,5 раза, прочность при выходе из оснастки возрастает в 1,5-2 раза, а ударная прочность при сбрасывании в 3-4 раза, а после выдержки на воздухе 15 минут почти в 2-3 раза. Истираемость брикетов снижается в 5-6 раз, а прилипаемость к оснастке уменьшается более чем в 3 раза.

Учитывая, что прочность брикетов при использовании в качестве гидрофобизатора твердой порошкообразной углекислоты эффективно увеличивается, содержание жидкого стекла в смеси можно уменьшать, что позволяет снизить потери полезных элементов в брикетах, например кремния при брикетировании отходов ферросилиция.