брикет для производства чугуна и стали

Формула изобретения

Брикет для производства чугуна и стали, включающий стальную окалину, электродный бой в качестве углеродсодержащего материала и смесь диоксида кремния, оксида натрия и оксида алюминия в качестве связующего, отличающийся тем, что брикет дополнительно содержит сухой шлам газоочистки электросталеплавильных печей при следующем соотношении компонентов, мас.%: электродный бой 9-21, сухой шлам газоочистки электросталеплавильных печей 10-15, смесь диоксида кремния, оксида натрия и оксида алюминия 1-10, стальная окалина - остальное.

Описание изобретения к патенту

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

Известен брикет для металлургического производства (патент РФ, № 2352648 МПК C22B 1/243, опубл. 20.04.2009, Бюл. № 11), который содержит металлургическую окалину и пыль электросталеплавильного производства в качестве железосодержащих материалов, коксовую мелочь в качестве карбюризатора, а также рафинировочный шлак в качестве связующего материала.

Недостаток брикета заключается в использовании рафинировочного шлака, который добавляется в большом количестве, и не дает достаточную прочность, необходимую для транспортировки и хранения.

Известен брикет, предложенный ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат», из окалины черных металлов, колошниковой пыли, пыли газоочистки электросталеплавильного производства и цемента в качестве связующего (патент РФ № 2304175, МПК C22B 1/243, опубл. 10.08.2007, Бюл. № 22).

Применение цемента в качестве связующего вещества не обеспечивает механическую прочность брикета в условиях плавки в металлургическом агрегате.

Наиболее близким к изобретению является брикет для производства чугуна и стали (патент РФ № 2083681, МПК C21C 5/06, C22B 1/24, 1/242, опубл. 10.07.1997, Бюл. № 19). Брикет содержит стальную окалину, углеродсодержащий материал и связующее. Недостатком брикета является использование жидкого стекла, применение которого приводит к растрескиванию брикета после сушки и снижению прочности.

Технический результат изобретения - получение брикета с высокой механической прочностью, позволяющего утилизировать отход металлургического производства.

Указанный технический результат достигается тем, что брикет для производства чугуна и стали, включающий стальную окалину, электродный бой в качестве углеродсодержащего материала и смесь диоксида кремния, оксида натрия и оксида алюминия в качестве связующего, дополнительно содержит сухой шлам газоочистки электросталеплавильных печей, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Электродный бой	9-21
Сухой шлам газоочистки электросталеплавильных печей	10-15
Смесь диоксида кремния, оксида натрия и оксида алюминия	1-10
Стальная окалина	остальное

Сухой шлам газоочистки электросталеплавильных печей имеет следующий состав, %: FeO 4,80, Fe₂O₃ 52,00, SiO₂ 7,80, Al ₂O₃ 1,10, CaO 5,80, CaF₂ 4,50, P 0,046. Данный отход не используется в промышленности и, накапливаясь в отвалах, приводит к загрязнению окружающей среды. Введение в смесь сухого шлама газоочистки электросталеплавильных печей позволяет увеличить прочность брикета после прессования и сушки за счет спекания частиц шлама с частицами стальной окалины после обжига. Введение сухого шлама газоочистки электросталеплавильных печей в количестве менее 10% не обеспечивает достаточной прочности брикета, а более 15% приводит к образованию большого количества шлака при использовании брикета, что ухудшает процесс плавки.

Введение смеси оксида алюминия, оксида натрия, диоксида кремния, менее 1% не обеспечивает достаточной прочности, а более 10% снижает содержание стальной окалины и электродного боя, что приводит к уменьшению выхода годного металла при использовании брикета.

В качестве углеродсодержащего материала брикет содержит 9-21% электродного боя. Введение в состав брикета электродного боя в количестве менее 9% не обеспечивает необходимой степени восстановления железа, а более 21% приводит к снижению механической прочности брикета и экономически нецелесообразно. Использование электродного боя позволяет уменьшить количество серы и фосфора вносимых углеродсодержащим материалом.

В качестве железосодержащего материала использовали стальную окалину состава, %: Fe_общ 72,49, FeO 56,30, Fe ₂O₃ 41,00, P 0,009, S 0,008. Низкое содержание серы и фосфора в железосодержащем материале, находящемся в составе брикета, позволяет улучшить качество чугуна и стали за счет уменьшения содержания вредных примесей.

Изготовление брикетов производится следующим образом.

Стальную окалину фракции 0,6-3,0 мм, сухой шлам газоочистки электросталеплавильных печей фракции менее 0,1 мм и электродный бой фракции менее 0,3 мм смешивали. Отдельно приготавливали смесь диоксида кремния, оксида алюминия, оксида натрия, фракции 0,1 мм при следующем процентном соотношении, мас.%:

Оксид алюминия	3-18
Оксид натрия	14-25
Диоксид кремния	остальное

Данные компоненты смешивали совместно, увлажняя перед прессованием исходя из соотношения 5-10 мл воды на 100 г смеси (сверх 100% массы смеси).

Добавление в смесь менее 5 мл воды приводит к недостаточной увлажненности и плохой извлекаемости брикета из пресс-формы, а более 10 мл ведет к избыточному количеству влаги и увеличению времени сушки для ее удаления из брикета.

Полученную смесь прессуют в виде тел произвольной формы при давлении прессования не менее 35 МПа. Готовые брикеты сушат в течение 1-2 ч при температуре 150-200°C, обжигают в печи в течение 0,5-1,0 ч при температуре 800-1000°C и охлаждают на воздухе.

Пример. Состав брикетов приведен в табл.1.

Таблица 1
Состав брикетов
Компоненты	Содержание компонентов в составе брикета, мас.%
	1	2	3	4	5
Сухой шлам газоочистки электросталеплавильных печей	8	10	12	15	17
Электродный бой	3	9	15	21	27
Смесь оксидов Al2O3, Na2O, SiO 2	0,5	1	5	10	15
Стальная окалина	88,9	80	68	54	41

Брикеты цилиндрической формы подвергались механическим испытаниям. Прочность на сжатие определяли путем раздавливания брикетов на гидравлическом прессе. Результаты испытаний прочности брикетов на сжатие (являющуюся средним значением трех опытов для каждого из составов) и плотность брикетов представлены в табл.2.

Таблица 2
Механические свойства брикетов различных составов
Номер состава	Прочность на сжатие, МПа (кгс/см2)	Плотность, кг/м3
1	312	2564
2	374	2653
3	423	2685
4	385	2498
5	338	2785
Прототип (а.с. № 2083681)	358	2890

Как видно из табл.2, предлагаемые брикеты обладают достаточной плотностью и более высокой прочностью чем прототип.

Брикеты цилиндрической формы диаметром 25 мм и высотой 20 мм были проплавлены в алундовых тиглях, помещенных в печь Таммана. Результаты опытных плавок, проведенных с использованием брикетов, приведены в табл.3.

Таблица 3
Химический состав чугуна и стали, выплавленного с использованием брикетов
	Химический состав, %
	C	Si	Mn	P	S
Чугун выплавленный с использованием брикетов	4,17	0,20	0,03	0,018	0,024
Сталь, выполавленная с использованием брикетов	0,11	0,03	0,01	0,021	0,007

Как видно из табл.3, химический состав полученного чугуна отличается низким содержанием вредных примесей. Сталь, выплавленная с использованием брикетов, по химическому составу соответствует углеродистой качественной конструкционной стали марки 08кп.

Таким образом, заявленный состав брикета обеспечивает высокую механическую прочность, не содержит дорогих и дефицитных компонентов, а также позволяет использовать отход производства.