Матеріал для спінювання металургійних шлаків

Реферат: Матеріал для спінювання металургійних шлаків містить вуглецевмісний матеріал і флюсуючу добавку, що містить оксиди кальцію і магнію. UA 77959 U (54) МАТЕРІАЛ ДЛЯ СПІНЮВАННЯ МЕТАЛУРГІЙНИХ ШЛАКІВ UA 77959 U UA 77959 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі чорної металургії, зокрема до матеріалів для спінювання шлаків у процесі виробництва сталі в дугових сталеплавильних печах. При виплавці сталі в дугових сталеплавильних печах основним джерелом енергії, за допомогою якої відбувається плавлення й нагрівання металу, є електрична дуга, що горить між графітованими електродами й твердою шихтою або металевим розплавом. Однак у випадку, якщо ця дуга відкрита, то тепло, що виділяється дугою, використовується неефективно, коефіцієнт використання енергії дуги при цьому не перевищує 50 %. Крім того, внаслідок випромінювання енергії відкритою дугою відбувається перегрів і вихід з ладу водоохолоджуваних елементів стін, зводу дугової печі й вогнетривкої футеровки. Одночасно із цим спостерігається ріст видатку електроенергії на нагрівання й плавлення металу, збільшується видаток електродів і тривалість плавки в дуговій печі. З енергетичної точки зору товщина шлакового шару в будь-який момент плавки повинна бути не менш довжини дуги. Тільки при цьому досягається ефективність використання металевим розплавом тепла енергії електричної дуги. Коефіцієнт використання енергії дуги при цьому досягає 85-90 %. Для підвищення ефективності використання енергії дуги при виплавці сталі в дугових сталеплавильних печах використовується технологічний прийом спінювання шлаків. Відомий матеріал для спінювання металургійних шлаків, використовуваний у відомому способі виробництва сталі, як такий використаний високометаморфізований антрацит фракцією до 5 мм, показник відбиття вітриніту якого складає 4,00-5,50 % (Патент UA, № 25576 U, МПК С21С 5/52, опубл. 10.08.2007 p.). Використання як вуглецевмісного матеріалу антрациту, що містить у своєму складі до 20 % золи, що складається в основному із двоокису кремнію (SiO2) приводить до зниження основності шлаків у період плавлення й період окислювання, і як наслідок, до зниження його дефосфоруючої здатності. Зниження основності шлаків у ці періоди плавки приводить також до зниження стійкості основної вогнетривкої футеровки печі. Підтримка основності шлаків на колишньому рівні вимагає додаткової присадки вапна в робочий простір печі. Внаслідок низької питомої ваги використовуваного антрациту фракцією до 5 мм відбувається значний винос його з робочого простору печі в газохід. Крім того, у результаті реакції окислювання вуглецю (C+2FeO→СО2+2Ре) відбувається зниження окису заліза в шлаку, що також приводить до зниження його дефосфоруючої здатності. При цьому в зоні реакції окислювання вуглецю відбувається підвищення температури, що приводить до перегріву шлакової фази, сповільнюючи реакцію окислювання фосфору, тому що однією з умов окислювання фосфору є низька температура (реакція окислювання фосфору протікає з виділенням тепла). Тривалість підтримки шлаків у спіненому стані при використанні антрациту незначна, тому для підтримки шлаків у спіненому стані потрібно його постійне вдмухування в робочий простір печі. Найбільш близьким аналогом до запропонованої корисної моделі є кондиціонуюча добавка для шлаків при одержанні сталі в електричній печі, що включає, розраховуючи на масу суміші від 2 до 25 % зв'язувальної речовини для зв'язування шматків або більших часток згаданої суміші, при цьому згадана суміш містить: від 20 до 90 % обпалених агрегатів, що складаються із часток розміром менш 8 мм, з яких щонайменше 30 % мають розмір 0,2 мм або більше, і утримуючих від 35 до 94 % Mg, до 50 % утворюючої шлак вуглецевмісної добавки й до 50 % легко обпаленого магнезиту ( патент RU, № 2404264 С2, кл. З21С 5/54, З21С 7/076, опубл. 20.11.2010 p.). Вхідні до складу кондиціонуючої добавки Mg, вуглець або наповнювач і зв'язувальну речовину змішують і формують під тиском, одержуючи обпалені агрегати у формі брикетів. Відома кондиціонуюча добавка не забезпечує досягнення необхідного технічного результату по наступним причинам. Відома кондиціонуюча добавка дозволяє змінювати властивості шлаків до одержання підвищеної в'язкості, кремоподібності текстури й здатності до спінювання, які необхідні для нанесення захисного шару на стінки сталеплавильних агрегатів для подовження строку їхньої служби. Однак відома кондиціонуюча добавка має наступні недоліки: 1. Для одержання кондиціонуючої добавки потрібна організація її виробництва, що спричиняє додаткові видатки й підвищує вартість виробництва сталі. Крім того, як вихідна сировина для виробництва добавки використовується дорога сировина - легко обпалений магнезит. 2. Механізм дії кондиціонуючої добавки виявляється в тому, що введення її в шлак змінює хімічний склад останнього, у результаті чого міняється його здатність до спінювання. Однак 1 UA 77959 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 діапазон оптимального хімічного складу шлаків при цьому дуже вузький, що утрудняє використання даної добавки. 3. Кондиціонуюча добавка змінює властивості шлаків, включаючи підвищення в'язкості шлаків за рахунок збільшення в ньому вмісту Mg. Зі збільшенням в'язкості шлаків відбувається різке вповільнення хімічних реакцій, у тому числі й реакції окислювання шкідливої домішки фосфору. Це особливо важливо в сучасних умовах виробництва, коли тривалість періоду плавки мінімальна (менше 1 години). Для забезпечення необхідного ступеня видалення фосфору з розплаву буде потрібно збільшення тривалості плавки й підвищення видатку шлакоутворюючого матеріалу - вапна. В основу корисної моделі поставлена задача, що полягає у вдосконаленні матеріалу для спінювання металургійних шлаків, у якому за рахунок якісного й кількісного складу забезпечується підвищення спінюючої й модифікуючої здатності шлаків, що приводить до підвищення коефіцієнта використання енергії дуги, забезпечуючи зниження видатку електроенергії, електродів і скорочення тривалості плавки. Поставлена задача вирішується тим, що в матеріалі для спінювання металургійних шлаків, що містить вуглецевмісний матеріал і флюсуючу добавку, що містить оксиди кальцію і магнію, згідно з корисною моделлю, вуглецевмісний матеріал містить не менш 50 % вуглецю, а оксиди кальцію і магнію взяті в карбонатній формі, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: вуглецевмісний матеріал 70,0-85,0; флюсуюча добавка 15,0-30,0. Доцільно як вуглецевмісний матеріал використовувати вугілля фракцією 0,5-5,0 мм. Доцільно як оксиди кальцію, взяті в карбонатній формі використовувати матеріал, що містить вапняк. Доцільно як оксиди кальцію і магнію, взяті в карбонатній формі використовувати матеріал, що містить необпалений доломіт, або магнезит, або суміш вапняку й необпаленого доломіту, або суміш вапняку й необпаленого магнезиту, або суміш вапняку, необпаленого доломіту й необпаленого магнезиту. Використання пропонованого матеріалу для спінювання металургійних шлаків дозволяє підтримувати шлаки в спіненому стані, і як наслідок, забезпечує максимальну передачу енергії дуги металевому розплаву, що приводить до зниження видатку електроенергії, електродів і до скорочення тривалості плавки. Екранування дуги шлаками при цьому позитивно позначається на стійкості водоохолоджуваних елементів стін і зводу печі й вогнетривкої футерівки. Висока ефективність пропонованого матеріалу для спінювання металургійних шлаків досягається за рахунок того, що флюсуюча добавка містить оксиди магнію й оксиди кальцію в карбонатній формі. Реакція дисоціації зазначених компонентів протікає по формулі: Т° Ca(Mg)CO3→Ca(Mg)O+CO2 Використання цих компонентів у складі матеріалу для спінювання металургійних шлаків дозволяє: - знизити видаток більше дорогого вуглецевмісного матеріалу за рахунок того, що при використанні цих компонентів в результаті реакції дисоціації відбувається виділення вуглекислого газу (СО2), що приводить до підвищення спінюючої й модифікуючої здатності; - у результаті того, що в складі пропонованого матеріалу міститься менша кількість вуглецевмісного матеріалу з високим вмістом золи (SiO2) відпадає необхідність додаткового видатку вапна для підтримки основності на необхідному рівні; - у результаті реакції дисоціації оксиду магнію й оксиду кальцію в карбонатній формі відбувається утворення окису кальцію (СаО) і магнію (MgO), що дозволяє не тільки уникнути ; додаткової присадки вапна для нейтралізації SiO2, але й зменшити її видаток для присадки в піч у більш ранні періоди плавки, не втрачаючи при цьому дефосфоруючу здатність шлаків; - внаслідок того, що реакція дисоціації ендотермічна, уведення в робочий простір пропонованого матеріалу поліпшує умови для видалення фосфору, тому що відбувається зниження температури розплаву; - з огляду на той факт, що питома вага пропонованого матеріалу для спінювання шлаків буде більше за рахунок застосування більш важкої флюсуючої добавки, зменшується винос компонентів з робочого простору печі й у такий спосіб зменшується сумарний видаток матеріалу без зниження ефективності спінювання шлаків. Приклад. Проведено випробування пропонованого матеріалу для спінювання шлаків і матеріалу найближчого аналога на Донецькому металургійному заводі при виплавці сталі в дуговій сталеплавильній печі ДСП-120. При випробуванні пропонованого матеріалу використовували 2 UA 77959 U матеріал із суміші вуглецевмісного матеріалу, як такий використовували вугілля, що містить 50 % вуглецю й необпалений доломіт. Матеріал вдмухували в робочий простір печі за допомогою двох копій, призначених для вдмухування вуглецевмісного матеріалу. Приклади використання матеріалу наведені в таблиці. 5 Таблиця Склад матеріалу, мас. %: № пп Марка матеріалу вугілля 1 2 3 4 10 15 М1 М2 М3 Найближчий аналог 70 75 85 необпалений доломіт 30 25 15 Видаток матеріалу, Видаток електроенергії, кг квт·год 900 920 950 1100 390 392 397 402 Таким чином, використання пропонованого матеріалу для спінювання шлаків дозволяє ефективно підтримувати шлаки в спіненому стані за рахунок реакції окислювання вуглецю, що втримується в вуглецевмісному матеріалі, а також за рахунок реакції дисоціації оксиду магнію й оксиду кальцію, узятих у карбонатній формі, що дає можливість максимально використовувати потужність пічного трансформатора дугової сталеплавильної печі, виключивши при цьому шкідливий вплив дуги на водоохолоджувані елементи стін і зводу печі, а також вогнетривку футерівку. При використанні пропонованого матеріалу забезпечуються оптимальні умови для протікання реакції окислювання й видалення фосфору, причому з меншим його видатком і зі зниженням видатку вапна, електроенергії й електродів, що дозволяє в підсумку знизити витрати на виробництво сталі. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 35 1. Матеріал для спінювання металургійних шлаків, що містить вуглецевмісний матеріал і флюсуючу добавку, що містить оксиди кальцію і магнію, який відрізняється тим, що вуглецевмісний матеріал містить не менше 50 % вуглецю, а оксиди кальцію і магнію взяті в карбонатній формі при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: вуглецевмісний матеріал 70,0 - 85,0 флюсуюча добавка до 15,0 - 30,0. 2. Матеріал за п. 1, який відрізняється тим, що як вуглецевмісний матеріал використане вугілля фракцією 0,5-5,0 мм. 3. Матеріал за п. 1, який відрізняється тим, що як оксиди кальцію, взяті в карбонатній формі, він містить вапняк. 4. Матеріал за п. 1, який відрізняється тим, що як оксиди кальцію і магнію, взяті в карбонатній формі, він містить необпалений доломіт. 5. Матеріал за п. 1, який відрізняється тим, що як оксиди магнію, взяті в карбонатній формі, він містить магнезит. 6. Матеріал за п. 1, який відрізняється тим, що як оксиди кальцію і магнію, взяті в карбонатній формі, він містить суміш вапняку й необпаленого доломіту. 7. Матеріал за п. 1, який відрізняється тим, що як оксиди кальцію і магнію, взяті в карбонатній формі, він містить суміш вапняку й необпаленого магнезиту. 8. Матеріал за п. 1, який відрізняється тим, що як оксиди кальцію і магнію, взяті в карбонатній формі, він містить суміш вапняку, необпаленого доломіту й необпаленого магнезиту. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3