Экструзионный брикет для получения ванадийсодержащих шлаков при переработке ванадиевого чугуна

Авторы патента:

Павлов Сергей Владимирович (RU)

Шаруда Александр Николаевич (RU)

C22B1/243 - неорганическими

Владельцы патента RU 2609883:

Шаруда Александр Николаевич (RU)
Павлов Сергей Владимирович (RU)

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к получению экструзионного брикета, содержащего металлургические отходы, в частности металлургическую окалину, предназначенного для получения товарных ванадийсодержащих шлаков при переработке ванадиевого чугуна. Экструзионный брикет, полученный методом жесткой вакуумной экструзии, состоит из окалины металлургического производства, бентонита и цемента и содержит, мас.%: FeO 10,0-90,0; Fe₂O₃10,0-90,0; MnO 0,01-1,5; Cr₂O₃ 0,01-0,5; S 0,01-0,25; SiO₂ 3,0-7,0; CaO 0,1-5,0; примеси < 3, при этом содержание Fe_общ составляет > 60. Причем прочность на сжатие составляет не менее 5,0 МПа, удельная плотность - не менее 3,0 кг/дм³, открытая пористость - не менее 10%, а температура начала размягчения - не менее 1200°С. Изобретение обеспечивает получении брикетов с высокими химическими свойствами, однородного качества, являющимися высококачественной продукцией, используемой в качестве окислительно-охладительного материала в производстве ванадиевого шлака. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 табл., 2 пр.

Из уровня техники известно использование окалины в качестве окислителя-охладителя при переработке ванадиевого чугуна (патенты RU 2145356, кл. C21C 5/28, опубл. 10.02.2000 и RU 2566230, кл. C21C 5/28, опубл. 20.10.2015). Недостатком известных аналогов является необходимость проведения предварительной подготовки окалины, а также получение в результате переработки ванадиевого шлака с недостаточным содержанием ванадия.

Известны также экструзионные брикеты, изготовленные методом жесткой вакуумной экструзии, предназначенные для выплавки металла, раскрытые в патентах RU 2504588 C1, опубл. 20.01.2014, RU 2502812 C1, опубл. 27.02.2013 и RU 2506325 C1, опубл. 10.02.2014.

Наиболее близким аналогом изобретения является экструзионный брикет для выплавки металла, раскрытый в патенте RU 2506325 C1, кл. C22B 1/243, опубл. 10.02.2014. Известный брикет изготовлен методом жесткой вакуумной экструзии из смеси железосодержащих материалов (в т.ч. прокатной окалины), минерального связующего и флюсующих добавок, при этом имеет плотность 2,0-2,2 г/см³ и прочность на раздавливание после вылеживания в течение 48 часов 4,5-5,0 МПа. Недостатком известного брикета является то, что при его использовании для производства ванадиевого шлака он не обеспечивает получение требуемых химических характеристик.

Задачей изобретения является изготовление экструзионного брикета с заданным химическими характеристиками, позволяющими использовать их в качестве окислителя-охладителя в металлургических производственных процессах переработки ванадиевого чугуна с целью получения товарных ванадийсодержащих шлаков, предназначенных для дальнейшей переработки с получением пентаоксида ванадия и феррованадия.

Технический результат изобретения заключается в получении брикетов с высокими химическими свойствами, однородного качества, являющимися высококачественной продукцией, содержащей оксид железа, используемой в качестве окислительно-охладительного материала в производстве ванадиевого шлака.

Для достижения указанного технического результата заявленный брикет, полученный методом жесткой вакуумной экструзии из окалины металлургического производства, бентонита (1-2%) и цемента (5%), содержит, мас.%:

FeO	10,0-90,0
Fe₂O₃	10,0-90,0
MnO	0,01-1,5
Cr₂O₃	0,01-0,5
S	0,01-0,25
SiO₂	3,0-7,0
CaO	0,1-5,0
примеси	<3,

при этом содержание Fe_общ>60, прочность на сжатие составляет не менее 5,0 МПа, удельная плотность - не менее 3,0 кг/дм³, открытая пористость - не менее 10%, а температура начала размягчения - не менее 1200°С.

Для повышения интенсивности окисления ванадия и недопущения перегрева ванны в чугун вводится окислитель в виде брикета, основой которого являются оксиды железа. Частицы брикета кратно увеличивают реакцию взаимодействия ванадия в жидком чугуне с кислородом оксида железа за счет развитой геометрической поверхности и в то же время ограничивают рост температуры ванны. Таким образом, ввод брикета с указанными выше характеристиками в чугун способствует ускорению реакции окисления ванадия.

Содержание оксида марганца в брикете ограничено 1,5%. При превышении указанного значения происходит замедление процесса окисления ванадия, причиной которого является рост скорости окисления марганца.

Содержание оксида хрома в брикете ограничено 0,5% по причине возникновения затормаживающего действия на окисление ванадия при превышении указанного значения, что вызывает увеличение расхода брикетированного окислителя-охладителя и продолжительности продувки.

Содержание серы в брикете, являющейся вредной примесью, ограничено 0,25%.

Содержание в брикете SiO₂ не должно превышать значения 7,0% по причине оказания кремнием затормаживающего действия на реакцию окисления ванадия.

Содержание в брикете CaO на уровне 0,1-5,0 регламентировано согласно требованиям переработчиков ванадийсодержащих шлаков по процентному содержанию в них данной примеси.

Брикет также содержит примеси, общее содержание которых не превышает 3 мас.%.

Процесс получения ванадия представляет собой переработку в несколько ступеней (Схема №1). Агломераты и окатыши, полученные в результате обогащения титаномагнетитовых ванадийсодержащих руд поступают на переработку в доменное производство. В процессе передела полученного ванадийсодержащего чугуна в кислородной конвертерной плавке в сталь образуется шлак с процентным содержанием V₂O₅ в размере 14-24%, который в дальнейшем перерабатывается с получением пентаоксида ванадия, феррованадия и другой ванадийсодержащей продукции. Экструзионные брикеты используются в процессе кислородной конвертерной плавки взамен железной окалины.

Для получения экструзионного брикета используется окалина фракцией -3 мм отдельного металлургического производства или производится подготовка шихты с использованием окалины различных производств для достижения необходимого химического состава. Окалину смешивают с 1-2% бентонита, дополнительно смешивают в смесительном шнеке с одновременным добавлением воды с получением гомогенизированной шихты, выстаивают шихту от 8 до 24 часов, перемешивают шихту в двухвалковом смесителе с добавлением 5% цемента в качестве связующего и воды для достижения влажности шихты 12-15% и подают в вакуумную камеру экструдера с предварительным уплотнением шихты в дозаторе экструдера и пропусканием через экструдер, выполненный с фиксированной передней частью оси главного экструзионного шнека.

Технологический процесс получения брикетов методом жесткой вакуумной экструзии в присутствии связующего приведен далее с ссылкой на прилагаемую Схему №2.

Позиции схемы

1 - Участок приема сырья;

2 - Участок сепарации;

3 - Склад сырья после сепарации;

4 - Бункер №1;

5 - Бункер №2 (запасной);

6 - Бункер №3 (бентонит);

7 - Транспортер №1;

8 - Смеситель;

9 - Транспортер №2;

10 - Склад для отстоя подготовленной шихты;

11 - Приемный бункер для подготовленной шихты;

12- Силос №1 накопительный;

13 - Силос №2 накопительный (запасной);

14 - Силос №3;

15 - Транспортер №3;

16 - Смеситель двухвалковый;

17 - Дозатор экструдера;

18 - Экструдер;

19 - Транспортер №4;

20 - Участок для готовых брикетов (ларь);

21 - Склад готовой продукции.

Участок сепарации. На данном участке производится предварительная сепарация исходных материалов по гранулометрическому составу для получения допустимых по размеру частиц. Качество поступающего на участок сырья - прокатной окалины с содержанием влаги 0,3-10%, проверяется в химической лаборатории.

Производится разделение окалины на 3 фракции на установке «McCloskej international 130». Исходное сырье подают в установку «McCloskej international 130» фронтальным погрузчиком. В результате сепарации выделяются следующие фракции: фракция +10 мм; фракция -10+3 мм; фракция -3 мм.

Фракции +10 мм и -10+3 мм не вовлекаются в технологический процесс, перемещаются фронтальным погрузчиком в лари и подлежат реализации потребителям. Для осуществления способа используют окалину фракции -3 мм, которая подлежит дальнейшей переработке на сепараторе для получения удовлетворительного качества подготовленных материалов, удаления мелких металлических включений в виде игольчатой стружки, которые не допустимы для ведения технологического процесса переработки окалины.

Сырье после сепарации поступает на участок подготовки шихты.

Участок подготовки шихты. На данном участке производится сухое смешивание исходного сырья и пластификация для получения гомогенной смеси окалины и бентонита и отстой шихты для достижения состояния набухания бентонита и повышения эластичности подготовленной шихты.

Окалина фракции -3 мм фронтальным погрузчиком подается в бункер №1, из которого через шнековый питатель на транспортер №1. Одновременно с окалиной подается бентонит из бункера №3 на транспортер №1 через шнековый питатель. При этом подают 93% окалины и 1-2% бентонита. Исходя из опытных данных при соблюдении данных пропорций достигается наилучшая эластичность и пластичность шихты, исключающие наличие воздушных пористостей в ней, что обеспечивает равномерное и гомогенное заполнение камеры экструдера и в результате получение брикета высокой прочности.

Далее окалину и бентонит транспортером №2 направляют в смеситель для гомогенизации и стабилизации состава. В процессе смешивания в смеситель подают воду для увлажнения и пластификации шихты с обеспечением на выходе влажности шихты 10%.

Подготовленную гомогенизированную шихту из смесителя подают по транспортеру №2 на склад для отстоя шихты, где она выстаивается от 8 до 24 часов, что является оптимальным для обеспечения эластичности шихты.

Предварительное насыщение влагой гигроскопичных элементов шихты, а именно бентонита, и избавление их от лишнего увлажнения во время отстоя шихты способствует в дальнейшем качественному смешению шихты со связующим (цементом), что обеспечивает в дальнейшем высокие показатели физико-механических свойств брикетов.

Кроме того, указанная последовательность смешивания обеспечивает однородность химического состава изготовленных брикетов в каждой партии продукта.

Участок прессования. На участке прессования производят подачу полученной шихты с добавлением воды и связующего в виде цемента в экструзионный пресс для получения брикетов.

Подготовленную шихту со склада отстоя фронтальным погрузчиком загружают в приемный бункер линии прессования. Из приемного бункера через шнековый питатель шихта поступает на транспортер №3, посредством которого ее подают в двухвалковый смеситель.

Из силоса №3 на транспортер №3 одновременно с подготовленной шихтой в двухвалковый смеситель подают 5% цемента, что является достаточным для обеспечения требуемой прочности получаемого брикета. В процессе перемешивания в смеситель подают воду для пластификации готовой шихты и достижения влажности 12-15%.

После перемешивания в двухвалковом смесителе с цементом и водой, шихту подают в дозатор экструдера, в котором ее предварительно уплотняют, и подают в вакуумную камеру экструдера. В вакуумной камере поддерживают низкий вакуум от 760 до 25 мм рт.ст., от 1×10⁺⁵ до 1×10⁺¹ Па.

Для получения брикета используют экструзионный пресс с фиксированной передней частью оси главного экструзионного шнека. В отличие от прессов со свободно расположенной передней частью оси, используемый пресс позволяет обеспечить равномерную скорость потока и плотность исходной массы при подаче ее к каналам фильерной пластины по всей ее плоскости, с гарантированным получением брикетов однородного качества по прочностным характеристикам и удельной плотности.

После прохождения через экструдер с боковым давлением 5,2 МПа готовая продукция подается транспортером №4 на участок готовых брикетов (в ларь).

На участке готового брикета происходит набор прочности продукции не менее 5МПа. После набора прочности (78 часов) готовые брикеты транспортируются фронтальным погрузчиком на склад готовой продукции для формирования транспортной партии и отгрузки потребителю.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Для получения брикета использовали прокатную окалину, бентонит (2%) и в качестве связующего цемент (5%) с добавлением воды. Химический состав компонентов и полученных брикетов указан в таблице 1.

После сепарации окалину фракции -3 мм смешивали с бентонитом в смесителе в соотношении на 1 т окалины подается 10 кг бентонита. В процессе смешивания подавали воду для получения на выходе влажности шихты 10%.

Подготовленную гомогенизированную шихту выстаивали на складе для отстоя шихты 12 часов. Подготовленную шихту со склада для отстоя и цемент одновременно направляют в двухвалковый смеситель. При перемешивании подают воду для пластификации шихты и достижения влажности 12%.

После перемешивания в двухвалковом смесителе шихту подают в дозатор экструдера для ее предварительного уплотнения и подают в вакуумную камеру экструдера. Давление в вакуумной камере составляет 50 мм рт. ст.

Затем шихту пропускали через экструдер с боковым давлением 5,2 МПа, после чего полученный брикет направляли на участок готовых брикетов для набора прочности не менее 5МПа в течение 78 часов.

Пример 2. Для получения брикета использовали прокатную окалину двух производств (44% +49%) фракции -3 мм, бентонит (2%) и в качестве связующего цемент (5%) с добавлением воды. Химический состав компонентов и полученных брикетов указан в таблице 2.

Готовые брикеты соответствуют следующим физическим свойствам (табл. 3):

Таким образом, полученные в рамках заданного химического состава, брикеты, являются высококачественной продукцией, содержащей оксид железа, используемой в качестве окислительно-охладительного материала в производстве ванадиевого шлака.

1. Брикет для получения ванадийсодержащих шлаков при переработке ванадиевого чугуна, полученный методом жесткой вакуумной экструзии, состоящий из окалины металлургического производства, 1-2% бентонита и 5% цемента, и содержащий, мас.%:

FeO	10,0-90,0
Fe₂O₃	10,0-90,0
MnO	0,01-1,5
Сr₂O₃	0,01-0,5
S	0,01-0,25
SiO₂	3,0-7,0
CaO	0,1-5,0
примеси	<3,

2. Брикет по п. 1, отличающийся тем, что в качестве окалины используется окалина отдельного или разных металлургических производств.

Изобретение относится к брикетированию мелкофракционных отходов ферросплавного производства в виде ферросиликомарганца или ферросилиция. Отходы дозируют, вводят пластификатор, смешивают с жидким стеклом, осуществляют прессование полученной смеси в брикеты, упрочнение брикетов путем нейтрализации щелочного элемента в жидком стекле и сушку брикетов.

Способ получения экструзионного брикета // 2584836

Изобретение относится к получению экструзионного брикета из прокатной окалины, предназначенного для использования в качестве железосодержащего сырья при выплавке чугуна или стали.

Брикет экструзионный (брэкс) - компонент шихты шахтных печей прямого получения железа // 2579706

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам окускования железорудного сырья, и может быть использовано при подготовке шихты шахтных печей прямого получения железа.

Способ брикетирования металлической стружки // 2574941

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при переработке металлической стружки и шламовых отходов металлургической промышленности. Металлическую стружку, состоящую из стружки черных металлов и алюминиевых сплавов, дробят, очищают, добавляют связующий материал, перемешивают и уплотняют в пресс-форме.

Способ производства железорудных окатышей // 2567946

Изобретение относится к области подготовки сырья к металлургическому переделу. Способ производства железорудных окатышей включает подготовку шихты для сырых окатышей, окомкование шихты с получением сырых окатышей, сушку, обжиг и охлаждение окатышей.

Железорудные окатыши для металлургического производства // 2566703

Изобретение относится к области подготовки сырья к металлургическому переделу. Железорудные окатыши для металлургического производства содержат железосодержащий материал и связующее вещество, а также отсев кокса.

Способ получения железорудных окатышей // 2542186

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к области подготовки железорудного сырья к металлургическому переделу, и может быть использовано в технологии окускования шихты при получении железорудных окатышей.

Брикет экструзионный (брэкс) шламовый // 2506327

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к окускованию железорудного сырья. Шламовый брикет экструзионный, полученный методом жесткой вакуумной экструзии, содержащий минеральное связующее, железо- и/или железоуглеродсодержащие отходы, включая шламы, и, при необходимости, железорудный концентрат и/или железную руду, флюсующие добавки и углеродсодержащие материалы, применяют в качестве компонента доменной шихты.

Брикет экструзионный (брэкс) - компонент доменной шихты // 2506326

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам окускования железорудного сырья, и может быть использовано при подготовке шихты для доменной плавки.

Способ получения брикета экструзионного (брэкса) для выплавки металла // 2506325

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам окускования железорудного сырья. Брикеты экструзионные для выплавки металла получают методом жесткой вакуумной экструзии из шихтовой смеси, содержащей железорудный концентрат и/или руду, углеродсодержащие материалы, минеральное связующее и, при необходимости, железо- и/или железоуглеродсодержащие отходы и флюсующие добавки.

Экструзионный брикет для сталеплавильного производства // 2609884

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к получению экструзионного брикета, содержащего металлургические отходы, в частности металлургическую окалину, предназначенного для использования в качестве компонента шихты в сталеплавильных процессах. Экструзионный брикет, полученный методом жесткой вакуумной экструзии, состоит из окалины металлургического производства, углеродсодержащего материала, бентонита и цемента и содержит, мас. %: FeO > 10; Fe2O3 > 10; MgO 0,1-7,0; MnO 0,1-4,5; Cr2O3 0,01-1,5; C 0,8-40,0; SiO2 0,1-10,0; ZnO 0,01-0,5; TiO2 0,01-1,5; CaO 0,1-10,0; Al2O3 0,1-15,0; примеси < 3, при этом Feобщ составляет 20,0-80,0. Причем прочность на сжатие составляет не менее 5,0 МПа, удельная плотность - не менее 3,0 кг/дм3, открытая пористость - не менее 10%, а температура начала размягчения - не менее 1200°C. Изобретение обеспечивает однородное качество брикетов, обеспечивающих функцию ускорителя процессов образования высокоактивного вспененного жидкоподвижного шлака с повышенным содержанием закиси железа, сокращение времени плавки и энергетических затрат, а также увеличение выхода годного металла. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл., 2 пр.

Экструзионный брикет для доменного производства // 2609885

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к получению экструзионного брикета для доменного производства. Экструзионный брикет, полученный методом жесткой вакуумной экструзии, состоит из окалины металлургического производства, углеродсодержащего материала, бентонита и цемента и содержит, мас. %: FeO<40; Fe2O3>20; MgO 0,01-2,5; MnO 0,01-9,0; Cr2O3 0,01-1,5; С 0,1-75,0; S 0,01-0,5; SiO2 0,1-15,0; TiO2 0,01-0,1; CaO 0,1-7,0; Al2О3 0,01-1,5, примеси <2, при этом содержание Feобщ составляет 10,0-58,0. Причем прочность на сжатие составляет не менее 5,0 МПа, удельная плотность - не менее 2,8 кг/дм3, открытая пористость - не менее 10%, а температура начала размягчения - не менее 1200°С. Изобретение позволяет получить брикеты с высокими физическими и химическими свойствами, которые обеспечивают высокие качественные характеристики чугуна и оптимизацию процесса производства чугуна в доменной печи за счет раннего образования оксидов углерода и сокращения времени восстановления железа из оксидов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл., 2 пр.

Экструзионный промывочный брикет для доменного производства // 2609888

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к получению экструзионного брикета для промывки горнов доменных печей. Экструзионный брикет, полученный методом жесткой вакуумной экструзии, состоит из окалины металлургического производства, бентонита и цемента и содержит, мас.%: FeO>40; Fe2O3>25; MgO 0,01-2,8; MnO 0,01-1,5; С 0,01-1,5; SiO2 0,1-9,0; CaO 0,1-8,0, Al2O3 0,01-1,2, примеси <3, при этом содержание в брикете Feобщ.>60. Причем прочность на сжатие составляет не менее 5,0 МПа, удельная плотность - не менее 2,8 кг/дм3, открытая пористость - не менее 10%, а температура начала размягчения - не менее 1200°C. Брикет обладает высокими химическими и физико-механическими свойствами и обеспечивает проведение качественных промывочных плавок горна доменной печи с получением чугуна без ухудшения его качества. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл., 2 пр.

Способ агломерации железорудных материалов // 2628947

Изобретение относится к термическим способам окускования железорудных материалов и может быть использовано при агломерации руд и концентратов в черной металлургии. Способ агломерации железорудных материалов включает подготовку компонентов агломерационной шихты к спеканию, составление, смешивание с ее увлажнением до 3-4% водой и окомкование агломерационной шихты в барабане, укладку ее на агломерационную машину, зажигание и спекание агломерационной шихты, обработку агломерационного спека. При этом смешанную шихту при окомковании увлажняют до 6-10% пульпой, содержащей бентонит крупностью не более 0,1 мм, и с расходом бентонита 2÷18 кг/т. Обеспечивается увеличение прочности агломерата на удар, снижение сопротивления агломерата истиранию, увеличение удельной производительности агломашины и рост выхода годного агломерата. 5 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

Комплексный раскислитель стали на основе кускового карбида кремния // 2631570

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для раскисления и легирования железоуглеродистых сплавов кремнием и углеродом. В качестве материала используют кусковой карбид кремния (SiC) с фракцией более 1 мм и влажностью менее 1% и его брикетированный отсев фракции менее 1 мм с конечным содержанием в брикетах основного элемента SiC 70-90%. Отсев SiC фракций менее 1 мм брикетируют с использованием мелассы свекловичной с помощью вибропрессования в цилиндры диаметром до 60 мм и высотой до 70 мм или с использованием неорганического связующего с помощью валкового брикет-пресса в таблетки диаметром до 40 мм и высотой до 30 мм с прочностью не менее 400 кг/см2. Изобретение позволяет снизить себестоимость производства стали и чугуна за счет замены ферросилиция отсевами фракций карбида кремния, который по техническим характеристикам превосходит ферросилиций, т.к. содержит до 30% общего углерода и существенно повышает усвоение кремния в металле. 2 з.п. ф-лы, 6 табл., 5 ил.

Шихта для получения железорудных окатышей (варианты) // 2637850

Изобретение относится к области производства железорудных окатышей для доменной плавки. Шихта по первому варианту содержит железорудный концентрат и марганцовистый известняк в качестве связующего вещества и флюса, при этом соотношение компонентов шихты следующее, мас.%: марганцовистый известняк 1,0-5,0; железорудный концентрат - остальное. Шихта по второму варианту содержит железорудный концентрат, боксит в качестве модифицирующей добавки и марганцовистый известняк в качестве связующего вещества и флюса, при этом соотношение компонентов шихты следующее, мас.%: марганцовистый известняк 1,0 - 3,5; модифицирующая добавка 1,2 - 1,5; железорудный концентрат - остальное. Изобретение обеспечивает повышение прочности сырых и обожженных окатышей при сохранении высокого содержания железа, снижение интервала размягчения - плавления окатышей в доменной печи, упрощение производства железорудных окатышей. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 пр.