Шлакоутворюючий брикет для металургійного виробництва

Реферат: Винахід належить до галузі чорної металургії, а саме до шлакоутворюючого брикету для металургійного виробництва. Шлакоутворюючий брикет для металургійного виробництва містить суміш карбонату магнію, вуглецю, відходи випалу доломіту, узяті в співвідношенні з карбонатом магнію, рівному (0,15-0,75):(0,38-1,0), органічну і/або мінеральну зв'язку, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: карбонат магнію 30,0-66,0, відходи випалу доломіту 10,0-60,0, вуглець 4,5-10,0, органічна і/або мінеральна зв'язка 5,5-14,0. Відходи випалу доломіту містять компоненти в наступному співвідношенні, мас. %: оксид магнію 18,0-40,0, оксид кальцію 40,0-65,0, оксид кремнію 1,5-4,5, оксид заліза 1,5-5,5, оксид алюмінію 0,5-4,5, суміш оксидів лужних металів 1,0-5,0, і були взяті фракцією 0,01-5,0 мм. Винахід забезпечує підвищення швидкості його розчинення в шлаковому розплаві, що швидко нейтралізує "агресивний" вплив початкового шлаку на футерівку плавильного агрегату, та підвищення його екзотермічних властивостей. UA 99698 C2 (12) UA 99698 C2 UA 99698 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі чорної металургії, зокрема до брикетованих флюсів для металургійного виробництва. Відомі сталеплавильні флюси, використовувані для захисту футерівки сталеплавильного обладнання від впливу шлакових розплавів, що містять, мас. %: оксиди магнію 45-70; оксиди заліза 1,0-9,0; оксиди кремнію 0,5-3,0; оксиди алюмінію 0,2-0,6; вуглець 4,0-16,0; втрати при прожарюванні (в.пп.) 20,0-55,0, та основу яких становлять сполуки СО3 і гідрооксидів (ОН)2. Флюси виготовляються у вигляді гранул, одержуваних методом обкочування сирого магнезиту MgCO3 і бруситу Mg(OH)2 у тарілчастому грануляторі (Демидов К.Н., Шатилов О.Ф., Ламухин А.М. и др. Повышение стойкости футеровки конвертеров при введении высокомагнезиальных материалов в плавку // Новые огнеупоры. - 2003. - № 1. - с. 10-14). Недоліком цих флюсів є наявність у них великої кількості гідрооксидів (ОН)2, які спричиняють високу концентрацію водню в відхідних конвертерних газах, що призводить до утворення вибухонебезпечної суміші. Крім того, флюс має високий охолоджувальний ефект за рахунок ендотермічних реакцій дегідратації й декарбонізації, знижуючи температуру шлаку, підвищуючи його в'язкість і, тим самим, погіршуючи шлакоутворення плавки. Це, як правило, викликає необхідність "передуву", а, отже, підвищення вмісту FeO у шлаку, "агресивного" стосовно футерівки. Відомий озалізнений вапняно-магнезіальний флюс, використовуваний як шлакоутворюючий матеріал у відомому способі виплавки сталі в конвертері, що містить, мас. %: оксид магнію 2635; оксид кальцію 46-60; оксид заліза 5-15 (RU, № 2164952 С1, 10.04.2001). Недоліком відомого флюсу є низький вміст MgO у флюсі (не більше 35 мас. %), що не забезпечує швидку нейтралізацію "агресивного" впливу початкового шлаку на футерівку й спричиняє високі виграти флюсу для насичення шлаку (MgO), Ще одним недоліком даного способу є високий вміст у складі флюсу оксидів кальцію, які під впливом вологи атмосфери в процесі транспортування й зберігання утворюють значну кількість сполук Са(ОН) 2. Це спричиняє високий вміст водню в відхідних конвертерних газах, з можливістю утворення вибухонебезпечної суміші, а також призводить до швидкого розкладання флюсу до пилоподібної фракції, що знижує його міцність. Найбільш близьким аналогом заявлюваного винаходу є магнезіальний шлакоутворюючий брикет для конвертерного виробництва сталі (RU, № 2404262 С1, 20.11.2010), що містить суміш карбонату магнію (MgCO3) фракції 0,05-0,1 мм і кальцинованого магнезиту з кальцинованою формою оксиду магнію (MgO) фракції 0,1-1,5 мм, оксиду кальцію (СаО), оксиду заліза (Fe2O3), оксиду кремнію (SiO2), вуглецю (С) і органічну й/або мінеральну зв'язку, у вигляді суміші гідрофобізатора з безводним сполучним при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: MgCO3 41,0-78,5; MgO 15,5-34,0; СаО 1,5-5,0; SiO2 1,0-4,5; Ре2О3 0,5-4,5; С 0,5-4,0; суміш гідрофобізатора з безводним сполучним 2,5-7,0, при цьому кальцинований магнезит з кальцинованою формою оксиду магнію (MgO) і карбонат магнію (MgCO3) в суміші взяті в співвідношенні, мас. %: (16-45):(55-84), відповідно, а гідрофобізатор з безводним сполучним у співвідношенні, мас. %: (40-60):(60-40) відповідно. Передбачається можливість введення модифікатора безпосередньо по ходу конвертерної плавки, у тому числі на початковий шлак для нейтралізації шлаку і підвищення в ньому концентрації MgO, у кількості, що не знижує рафінуючої здатності шлаку у процесі плавки. Відомий брикет не забезпечує досягнення необхідного технічного результату з наступних причин. Наявність у складі брикету значної кількості кальцинованого магнезиту (до 59 мас. %) у сукупності з низьким вмістом вуглецю (до 4,0 мас. %) спричиняє невисоку швидкість розчинення (засвоєння) шлаком оксиду MgO у перші хвилини продувки й не забезпечує швидкої нейтралізації "агресивного" впливу початкового шлаку на футерівку агрегату. Крім того, вміст вуглецю у кількості 0,5-4,0 мас. % не надає екзотермічних властивостей брикету, а, отже, він має значний охолоджувальний ефект. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення шлакоутворюючого брикету для металургійного виробництва, у якому за рахунок зміни якісного й кількісного складу забезпечується підвищення швидкості розчинення компонентів у шлаковому розплаві, що приводить до швидкої нейтралізації "агресивного" впливу початкового шлаку на футеровку агрегату, і його підвищення екзотермічних властивостей. Поставлена задача вирішується тим, що шлакоутворюючий брикет для металургійного виробництва містить суміш карбонату магнію, вуглецю, органічну й/або мінеральну зв'язку, згідно з винаходом, додатково містить відходи випалу доломіту, взяті в співвідношенні з карбонатом магнію, рівному (0,15-0,75):(0,38-1,0), при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: 1 UA 99698 C2 30,066,0 10,0відходи випалу доломіту 60,0 вуглець 4,5-10,0 органічна й/або мінеральна 5,5зв'язка 14,0. Доцільно, щоб відходи випалу доломіту містили компоненти в наступному співвідношенні, мас. %: оксид магнію 18,0-40,0; оксид кальцію 40,0-65,0; оксид кремнію 1,5-4,5; оксид заліза 1,55,5; оксид алюмінію 0,5-4,5; суміш оксидів лужних металів 1,0-5,0. Доцільно, щоб відходи випалу доломіту були взяті фракцією 0,01-5,0 мм. Присутні в складі шлакоутворюючого брикету відходи випалу доломіту, у кількості 10,0-60,0 мас. %, взяті в співвідношенні з карбонатом магнію, рівному (0,15-1,0):(1,0-2,0) фракцією 0,015,0 мм є легкорозчинним компонентом. Поряд з високою швидкістю розчинення, вони також є джерелом оксиду кальцію (СаО) у шлаку, що разом з підвищенням вмісту MgO у шлаку інтенсифікує шлакоутворення вже в перші хвилини плавки й знижує його "агресивність". Зниження вмісту в складі шлакоутворюючого брикету відходів випалу доломіту менше 10 мас. % призводить до зменшення легкорозчинної складової, що погіршує процес рівномірного розосередження й асиміляції компонентів брикету шлаком. Крім того, зниження вмісту відходів випалу доломіту спричиняє підвищення вмісту MgCO3, що призводить до значного збільшення витрат тепла на декарбонізацію й засвоєння компонентів брикету шлаком. Підвищення вмісту в складі шлакоутворюючого брикету відходів випалу доломіту більше 60 мас. % призводить до зменшення концентрації MgO у початковому шлаку (низький вміст MgO у компоненті), що призводить до високої його "агресивності" і викликає необхідність у значному підвищенні витрати досліджуваного матеріалу. До того ж підвищення вмісту в складі шлакоутворюючого брикету відходів випалу доломіту більше 60 мас. % спричиняє значному підвищенню вмісту в ньому оксиду (СаО), "схильного" до гідратації до Са(ОН) 2 з наступним ослабленням міцності брикету. Наявність у складі шлакоутворюючого брикету органічної й/або мінеральної зв'язки у кількості 5,5-14,0 мас. % дозволяє в процесі його брикетування, по-перше, міцно скріпити компоненти під дією високого тиску на брикет, а по-друге, при введенні в шлаковий розплав під дією високої температури зв'язка з брикету вигоряє, сприяючи його швидкому розпаду на дрібні фракції, які, розчиняючись, знижують "агресивність" шлаку. Наявність органічної й/або мінеральної зв'язки в складі брикету менше 5,5 мас. % не забезпечує високих міцнісних властивостей брикету через недостатнє зчеплення між компонентами в процесі брикетування. Збільшення в складі брикету органічної й/або мінеральної зв'язки більше 14 мас. % ускладнює його виготовлення тому, що при стисненню сировинної маси буде виділятися рідка фаза органічних і/або мінеральних сполук, що може призвести до виходу з ладу брикет-преса. Наявність у складі шлакоутворюючого брикету карбонату магнію в кількості 30,0-66,0 мас. % призводить до того, що в процесі декарбонізації магнезиту (MgCO3) виділяється СО2 при нагріванні і руйнує цілісність брикету, відбувається розпад на дрібні фракції, інтенсифікуючи розчинення й асиміляцію шлаком компонентів брикету, що призводить до швидкої нейтралізації "агресивного" впливу початкового шлаку на футеровку агрегату. Зниження вмісту в шлакоутворюючому брикеті карбонату магнію менше 30,0 мас. % призводить до зменшення концентрації MgO у початковому шлаку, і високої його "агресивності", що спричиняє необхідність у значному підвищенні витрати досліджуваного матеріалу. Збільшення вмісту в складі шлакоутворюючого брикету карбонату магнію більше 66,0 мас. % призводить до значного збільшення витрат тепла на декарбонізацію й засвоєння компонентів шлаком. Також рясне виділення СО2 при розкладанні карбонату магнію може викликати неконтрольоване спінювання шлаку, аж до аварійного викиду шлакометалевої емульсії. Процес прогріву й розчинення шлакоутворюючого брикету також прискорює вуглець у його складі в кількості 4,5-10,0 мас. %. Вуглець взаємодіє з оксидами заліза в рідкому шлаку, у результаті екзотермічної реакції виділяється теплова енергія, що характеризує екзотермічні властивості матеріалу. Крім того, наявність вуглецю необхідна для відновлення оксидів заліза, що втримуються в шлаковому розплаві, зниження яких зменшує корозію вогнетривів у сталеплавильних агрегатах. При вмісті вуглецю в складі шлакоутворюючого брикету нижче 4,5 мас. %, він не буде мати екзотермічні властивості тому, що при такому вмісті вуглецю виділення теплової енергії в результаті реакції вуглецю з оксидами заліза буде незначним й недостатнім для мимовільного прогріву й компенсації охолоджувального ефекту. При підвищенні вмісту карбонат магнію 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 2 UA 99698 C2 5 10 15 20 25 вуглецю в складі брикету більше 10,0 мас. % збільшується ймовірність неконтрольованого спінювання шлаку, а також знизиться концентрація основних реагентів брикету. Приклад. Пропоновані шлакоутворюючі брикети й відомий брикет одержували в такий спосіб. Пропоновані шлакоутворюючі брикети виготовляли з наступних матеріалів: природний магнезит (карбонат магнію - MgCO3) подрібнювали до фракції 0,01-5,0 мм. Відходи випалу доломіту, що містять компоненти в наступному співвідношенні, мас. %: оксид магнію 34,0; оксид кальцію 49,1; оксид кремнію 3,3; оксид заліза 6,5; оксид алюмінію 1,2; оксиди лужних металів (оксид натрію + оксид калію) 5,9, подрібнювали до фракції 0,01-5,0 мм. Потім отримані компоненти змішували в змішувачі з додаванням вуглецю фракцією 0,3 мм у вигляді антрацитового дріб'язку, і суміші вапняного молока (СаО+Н2О) з мелясою у якості органічної й мінеральної зв'язки. Після цього здійснювали пресування підготовленої суміші на пресі барабанного типу і отримували брикети розміром 40×40 мм. Відомий шлакоутворюючий брикет по найближчому аналогу виготовляли шляхом здрібнювання природного магнезиту до фракції 0,08 мм і кальцинованого магнезиту до фракції 1,0 мм. Потім підготовлені матеріали змішували в змішувачі із сумішшю нафтового масла й фенольним порошкоподібним сполучним й додаванням коксового дріб'язку як вуглецьвмісного матеріалу. Після цього здійснювали пресування підготовленої суміші на пресі барабанного типу і отримували брикети розміром 40×40 мм. Отримані брикети пропонованого й відомого складу використовували таким чином. У конвертер ємністю 350 т завалили лом (110 т), на нього вводили вапно (4,5 т) і шлакоутворюючі брикети (1,5 т). Після заливки 270 т чавуну з температурою 1320 °C продували 3 метал киснем з інтенсивністю 1460 м /хв. Наприкінці 2 хв. продувки вводили вапно (4,6 т) і шлакоутворюючі брикети (2,0 т). Наприкінці 5 хв. продувки вводили ще порцію вапна (4,5 г), а на 12-й хв. продувки - шлакоутворюючі брикети в кількості 1,0 т. Після закінчення продувки здійснили вимірювання температури, відібрали проби металу й шлаку і зливали метал у ківш. У таблиці 1 наведені склади пропонованого (варіанти №№ 1-3) і відомого (варіант № 4) шлакоутворюючих брикетів, у таблиці 2 наведені отримані результати досліджень. Таблиця 1 Вміст компонентів шлакоутворюючого брикету, мас. % № п/п Відходи Карбонат випалу Вуглець Зв'язка магнію доломіту 1 30 60,0 4,5 5,5 2 50 35,0 6,5 8,5 3 66 10,0 10,0 14,0 суміш нафтового 4* 61,4 3,5 масла й ФПС - 5,0 Співвідношення відходів випалу доломіту й карбонату магнію Фракційний склад відходів випалу доломіту, мм 1:2 0,7:1 0,15:1 0.01 2,5 5,0 *Брикет по найближчому аналогу додатково містить, мас. %: кальцинований магнезит (периклазовий порошок для сталеплавильного виробництва за ДСТ 24862-81) - 30,1 мас. %. 30 Таблиця 2 № п/п 1 2 3 Найближчий аналог Час розчинення компонентів брикету, хв 3,6 3,1 2,9 4,0 Вміст MgO y Температура Тривалість Вміст FеO у шлаку початковому металу на продувки, хв. на випуску, % шлаку, % випуску, °C 10,5 11,4 13,8 1660 1659 1670 18,4 19,1 18 16,5 16,0 14,5 10,4 1654 19,2 17,2 3 UA 99698 C2 5 10 15 Аналіз отриманих результатів досліджень, наведених у таблиці 2, дозволяє зробити висновок, що шлакоутворюючі брикети пропонованого складу перевершують відомий по всьому комплексі досліджуваних властивостей, а саме: часу розчинення компонентів брикету на 30 %, більш високий вміст MgO у початковому шлаку підтверджує швидкунейтралізацію "агресивного" початкового шлаку. Більше низький вміст FeO у кінцевому шлаку при високій температурі випуску металу й меншої тривалості продувки говорить про те, що шлакоутворюючі брикети пропонованого складу мають екзотермічні властивості. При візуальному контролі на дослідних плавках відзначене раннє шлакоутворення, швидке "запалювання" плавки й рівний характер продувки без виносу шлакоутворюючих матеріалів і викидів з конвертера, шлаки на повалці мали гарну рухливість. Низький вміст FeO у шлаку при досить високих температурах випуску металу свідчить про відсутність охолоджувального ефекту від присадок шлакоутворюючих брикетів. Таким чином, використання пропонованого шлакоутворюючого брикету забезпечує підвищення швидкості його розчинення в шлаковому розплаві, що призводить до швидкої нейтралізації "агресивного" впливу початкового шлаку на футерівку агрегату, і підвищення екзотермічних властивостей. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 30 1. Шлакоутворюючий брикет для металургійного виробництва, що містить суміш карбонату магнію, вуглецю, органічну і/або мінеральну зв'язку, який відрізняється тим, що додатково містить відходи випалу доломіту, взяті в співвідношенні з карбонатом магнію, рівному (0,150,75):(0,38-1,0), при наступному співвідношенні компонентів в шлакоутворюючому брикеті, мас. %: карбонат магнію 30,0-66,0 відходи випалу доломіту 10,0-60,0 вуглець 4,5-10,0 органічна й/або мінеральна зв'язка 5,5-14,0. 2. Шлакоутворюючий брикет за п. 1, який відрізняється тим, що відходи випалу доломіту містять компоненти в наступному співвідношенні, мас. %: оксид магнію 18,0-40,0, оксид кальцію 40,0-65,0, оксид кремнію 1,5-4,5, оксид заліза 1,5-5,5, оксид алюмінію 0,5-4,5, суміш оксидів лужних металів 1,0-5,0. 3. Шлакоутворюючий брикет за п. 1, який відрізняється тим, що відходи випалу доломіту взяті фракцією 0,01-5,0 мм. Комп’ютерна верстка І. Скворцова 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