Пакет

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к подготовке шихты способом пакетирования и последующему использованию пакетов при плавке стали. Пакет содержит углеродистый стальной лом в компактном виде, углеродсодержащий материал и трифолин при следующем соотношении компонентов, мас.%: углеродистый стальной лом - 75-99; трифолин - 1-20; углеродсодержащий материал, фракцией до 10 мм - до 5. Изобретение позволит эффективно утилизировать отходы производства - трифолин, уменьшить длительность плавки за счет снижения количества завалок в связи с повышением плотности пакетов.

 

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к подготовке шихты способом пакетирования и последующему использованию пакетов при плавке стали.

Известны пакеты шихты из стального лома, изготавливаемые для последующего плавления в металлургических агрегатах [1].

Существенными недостатками данных материалов являются:

- низкий удельный вес (плотность) материала, в связи с чем повышается количество завалок и увеличивается длительность плавки,

- высокий расход твердых окислителей при выплавке стали и увеличение времени окисления примесей в связи с малой площадью соприкосновения на границе раздела металл - твердый окислитель (FeO),

- повышенный расход твердых окислителей и газообразного кислорода в связи с низким коэффициентом полезного использования активного кислорода для окисления примесей в связи с раздельной присадкой в печь брикетов и окислителей (твердого окислителя и газообразного кислорода).

Известен [2], также брикет для выплавки черных металлов, включающий измельченный стальной лом, коксовую мелочь, связующее и шлаковую добавку, в котором шихта содержит в качестве связующего побочный продукт производства кристаллического кремния в сочетании с водой и щелочью, а в качестве шлакообразующей добавки - шамотный порошок и дополнительно галит известняк и плавиковый шпат при следующем соотношении компонентов, вес %:

Коксовая мелочь	4-5
Шамотный порошок	10-22
Галит	2-3
Известняк	5,9-6,7
Плавиковый шпат	1,1-1,3
Побочный продукт производства кристаллического кремния	1,25-1,50
Щелочь	0,92-1,10
Вода	2,84-3,40
Измельченный стальной лом	Остальное

Существенными недостатками данного брикета являются:

- высокие затраты на изготовление брикета,

- использование связующего для обеспечения требуемой прочности брикета,

- высокая шлакообразующая составляющая брикета, приводящая к повышенному количеству шлака при выплавке стали и увеличению длительности плавки,

- низкая скорость окисления примесей из металлолома при плавке в связи с отсутствием в брикете окислителей.

Известен также способ брикетирования металлической стружки [З], включающий операцию засыпки последней в формирующуюся емкость, причем стружку при заполнении емкости смешивают с металлическим расплавом из материала стружки.

Существенными недостатками брикетов, изготовленных по данному способу, являются:

- высокие затраты на изготовление связанные с металлургическим переделом - изготовлением (проведение расплавления и смешивание струи выливаемого из ковша металлического расплава со стружкой непрерывно высыпаемой из бункера),

- низкая скорость расплавления брикетов в связи с отсутствием в составе брикетов твердых окислителей.

Известен [4] способ двухстадийного пакетирования двух компонентов металлоотходов, один из которых - отходы листовой штамповки обрези, включающий предварительную стадию и окончательное предварительное трехстороннее сжатие в пресс-камере, причем на предварительной стадии загружают в пресс-камеру и уплотняют в горизонтальный слой обрези, затем на середину этого слоя помещают другой компонент отходов, после чего полностью заполняют пресс-камеру обрезями и осуществляют окончательное трехстороннее сжатие.

Существенными недостатками пакетов, изготовленных по заявленному способу пакетирования, являются:

- низкая плотность изготавливаемых пакетов,

- низкая производительность и высокие затраты при изготовлении пакетов из-за многостадийного процесса пакетирования,

- высокие расходы твердых и газообразных окислителей при использовании пакетов для выплавки стали.

Известен [5], выбранный в качестве прототипа пакет для шихты, содержащий углеродистый стальной лом в компактном виде, причем он дополнительно содержит углеродсодержащий материал - карбюризатор при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Углеродистый стальной лом	86-98,8
Карбюризатор	1,2-14,0

Существенным недостатком данного пакета являются:

- низкая скорость окисления примесей из стального лома пакета при выплавке стали в связи с отсутствием в пакете окислителя,

- низкая скорость расплавления пакета в связи с пониженной площадью контакта углеродсодержащего материала с железосодержащими оксидами и незначительной скоростью перемешивания стали при расплавлении пузырями СО,

- высокий расход твердых окислителей и газообразного кислорода при плавке стали при использовании данного пакета в связи с низким коэффициентом полезного использования активного кислорода для окисления примесей,

- при использовании в качестве углеродистого стального лома - чугунной стружки концентрация содержащегося в пакете углерода превышает необходимую концентрацию углерода для эффективной дегазации, гомогенизации стали по неметаллическим включениям и температуре, в связи с чем возрастает длительность плавки и расход окислителей на плавку.

Желаемыми техническими результатами изобретения являются:

- эффективная утилизация отходов производства,

- уменьшение длительности плавки за счет снижения количества завалок в связи с повышением плотности пакетов,

- интенсификация процесса плавления и окисления примесей за счет использования твердых окислителей в составе пакета,

- снижение расхода твердых окислителей и газообразного кислорода при выплавке стали.

Для этого предлагается пакет, используемый в шихте для выплавки стали, содержащий углеродистый стальной лом в компактном виде и углеродсодержащий материал, отличающийся тем, что он дополнительно содержит трифолин при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углеродистый стальной лом	75-99
Трифолин	1-20
Углеродсодержащий материал, фракция до 10 мм	До 5

Заявляемые пределы подобранны экспериментальным путем.

Количество углеродсодержащих материалов выбрано исходя из того, что при развитом межфазном контакте углерода с оксидами металлов в мелкодисперсных системах твердый углерод взаимодействует непосредственно с окислами настолько интенсивно, что в зависимости от температуры система может сравниться с эффективностью косвенного (газового) восстановления.

Эффект взаимодействия определяется диссоциацией оксидов и термоэлектронной эмиссией твердого углерода, который пропорционален повышению температуры.

Твердый углерод - более сильный восстановитель, чем СО и Н₂. Вместе с тем он компактен, не требует пространства для движения, располагается в теле пакета, практически не занимая отдельно выделенного объема. Для реализации реакции восстановления твердым углеродом необходим нагрев системы и далее, путем регулирования температурного режима, могут быть достигнуты эффективность использования углерода и формирование состава металла и шлака в желаемом направлении. Другими словами, имеется возможность использования пакетов путем изменения соотношения «оксид металла - углерод», т.е. направляя работу углерода или только на восстановление оксида, или на восстановление с последующим науглероживанием металла.

Работа углерода в системе «оксиды металла - углерод» зависят от:

- развития межфазного пространства, т.е. от фракционности использованных компонентов;

- открытой пористости пакетов, дающей возможность вовлечения в той или иной мере атмосферы металлургической печи в процессы, протекающие в пакете;

- равномерности и степени подъема температуры по объему пакета.

При применении крупной фракции углеродосодержащего компонента (более 10 мм) уменьшается эффективность диссоциационно-адсорбционного механизма течения реакции и, следовательно, она должна компенсироваться повышенным содержанием углерода в пакете с развитием реакции косвенного восстановления как за счет восстановительных газов атмосферы печи, так и за счет образующегося СО от углерода пакета, тем самым снижая эффективность прямого восстановления.

При увеличении содержания углеродсодержащего материала более 5% от массы брикета наблюдается превышение требуемой концентрации углерода при расплавлении и увеличение длительности расплавления пакетов.

Трифолин введен в состав пакета как материал, содержащий достаточное количество оксидов железа для поддержания высокой скорости расплавления брикета, а также окисления примесей.

При концентрации менее 1% содержание оксидов железа недостаточно для эффективного процесса окисления углерода пакета. При содержании в пакете более 20% наблюдается интенсивная скорость окисления углерода, причем при расплавлении металла в печи получается недопустимо низкое содержание углерода, что в свою очередь приводит к повышению продолжительности плавки или обработке стали на агрегатах внепечной обработки с целью доведения содержания углерода до требуемого, при этом соответственно требуется увеличение расхода углеродсодержащих материалов, вводимых в печь или ковш.

Количество углеродистого стального лома выбрано исходя из соотношения трифолин - углеродистый материал.

Заявляемые пакеты были изготовлены на пакетир-прессах методом простого прессования из следующих материалов:

Углеродистый стальной лом - лом для пакетирования толщиной до 6 мм (вид 11 А, 12 А по ГОСТ 2787-75).

Трифолин 68-76 Fe₂О₃; 15-19% FeO; 0,07-0,03% CaO; 0,5-0,9% MgO; 3-5% SiO₂; 0,08-2% S; 0,08-0,2% P.

Углеродсодержащий материал (использовался уголь ГЖ) 83-88% С, 0,3-0,8% S, 4-6% H; 3-7% O; 2-4% N.

Пакеты размером 300×300×1000 использовались при выплавке стали в 100-тонных электропечах и 400-тонных мартеновских печах. Пакеты вводились в металлозавалку взамен пакетов 8А, 8Б, 9А. Использование пакетов позволило:

- эффективно утилизировать отходы производства - трифолин,

- уменьшить количество подвалок в среднем на 0,01,

- снизить длительность плавки в среднем на 1,5 минуты,

- снизить расход железной руды в среднем на 0,18 кг/т жидкой стали.

Источники информации

1. ГОСТ 2787-75 "Металлы черные вторичные. Общие технические условия".

2. А.с. 855039, кл С22В 1/244.

3. А.с. 448967, кл В30b 9/32, C21b 1/30.

4. А.с. 1180271, кл В30В 9/32.

5. А.с. 575818, кл С22В 1/248.

Пакет, используемый в шихте для выплавки стали, содержащий углеродистый стальной лом в компактном виде и углеродсодержащий материал, отличающийся тем, что он дополнительно содержит трифолин при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углеродистый стальной лом	75-99
Трифолин	1-20
Углеродсодержащий материал фракцией до 10 мм	до 5