Патент на изобретение №2317341
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) БРИКЕТ ДЛЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области черной металлургии и, в частности, к подготовке шихтовых композиций на основе железосодержащих мелкодисперсных металлургических отходов для выплавки чугуна, стали и ферросплавов. Железосодержащие мелкодисперсные отходы, углеродсодержащую мелочь и связующее смешивают, прессуют и выдерживают во влажной среде в течение 20-25 часов. Причем в качестве железосодержащих мелкодисперсных отходов используют смесь пыли газоочисток сталеплавильного производства и мелкого магнитного продукта, извлеченного из сталеплавильных шлаков, в соотношении 1:12, а в качестве связующего замасленную окалину и известь. Соотношение компонентов в брикете следующее, мас.%: замасленная окалина – 15-35; известь – 5-10; углеродсодержащая мелочь – 5-15; железосодержащие мелкозернистые отходы – 40-75. Изобретение позволяет утилизировать отходы металлургического производства и сократить затраты на получение брикета. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к подготовке шихтовых композиций на основе железосодержащих мелкодисперсных металлургических отходов для выплавки чугуна, стали и ферросплавов. Известны способы утилизации железо- и углеродсодержащих мелкодисперсных металлургических отходов путем их окускования за счет агломерации, окатывания и брикетирования с последующей плавкой в доменных, сталеплавильных и других агрегатах взамен традиционных шихтовых материалов – руды, кокса, агломерата и т.д. [1, 2]. Известны брикеты на основе железо- и углеродсодержащих мелкодисперсных металлургических отходов, в которых в качестве связующего используются органические смеси: пек, гудрон, смолы, ПВА-клеи [3]. Признаками, совпадающими с признаками заявляемого изобретения, являются: – наличие железосодержащей составляющей в брикете; – наличие углеродсодержащей составляющей в брикете; – наличие связующего в брикете; – назначение брикетов в качестве шихтовой добавки для выплавки чугуна, стали и ферросплавов. Причины, препятствующие достижению ожидаемого технического результата: – при выгорании органических примесей брикеты теряют прочность, рассыпаются и становятся непригодны для участия в металлургическом процессе; – наличие органической связки требует термической обработки брикета для набора технологической прочности. Известны также способы брикетирования, в которых в качестве связующего используются неорганические материалы: известь, цемент, жидкое стекло [4]. Признаками, совпадающими с признаками заявляемого изобретения, являются: – наличие железосодержащей составляющей в брикете; – наличие углеродсодержащей составляющей в брикете; – наличие неорганического связующего в брикете. Причины, препятствующие достижению технического результата: – повышенное шлакообразование и невысокая восстановимось металлической фазы из-за наличия гидратной влаги, препятствующей проникновению в брикет восстановителя; – брикетирование с неорганическими связующими приводит к увеличению количества шлака и соответственно к повышению расхода кокса. Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, в части состава брикета является способ получения брикетов из мелкодисперсных оксидов металлов [5], суть которого заключается в том, что мелкодисперсную окалину смешивали с отработанными индустриальными и моторными маслами и с 60% раствором жидкого стекла и проводили прессование. Признаками, совпадающими с признаками заявляемого изобретения, являются: – наличие железосодержащей составляющей в брикете; – наличие углеродсодержащей добавки в составе брикета; – наличие органического и неорганического связующих в брикете. Причины, препятствующие достижению технического результата: – наличие в составе брикета жидкого стекла ограничивает возможности использования брикетов из-за разъедания огнеупорной футеровки плавильных агрегатов; – жидкое стекло является относительно дорогостоящим компонентом брикета. Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в утилизации мелкодисперсных железо- и углеродсодержащих металлургических отходов, замасленной окалины и отходов извести, использование которых сдерживается их физическими свойствами. Поставленная задача решается за счет того, что в качестве железосодержащих мелкодисперсных отходов используют смесь пыли газоочисток сталеплавильного производства и мелкого магнитного продукта, извлеченного из сталеплавильных шлаков, в соотношении 1:12, а в качестве связующего замасленную окалину и известь при следующем соотношении, мас.%:
Решение задачи возможно потому, что компоненты шихты брикета при развитой поверхности и относительном сближении частиц проявляют вяжущие и тиксотропные (клеящие) свойства. Это связано с наличием в сталеплавильных шлаках ортосиликатов кальция и магния, трехкальциевого силиката, алюмоферритов кальция и др. Введение в состав брикета извести способствует связыванию влаги, присутствующей в составе замасленной окалины, и мелкодисперсного магнитного продукта, извлеченного из сталеплавильного шлака, увеличивает концентрацию кристаллических новообразований в брикете. Одновременно происходит взаимодействие извести и ортосиликатов кальция, входящих в состав шлаковой составляющей магнитного продукта и пыли газоочисток. В результате образуются субмикрокристаллические низкоосновные гидросиликаты кальция, обеспечивающие быстрое нарастание прочности образцов [6]. Взаимодействие органической составляющей в виде минерального масла замасленной окалины с частицами пыли и шлака проявляется в виде физической адгезии, причем наиболее прочное сцепление наблюдается между маслом и частицами, имеющими повышенную основность. Наряду с адсорбционными процессами при взаимодействии масла с пористыми частицами пыли происходит избирательная диффузия масла в микрокапиляры наполнителя. В результате повышается прочность брикета без термической обработки. Ведение в состав брикета углеродсодержащей добавки обусловлено необходимостью создания восстановительной среды для восстановления оксидов металлов, вносимых в плавку с компонентами брикета, в агрегатах с окислительной атмосферой типа мартеновской печи. Подбор составов брикета осуществляли на основании серии экспериментов, в которых наряду с металлургическими свойствами брикета оценивали возможность формирования и прессования компонентов шихты. Результаты подбора содержания железосодержащих мелкодисперсных отходов в составе брикетов приведены в таблице 1.
Повышение содержания извести в составе брикета свыше 10% приводило к разрушению брикета после 3…10-часовой выдержки после прессования. Снижение содержания извести в составе брикета менее 5% снижало прочность брикетов, они не выдерживали испытание на динамическую прочность при сбрасывании с высоты 1 м. Ограничение содержания извести в составе брикета менее 5% вызывало повышение продолжительности расплавления брикетов в мартеновской плавке. Снижение содержания замасленной окалины в составе брикета ниже 15% приводило к увеличению продолжительности формирования брикета, снижению его прочности после прессования и неудовлетворительной прочности после выдержки. Количество углеродсодержащей мелочи (УСМ) в выбранном диапазоне практически не оказывает влияния на формовочные и прочностные свойства брикетов, однако при снижении УСМ ниже 5% наблюдали повышенный выход шлака в процессе плавления брикетов и низкую степень восстановления оксидов железа, внесенных в шихту плавки. Содержание УСМ в составе брикета выше 15% приводило к снижению плотности брикета без улучшения показателей плавки. Таким образом, заявляемый состав брикета позволяет утилизировать железосодержащие мелкодисперсные отходы, замасленную окалину и отходы извести в виде шихтовой добавки в металлургическом производстве. Известны способы получения брикетов [7] из различных видов сырья и отходов, сущность которых заключается в брикетировании без связующих материалов при высоком давлении (>100 МПа) и сравнительно низких температурах; с различными связующими при низких и средних давлениях (20-80 МПа) и температурах, несколько превышающих температуры размягчения (плавления) связующих (<100-140°С); без связующих материалов при средних и высоких температурах (<300-1000°С) и средних давлениях (50-80 МПа). Признаками, совпадающими с признаками заявляемого изобретения, являются: – смешивание составляющих компонентов брикета; – прессование, придание формы брикету; – набор прочности брикета после прессования. Причины, препятствующие достижению ожидаемого технического результата: – применение в качестве органического или неорганического связующего брикета материалов, оказывающих негативное воздействие на металлургический передел брикетов; – для набора прочности брикета применяют различные виды обработки, связанные с затратами электроэнергии, применением дорогостоящего оборудования и материалов. Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ подготовки шихтового материала в виде брикетов к плавке [8]. Признаками, совпадающими с признаками заявляемого изобретения, являются: – смешивание железосодержащих мелкодисперсных отходов с углеродсодержащими материалами и связующим; – прессование брикета; – обработка брикета после прессования. Причины, препятствующие достижению ожидаемого технического результата: – обработка брикетов водным раствором Na2O·nSiO2, которая включает дополнительные расходы на подготовку жидкого стекла заданной вязкости, обработку брикетов, подготовку площадей для обработки и т.д.; – негативное воздействие щелочного металла, входящего в состав жидкого стекла на стойкость футеровки плавильных агрегатов; – повышенное шлакообразование и снижение основности шлака за счет дополнительного введения оксидов кремния; – высокий расход жидкого стекла, связанный с тем, что после прессования брикеты плохо впитывают жидкое стекло и медленно высыхают; – появляется необходимость дополнительной сушки брикетов после обработки их жидким стеклом; – в процессе транспортирования и перегрузок поверхность брикетов осыпается, что приводит к образованию мелкозернистого пылевидного материала, непригодного для дачи в плавку. Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в сокращении затрат на получение брикета и утилизации отходов металлургического производства. Поставленная задача решается за счет того, что в способе получения брикетов, включающем смешивание железосодержащих мелкодисперсных отходов, углеродсодержащей мелочи и связующего, в качестве которых использованы компоненты заявляемого брикета, а именно: замасленная окалина – 15-35%, известь – 5-10%; углеродсодержащая мелочь – 5-15%; железосодержащие мелкозернистые отходы (смесь пыли газоочисток сталеплавильного производства и мелкого магнитного продукта, извлеченного из сталеплавильных шлаков, в соотношении 1:12) – 40-75%, последующее прессование и выдержку брикетов, а после прессования брикеты выдерживают во влажной среде в течение 20-25 часов. Решение поставленной задачи возможно исходя из условий взаимодействия извести и минерального масла с минералами, входящими в состав железосодержащих мелкодисперсных отходов. Взаимодействие извести с минералами шлака, пыли газоочисток и влагой замасленной окалины способствует образованию кристаллических гидросиликатов кальция. При этом создается слабощелочная среда, способствующая растворимости кварцитов, что, в свою очередь, облегчает гидратацию Минеральные масла, входящие в состав замасленной окалины, при взаимодействии с минералами шлака и пыли железосодержащей мелкодисперсной составляющей образуют масляно-минеральные композиции за счет процессов физической адсорбции и избирательной диффузии минеральных масел в микрокапилляры твердых минеральных частиц. Взаимодействуя с влагой, минеральные масла эмульгируют. В процессе прессования пустоты между частицами заполняются эмульсией, это способствует повышению исходной прочности брикета после прессования. После прессования брикеты должны находиться во влажной среде для поддержания процессов образования гидросиликатов кальция и повышения прочности спрессованных брикетов. Продолжительность нахождения брикетов во влажной среде определяли опытным путем. Помещение брикетов во влажную среду является наиболее щадящей операцией тепловлажностной обработки брикета. Повышение давления до 1…3 ати в процессе выдержки брикетов во влажной среде не способствовало повышению их прочности за более короткий промежуток времени, не дало положительных результатов в наборе прочности брикетов и повышение температуры до 80…95°С. Интенсивно набирают прочность брикеты в течение первых 20-25 часов, затем увеличение прочности брикетов сокращается, но не заканчивается, а медленно нарастает. Результаты подбора продолжительности выдержки брикетов во влажной среде приведены в таблице 2.
Таким образом, прочность брикетов на основе железосодержащих мелкодисперсных отходов, углеродсодержащей мелочи и связующего в виде замасленной окалины и извести после прессования возрастает во влажной среде интенсивно в течение первых 20-25 часов, затем интенсивность нарастания прочности снижается, прочность брикетов медленно, но продолжает возрастать и после извлечения их из влажной среды. Предложенный способ получения брикетов может быть использован для переработки и утилизации отходов металлургического производства, в частности мелкого магнитного продукта, извлеченного из сталеплавильных шлаков, пыли газоочисток, замасленной окалины, коксовой мелочи и отходов извести. Источники информации 1. Л.А.Лурье. Брикетирование в черной и цветной металлургии. – М.: Металлургия 1963, 324 с. 2. Б.Л.Раввич. Брикетирование в цветной и черной металлургии. – М.: Металлургия, 1975, 232 с. 3. Физико-химические процессы в электрохимии ферросплавов. Сб. Статей. – М.: 1991, с.56. 4. Б.Ф.Гончаров, И.С.Соломахин. Производство чугуна. – М.: Металлургия, 1965, с.56. 5. Способ получения брикетов из мелкодисперсных отходов металлов, RU 2198940 С1, 20.02.2003, БИ № 5. 6. А.В.Волженский, Ю.С.Буров, Б.Н.Виноградов и др. Бетоны и изделия из шлаковых материалов. – М.: Стройиздат, 1969, 396 с. 7. Ю.И.Кожевников, Б.Л.Раввич. Окускование и основы металлургии. – М.: Металлургия, 1991, 303 с. 8. Способ подготовки шихтового материала в виде брикетов к плавке, RU 2095436 6 С22В 1/245, 10.11.97, БИ № 31.
Формула изобретения
1. Брикет для металлургического производства, включающий железосодержащие мелкодисперсные отходы, углеродсодержащую мелочь и связующее, отличающийся тем, что в качестве железосодержащих мелкодисперсных отходов используют смесь пыли газоочисток сталеплавильного производства и мелкого магнитного продукта, извлеченного из сталеплавильных шлаков, в соотношении 1:12, а в качестве связующего замасленную окалину и известь при следующем соотношении, мас.%:
2. Способ получения брикетов для металлургического производства, включающий смешивание железосодержащих мелкодисперсных отходов, углеродсодержащей мелочи и связующего, в качестве которых использованы компоненты по п.1, последующее прессование и выдержку брикетов, при этом после прессования брикеты выдерживают во влажной среде в течение 20-25 ч.
MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 02.12.2007
Извещение опубликовано: 27.07.2009 БИ: 21/2009
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
-двухкальциевого силиката, т.е реализуется механизм щелочного пробуждения вяжущих свойств минералов, входящих в состав железосодержащих мелкодисперсных отходов.