Способ брикетирования стальной окалины, являющейся отходом металлургического производства

 

Сущностью изобретения является способ брикетирования стальной окалины, являющейся отходом металлургического производства. Окалину размалывают до размера частиц 0,3 - 3,0 мм, затем смешивают со связующим веществом, в состав которого входят Al₂O₃ - 3 ^oC 18 мас.%; Na₂O - 13 ^oC 27; CaO - 14 ^oC 25; SiO₂ - остальное. Окалину смешивают со связующим веществом в соотношении: 80 - 99% окалины и 20 - 1% связующего вещества. Затем в смесь добавляют сверх 100% по массе 5 - 15% водного раствора Na₂O · n SiO₂. Полученную смесь прессуют в виде тел произвольной формы. Давление прессования не менее 10 МПа. Готовые прессовки обжигают в печи в течение 0,5 - 1,0 ч при температуре 700 - 1000^oС и охлаждают на воздухе. После охлаждения изделия могут храниться, транспортироваться или направляться для повторного использования в сталеплавильных печах. 2 табл.

Изобретение касается области утилизации металлургических отходов, которые могут быть использованы в качестве дополнительного сырья при выплавке стали.

Известен способ утилизации пыли и шлама, образующихся в доменной печи при производстве стали (патент США N 4189314). Способ включает получение из пыли и шлама гранул, в состав которых входит основная рудная порода и большое количество серосодержащих соединений; содержание металлов в гранулах превышает 80% Гранулы в количестве до 10% (по массе), добавляют к жидкому чугуну. Добавку гранул проводят в загрузочный ковш. После удаления шлаков из чугуна, его переливают в реактор для рафинирования. Реализация способа связана с использованием сложного оборудования и необходимостью применения рудной породы.

Известен способ выделения железа, содержащегося во влажных дымовых частицах, образующихся в процессе производства стали, разработанный Д.В. Крайгером (патент США N 4004916). Дымовые частицы концентрируют, подвергают ускоренной сушке, дроблению под действием удара и окомкованию. Продуктом являются круглые комки диаметром 1-3 мм, которые используют при выплавке стали. Получение комков требует применения сложного технологического оборудования. Этот способ не позволяет обеспечить необходимую плотность и прочность комков, что при завалке их в печь приводит к образованию большого количества пыли.

Наиболее близким к изобретению является способ (патент США N 4119455), предназначенный для повторного использования железосодержащей пыли, образующейся в ходе металлургических процессов и улавливаемой в сухом виде или в виде шлама. В уловленной пыли создается такая влажность, чтобы сделать материал пластичным и поддающимся формовке с получением агломерата (обычно содержание влаги 8-16%). К сухой пыли добавляется вода, при использовании влажной пыли содержание воды в материале может регулироваться путем добавления сухого вещества. К смеси добавляют гидравлический цемент в количества 4-15% и проводят формование агломератов, используемых в металлургических печах. Недостатком способа является получение агломерата с повышенным содержанием влаги.

Задача изобретения создание способа утилизации железа, содержащегося в стальной окалине, являющейся отходом производства, для чего необходимо получение брикетов с высокой плотностью и прочностью, обеспечивающей загрузку в плавильный агрегат и транспортировку.

Технический результат изобретения расширение области использования металлургических отходов вследствие применения их в производстве стали, получение прочных полуфабрикатов из стальной окалины при сохранении всех физико-химических и технологических свойств, высокого качества выплавляемой стали и экономии стального лома и рудных материалов. Кроме того, улучшаются условия труда из-за устранения пылевого выброса из сталеплавильной печи при загрузке.

Указанный технический результат достигается тем, что предложен способ брикетирования окалины, являющейся отходом производства, при котором окалину размалывают до размера частиц 0,3-3,0 мм, прессуют в виде тел произвольной формы и обжигают при температуре 700-1000^оС, после чего полученное изделие можно заваливать в печь. Перед прессованием размолотую окалину смешивают со специальным связующим веществом, которое содержит, мас. Оксид алюминия 3-18 Оксид натрия 13-27 Оксид кальция 14-25 Оксид кремния Остальное в количестве 1-20% от массы окалины, также добавляется водный раствор Na₂О˙nSiO₂ в количестве 5-15% от массы всей смеси.

Отличие предлагаемого изобретения является то, что для обеспечения требуемой механической прочности полуфабрикатов из окалины, перед прессованием, размолотую окалину смешивают со специальным связующим веществом, в состав которого входят оксиды: Al₂O₃, Na₂O, CaO, SiO₂. Наличие данного вещества обеспечивает необходимую прочность не только при загрузке в печь, но и при длительном хранении их, и транспортировке изделий.

При введении Al₂O₃ менее 3 мас. температура размягчения связующего вещества снижается и прочность брикета при нагреве в металлургической печи резко падает. Наличие в связующем веществе от 3 до 18 мас. обеспечивает оптимальную температуру размягчения и необходимую прочность брикета при технологических нагревах.

Содержание Al₂O₃ более 18 мас. приводит к растрескиванию брикета при охлаждении после обжига.

Введение СаО в пределах 14-25 мас. обеспечивает хорошую растрескиваемость и смачиваемость связующего вещества.

Содержание СаО ниже и выше указанных пределов ухудшает технологические свойства связующего вещества.

Содержание Na₂O в указанных пределах обеспечивает необходимую вязкость и температуру плавления связующего вещества.

Введение Na₂O менее 13 мас. ведет к повышению вязкости связующего вещества, а более 27 мас. приводит к резкому снижению температурной прочности брикета.

Двуокись кремния выполняет роль основы, содержание ее должно быть в пределах 30-70 мас. Содержание SiO₂ более 70 мас. резко увеличивает вязкость и температуру плавления связующего вещества. Содержание SiO₂ менее 30 мас. ведет к термическому разрушению брикета при охлаждении.

Введение Na₂O˙nSiO₂ в механическую смесь перед прессованием в количестве 5-15 мас. от массы смеси обеспечивает необходимую "сырую" прочность брикета.

Содержание Na₂O₃˙nSiO₂ менее 5 мас. не обеспечивает необходимой сырой прочности брикета после прессования.

Избыток Na₂O˙nSiO₂ более 15 мас. от массы смеси ведет к газовыделению в процессе обжига и высокой пористости брикета. При этом, плотность брикета снижается в 1,5-2 раза.

Содержание связующего вещества в брикете менее 1 мас. не обеспечивает его прочности после обжига, а более 20 мас. снижает процентное содержание окислов железа в брикете и прочность.

Приведенный заявителями анализ техники, включающий поиск по патентным и научным источникам информации, и выявление источников, содержащих сведение об аналогах заявленного изобретения позволило установить, что заявителями не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявлеых аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем, техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложеных в формуле изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретельского уровня заявители провели дополнительный поиск известных решений, с целью заявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники определенного заявителем не заявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.

Способ осуществляется следующим образом: окалину размалывают в шаровой мельнице или в другом подобном оборудовании до размера частиц 0,3-3,0 мм. Затем в окалину добавляют заранее приготовленное связующее вещество, в состав которого входит Al₂O, Na₂O, CaO, SiO₂. Связующее вещество получают в результате совместного помола и высокотемпературной (1450-1500^оС) варке составляющих компонентов. Окалину со связующим веществом смешивают в соотношении, мас. окалины 80-99 и связующее вещество 20-1. Затем в смесь добавляют сверх 100% по массе 5-15% водного раствора Na₂O˙nSiO₂. После этого полученную смесь прессуют в виде тел произвольной формы. Давление прессования не менее 10 МПа. Готовые прессования обжигают в печи в течение 0,5-1,0 ч при температуре 700-1000^оС и охлаждают на воздухе. После охлаждения изделия могут храниться, транспортироваться или направляться для повторного использования в сталеплавильных печах.

П р и м е р. Окалину, полученную после нагрева слитков под обработку давлением размалывают в шаровой мельнице в течение 2-8 ч. Затем готовое связующее вещество, которое получают в результате совместного помола кварцевого песка (содержание SiO₂ и Al₂O₃ свыше 98%), cоды, известняка или мела, полевого шпата и глинозема. Смесь размалывают до фракции 0,1 мм и варят при температуре 1450^оС. Смесь считается готовой после полного прекращения газовыделения. В результате получается связующее вещество состава, мас. Al₂O₃ 5 Na₂O 15 CaO 20 SiO₃ Остальное Размолотую окалину смешивают со связующим веществом в соотношении: 9 кг окалины, 1 кг связующего вещества. В смесь добавляется водный раствоp Na₂O˙nSiO₂ (ГОСТ 13078-67) в количестве 0,5 кг сверх 100% от массы всей смеси. Смесь прессуют в виде тел произвольной формы, масса каждой прессовки 0,3 кг. Полученные прессовки обжигают в печи при температуре 850^оС в течение 0,7 ч. Охлаждение прессовки на воздухе. Полученные изделия подвергались испытаниям на сопротивление раздавливанию, остаток после барабанных испытаний, испытаниям по методу сбрасывания (Ю.И.Кожевников, Б.М.Ровин. Окускование и основы металлургии, Уч.для вузов. М. Металлургия, 1991, с.111). Испытания показали соответствие свойств полученных изделий общепринятым требованиям.

Составы применяемого связующего вещества приведены в табл.1; результаты сравнительных испытаний предлагаемого способа и прототипа, в табл. 2.

Формула изобретения

СПОСОБ БРИКЕТИРОВАНИЯ СТАЛЬНОЙ ОКАЛИНЫ, ЯВЛЯЮЩЕЙСЯ ОТХОДОМ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА, включающий размол окалины, смешивание со связующим веществом, прессование в виде тел произвольной формы, обжиг и использование в качестве компактного шихтового материала для производства стали, отличающийся тем, что в качестве связующего вещества используют смесь оксидов состава, мас.%: Al₂O₃ - 3 - 18 Na₂O - 13 - 27 CaO - 14 - 25 SiO₂ - Остальное в количестве 1 - 20% от массы брикетируемой смеси и смешивание проводят с добавлением в полученную массу водного раствора Na₂O · n SiO₂ в количестве 5 - 15% сверх 100% брикетируемой массы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2