Застосування титановмісної добавки як засобу для підвищення довговічності облицювання печі

Реферат: Об'єктом даного винаходу є застосування титановмісної добавки як засобу для підвищення довговічності облицювання печі при інжекції у металургійну піч у виробництві сталі. UA 100674 C2 (12) UA 100674 C2 UA 100674 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Об'єктом даного винаходу є титановмісна добавка, спосіб її одержання та її застосування. Застосування титановмісних добавок у металургійних процесах відоме з давніх часів. При цьому дія титановмісних добавок ґрунтується на утворенні стійких до високих температур та зносостійких Тi(С,N)-сполук, які характеризуються залежною від температури розчинністю у чавуні. При недосягненні межі розчинності, що зокрема може відбуватися у пошкоджених ділянках горну через збільшення відведення тепла назовні, відбувається виділення Ті(С,N)сполук із чавуну, їх відкладення у більш зношених частинах кладки і таким чином спостерігається так званий внутрішній "ефект гарячого ремонту". З цією метою різні титановмісні матеріали використовують в металургійних процесах або для виготовлення продуктів. У випадку використовуваних у рівні техніки титановмісних добавок йдеться зазвичай про титановмісні матеріали. Так, наприклад, відомими є застосування залишків з процесу одержання ТіО 2 (ТіО2залишків) як титановмісної добавки у металургійній промисловості. В DE-C-4419816 описана титановмісна добавка, що складається із ТіО2-залишків та інших речовин. DE-C-19705996 описує спосіб одержання ТіО2-вмісної добавки. При цьому суміш із ТіО2залишків та заліза або відповідно сполук заліза піддають термічній обробці при температурі від 200 до 1300С. Недоліком цього технічного методу є повільне дозування та суміш ТіО 2-залишків з іншими компонентами добавки. ЕР-А-0 611 740 описує застосування залишків з процесу одержання ТіО2 (ТіО2-залишків) разом з іншими компонентами як титановмісної добавки для підвищення стійкості вогнетривкої кладки печі. При цьому в ході здійснення затратних способів із залишків одержують ТіО 2-вмісні формовані вироби, такі як брикети, гранули або гранулят. Однак ці продукти є дуже великогрудчастими та не можуть або можуть лише з поганими результатами бути використані у металургійних процесах і для одержання продуктів. Крім того відомим є впорскування тонкодисперсних титановмісних добавок безпосередньо в область горну. Впорскування тонкодисперсних титановмісних добавок в область горну має ряд переваг: - введення відбувається безпосередньо поряд із пошкодженим місцем або відповідно з ділянками кладки, які необхідно захистити, таким чином титановмісні речовини можуть бути використані цілеспрямовано та у більш низьких концентраціях; - час дії, зокрема у випадку проблемних ділянок стінки печі, є більш коротким; утворення накипу при застосуванні титановмісних речовин у шахті доменної печі не спостерігається; - зменшені витратні кількості та підвищений ступінь перетворення на Ti(C,N)-сполуки приводять до покращення якості шлаків через зниження вмісту ТіО 2 і таким чином до вигідного збуту гранульованого доменного шлаку без будь-яких проблем. Відомим є також використання ільменіту (ільменітова структура; FeTiO3) як природного джерела необхідного титану для зменшення зносу доменної печі. Для одержання діоксиду титану як вихідну речовину використовують компонент титанової руди ільменіт, мінерал, що має формулу FeTiO3. З цією метою ільменіт використовують також у комбінації з компонентом титанової руди рутилом (ТіО2). Видобування ільменітової руди здійснюють відкритим способом. При цьому руду подрібнюють спочатку на маленькі шматочки розміром приблизно 12 мм та після цього перемелюють до одержання тонкодисперсного порошку. Домішки, що містяться у руді, виділяють витратним способом. Після виділення жильних мінералів із руди одержують ільменітовий концентрат, вміст діоксиду титану в якому становить приблизно 50 мас. % (у перерахунку на загальний вміст титану). (Якщо надалі мова йтиме про вміст діоксиду титану в мас. %, то під цим, якщо не зазначено нічого іншого, в рамках даного винаходу слід розуміти частку вміст діоксиду титану у перерахунку на загальний вміст титану.) Як сировину для одержання діоксиду титану використовують також шлаки, що містять велику кількість діоксиду титану. При цьому із родовища видобувають ільменітову руду та подрібнюють її. Після цього подрібнену руду змішують з вугіллям та плавлять у дуговій електропечі. При цьому одержують маловуглецеву високоякісну сталь. Збагачений діоксидом титану шлак, який в ході здійснення цього процесу випадає в осад, наприклад, так званий шлак Сореля, може містити до 90 мас. % діоксиду титану (у перерахунку на загальний вміст титану). На відміну від синтетичних титановмісних матеріалів природні титановмісні матеріали через їх велику грудчастість або відповідно недостатню дрібнозернистість є непридатними або лише частково та з поганими результатами придатними для застосування у металургійних процесах, для застосування у вогнетривких матеріалах, для впорскування у металургійні печі з метою підвищення стійкості кладки печі, для впорскування у піношлак при одержанні сталі, для застосування у льоткових масах, для застосування у вугільних/графітових електродах, для 1 UA 100674 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 застосування як добавки для будівельних матеріалів, для вуглецевої/графітової цегли, для вуглецевих/графітових мас для набивки, для виробів на прищепленому вуглеці, як каталізатори. Недостатня дрібнозернистість та ребриста структура частинок цієї природної сировини через її абразивні властивості при застосуванні, наприклад, при вдуванні у доменну піч, спричиняють сильну ерозію (корозій; зношення...) у фурмах, так що тривале застосування є неможливим. При одержанні продуктів швидкість реакції при використанні природних титановмісних матеріалів через їх велику грудчастість або відповідно недостатню дрібнозернистість є незадовільною та призводить до невигідних результатів. В результаті цього природні титановмісні матеріали, що існують в такій формі, не можуть бути використані як титановмісні добавки в рамках даного винаходу. Задача даного винаходу полягала у одержанні титановмісних добавок на природній основі. Інша задача даного винаходу полягала у одержанні титановмісних добавок на основі збагачених ТіО2 шлаків. Під "титановмісною добавкою" в рамках даного винаходу слід розуміти тонкодисперсні титановмісні добавки, які в процесах або в ході одержання продуктів разом з придатними учасниками реакції, що включені в ці процеси або використовуються в ході одержання продуктів, здатні утворювати стійкі до високих температур та зносостійкі титанові сполуки, такі як, наприклад, титанати алюмінію, титанати магнію, сполуки Ti(C,N) або суміші цих сполук. "На природній основі" в рамках даного винаходу означає, що титановмісний компонент титановмісних добавок до 100 % складається із природного титановмісного матеріалу. Зокрема задача даного винаходу полягала у одержанні таких титановмісних добавок • для застосування у металургійних процесах, • для застосування у вогнетривких матеріалах, • для впорскування у металургійні печі з метою підвищення стійкості кладки печі, • для застосування в процесі одержання сталі, • для утворення піношлаків при одержанні сталі, • для застосування у льоткових масах, • для розбризкуваних, текучих та/або відновлювальних мас, • для застосування у вугільних/графітових електродах, • для застосування як добавки для будівельних матеріалів, • для застосування у вуглецевій/графітовій цеглі, для застосування у вуглецевих/графітових масах для набивки, для застосування у виробах на прищепленому вуглеці, • для застосування як каталізатори. Ця задача згідно з винаходом вирішується за допомогою ознак незалежного пункту. Переважні форми виконання наведені у залежних пунктах. Згідно з винаходом з цією метою титановмісні матеріали подрібнюють відповідним чином. При цьому подрібнення можна здійснювати, наприклад, у штифтовому млині, млині Колоплекс (Coloplex), Циркоплекс (Zirkoplex), паровому або струминному млині, у шаровому млині або у подрібнювачі з одночасною сушкою. Дисперсність одержуваного таким чином титановмісного матеріалу на 100 % становить менше 5 мм, переважно менше 2 мм, особливо переважно менше 0,5 мм та найбільш переважно менше 0,2 мм. Середній розмір частинок згідно з винаходом становить переважно від 0,01 мкм до 2000 мкм, найбільш переважно від 0,1 мкм до 1000 мкм. Одержаний таким чином матеріал в рамках даного винаходу є придатною титановмісною добавкою. Як титановмісні вихідні матеріали можуть бути використані титанові руди, збагачені діоксидом титану шлаки або суміші цих матеріалів будь-якого складу. Титанові руди та збагачені діоксидом титану шлаки, які використовують для одержання титановмісної добавки згідно з винаходом, містять від 15 до 95, переважно від 25 до 90 мас. % ТіО2 (у перерахунку на загальний вміст титану). Титанові руди можуть бути використані для одержання титановмісної добавки у неочищеному вигляді або після виділення домішок, а також жильних мінералів. Добавка згідно з винаходом містить від 20 до 98, переважно від 25 до 95, особливо переважно від 30 до 95, найбільш переважно від 40 до 90 мас. % ТіО 2 (у перерахунку на загальний вміст титану). Добавка згідно з винаходом окрім титановмісних матеріалів, вибраних із титанових руд та/або збагачених діоксидом титану шлаків, може містити також синтетичні матеріали, що містять діоксид титану. Передбачені згідно з винаходом синтетичні матеріали, що містять діоксид титану, включають від 20 до 100, переважно від 30 до 100 мас. % ТіО2 (у перерахунку на загальний вміст титану). 2 UA 100674 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 При цьому синтетичні матеріали, що містять діоксид титану, можуть бути вибрані з наведених нижче матеріалів або їх сумішей: - проміжні, побічні та/або готові продукти з процесу одержання діоксиду титану. При цьому матеріали можуть походити з процесу одержання діоксиду титану сульфатним способом, а також з процесу одержання діоксиду титану хлоридним способом. Проміжні та побічні продукти можуть бути одержані з поточного процесу одержання ТіО 2; - залишки з процесу одержання діоксиду титану. При цьому матеріали можуть походити з процесу одержання діоксиду титану сульфатним способом, а також з процесу одержання діоксиду титану хлоридним способом; якщо необхідно, матеріали попередньо обробляють перед використанням для одержання титановмісної добавки, наприклад, нейтралізують, промивають та/або підсушують; - залишки з хімічної промисловості, наприклад, ТіО2-вмісних каталізаторів, наприклад, каталізаторів DENOX. Синтетичні матеріали, що містять діоксид титану, можуть бути використані у формі порошків, фільтраційного осаду, паст або суспензій. Добавку згідно з винаходом одержують шляхом змішування титановмісних матеріалів. Додатково титановмісні матеріали можна піддавати термічній обробці. Під термічною обробкою розуміють переважно сушку, особливо переважно сушку при температурі від 100 до 1200°С. В рамках даного винаходу передбачене також спочатку окреме подрібнення титановмісних матеріалів, а потім та їх подальше змішування у змішувачі при бажаному співвідношенні залежно від їх застосування. Крім того згідно з винаходом передбачене спочатку змішування титановмісних матеріалів, а потім їх подрібнення після термічної обробки залежно від їх застосування. Залежно від цілей застосування титановмісна добавка згідно з винаходом може містити інші допоміжні речовини та/або добавка, наприклад, вугілля, відновлювальне вугілля та/або оксиди металів, наприклад, оксиди заліза. Добавки згідно з винаходом використовують: • у металургійних процесах, • у вогнетривких матеріалах, • для впорскування у металургійні печі з метою підвищення стійкості кладки печі, • в процесі одержання сталі, • для утворення піношлаків при одержанні сталі, • у льоткових масах, • у розбризкуваних, текучих та/або відновлювальних масах, • у вугільних/графітових електродах, • як добавки для будівельних матеріалів, • для виготовлення вуглецевої/графітової цегли, вуглецевих/графітових мас для набивки, виробів на прищепленому вуглеці, • як каталізатори. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 50 55 1. Застосування титановмісної добавки, що містить титановмісні матеріали, які здатні утворювати з реакційним партнером, присутнім при одержанні металургійних продуктів, стійкі при високій температурі і зносостійкі сполуки титану, і титановмісні матеріали складаються принаймні частково з природних титановмісних матеріалів і/або частково із збагачених діоксидом титану шлаків, причому титановмісна добавка має до 100 % дисперсність менше ніж 0,2 мм, для інжекції в металургійні печі для підвищення довговічності облицювання печей при виробництві сталі. 2. Застосування за п. 1, яке відрізняється тим, що стійкими при високих температурах і зносостійкими сполуками титану є титанати алюмінію, титанати магнію, Ti(C, N)-сполуки або суміші таких сполук. 3. Застосування за п. 1, яке відрізняється тим, що як титановмісний матеріал добавка містить титановмісні руди та синтетичні титановмісні матеріали. 4. Застосування за п. 1 або 3, яке відрізняється тим, що як титановмісний матеріал добавка містить збагачені ТіО2 шлаки та синтетичні титановмісні матеріали. 5. Застосування за п. 1 або 3, яке відрізняється тим, що як титановмісний матеріал добавка містить титановмісні руди, збагачені ТіО2 шлаки та синтетичні титановмісні матеріали. 3 UA 100674 C2 5 10 6. Застосування за будь-яким з пп. 3-5, яке відрізняється тим, що титановмісною рудою є ільменіт, рутил або титановмісний шлак Сореля. 7. Застосування за будь-яким з пп. 1-6, яке відрізняється тим, що добавка містить від 20 до 98 мас. % ТіO2 у перерахунку на загальний вміст титану. 8. Застосування за будь-яким з пп. 3-7, яке відрізняється тим, що синтетичні титановмісні матеріали вибрані із щонайменше одного з наведених нижче матеріалів або їх сумішей: - проміжні, побічні та/або готові продукти з процесу одержання діоксиду титану, причому матеріали можуть походити з процесу одержання діоксиду титану сульфатним способом, а також з процесу одержання діоксиду титану хлоридним способом, а проміжні та побічні продукти можуть бути одержані з поточного процесу одержання ТіО 2, - залишки з процесу одержання діоксиду титану або їх суміші, причому матеріали можуть походити з процесу одержання діоксиду титану сульфатним способом, а також з процесу одержання діоксиду титану хлоридним способом, - титановмісні залишки з хімічної промисловості. 15 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 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 4