Брикет металлургический: публикации

Журнал металлург, №1, 2003 г.

Железоуглеродосодержащие брикеты - как метод утилизации, расширения сортамента подготовленной шихты и улучшение технико-экономических показателей электропередела. Опыт плавки в электродуговых печах ДСП РУП "БМЗ"

На металлургических заводах, особенно неполного цикла, а также на машиностроительных, имеющих металлургическое производство, часто не хватает шихтовых материалов - чугуна и лома. В то же время образуются слабомобильные отходы металлургического производства - стальная окалина различного происхождения, шламы очистных сооружений, содержащие значительное количество оксидов железа. Используемые отходы, как правило, отправляются в отвалы, хотя могут быть возвращены в сталеплавильное производство в виде брикетов, приготовленных из оксидосодержащих материалов углеродного восстановителя и связки.

По опыту российских и зарубежных предприятий оптимальным местом утилизации отходов метзаводов является их собственное производство, поскольку:

- по содержанию основных компонентов улавливаемые мелкие отходы (в основном пыли и шламы) близки к используемой в данном производстве шихте;

- менее жесткие требования при использовании отходов в собственном производстве, чем в случае их отправки сторонним организациям;

- наличие на метзаводах свободных мощностей и развитой инфраструктуры;

- большие трудности (и даже невозможность) транспортировки мелкодисперсных и влажных отходов, шлама на далекие расстояния.

Только брикетирование, из- за особенности своего технологического цикла, способно вернуть отходы в металлургический передел, с достаточно высокой рентабельностью, улучшить экологию.

Металлургические брикеты - композиционный шихтовый материал для сталеплавильного производства, имеющий ряд принципиальных отличий от традиционных видов металлошихты. Одно из них - возможность изменять химический и фракционный состав, что позволяет говорить об уникальности и значимости материала данного класса для металлургии стали.

Эта способность обуславливает технологичность применения этого материала в качестве составной части металлошихты при выплавке стали в электродуговых печах.

Углерод, как элемент - восстановитель в составе брикета, максимально приближен к оксидам железа и имеет ряд преимуществ по сравнению с другими элементами восстановителями, а именно - один из продуктов реакции восстановления окислов железа твердым углеродом является газообразный монооксид углерода, в то время как при использовании в качестве восстановителя других элементов образуются твердые или жидкие оксиды, переходящие в шлаковую фазу. Пузырьки CO способствуют всплытию и ассимиляции в шлаке неметаллических включений, в то время как оксиды:Si, Mn, Al могут ухудшать свойства шлака. Кроме этого монооксид углерода сам является восстановителем, что обусловлено особенностями строения молекулы СО.

Теплогенерация от окисления дополнительного количества углерода, вводимого в состав брикетов приводит к увеличению тепловой мощности печи, что может обеспечить улучшение ее технико-экономических показателей при условии эффективной утилизации тепловой энергии из газовой фазы для технологического процесса выплавки стали.

По сути своей оксидожелезоуглеродосодержащие брикеты предназначены заменить чугун или лом. В процессе нагрева и расплавления брикетов в сталеплавильной печи железо восстанавливается из оксидов и расплав науглераживается до необходимой концентрации. Поэтому расширение применения металлургических брикетов, частично заменяющих шихтовые материалы, весьма актуально, тем более, как отмечалось выше, просматривается ряд технологический преимуществ в процессе окисления углерода на протяжении длительного периода плавки.

К основным причинам недостаточного использования брикетирования в СНГ следует отнести сегодня следующее:

- неправильный выбор места и объема утилизации отходов;

- упрощенный (некомплексный) подход к решению проблемы;

- использование неэффективных способов (технологий) брикетирования.

Понятны пути решения этих трех проблем:

- максимальное приближение изготовления брикетов к техногенным месторождениям и, соответственно, предприятиям-потребителям;

- создание металлургического самовосстанавливающегося и самоплавкого брикета с использованием нетрадиционного вяжущего и углеродистого наполнителя для всех видов металлургического передела, т.е. принципиально новой композиционной шихты;

- использование резерва имеющегося вибропрессовального оборудования для производства строительных изделий и создание упрощенных вибропрессовальных автоматических линий для производства металлургического брикета.

Наиболее экономически выгодной и экологически безопасной является холодное брикетирование. Недостатки ранее принятой технологии изготовления брикетов на штемпельных, револьверных, вальцевых прессах (низкая производительность, сложность оборудования, ограниченность в размерах и т.д.) полностью решаются на вибропрессовальных линиях по производству строительных изделий.

Предложен способ изготовления брикета, включающий подготовку шихты, содержащей окисленный железосодержащий материал, связующее и пластификатор, ее смешивание, увлажнение водным раствором и уплотнение смеси давлением при формировании брикета прессованием, увлажнение смеси производят водным раствором пластификатора с концентрацией раствора, обеспечивающей достижение требуемой прочности брикета, при этом уплотнение смеси производят с удельным давлением равным 0,02-0,1 МПа с одновременным воздействием на смесь вибрации с частотой 30-70 Гц, и амплитудой колебания 0,2-0,6 мм.

ООО «ЭкоМашГео» 11 июля получила от РУП БМЗ прокатную окалину, которая явилась основной компонентной составляющей брикета. Затем в августе были изготовлены пять видов (по 60 тонн каждого) железоуглеродосодержащих брикетов по описанной выше технологии согласно ТУ 0320-002-55978394-01.

 

Компонентный и химический состав приведены в таблице №1.

Таблица №1

Наименование партии

Компонентный состав, % по массе

Химический анализ, % по массе

Вариант №1

БЖУ 50/16.19

Вес нетто 65 тонн

Вагон №67006225

Прокатная окалина - 69,0

Углеродосодержащий материал - 21,8

Связующее - 9,2

Feобщ- 50,15

CuO - 4,90

MgO - 0,70

K2O+Na2O - 0,07

Al2O3 - 0,10

P2O5 - 0,01

C - 16,10

SiO2 - 2,90

S - 0,25

MnO - 0,30

Cr2O3 - 0,06

TiO2 - 0,09

Вариант №2

БЖУ 51/16.19

Вес нетто 65 тонн

Вагон №67006225

Прокатная окалина - 69,0

Углеродосодержащий материал - 21,8

Связующее - 9,2

Feобщ- 50,10

CuO - 4,95

MgO - 0,68

K2O+Na2O - 0,07

Al2O3 - 1,08

P2O5 - 0,01

C - 16,00

SiO2 - 2,98

S - 0,24

MnO - 0,29

Cr2O3- 0,06

TiO2 - 0,09

Вариант №3

БУЖ 51/15.19

Вес нетто 65 тонн

Вагон №64331259

Прокатная окалина - 70,7

Углеродосодержащий материал - 20,1

Связующее - 9,2

Feобщ- 51,95

CuO - 4,85

MgO - 0,84

K2O+Na2O - 0,08

Al2O3 - 1,11

P2O5 - 0,01

C - 15,12

SiO2 - 2,89

S - 0,21

MnO - 0,28

Cr2O3- 0,06

TiO2 - 0,09

Вариант №4

БЖУ 54/17.19

Вес нетто 65 тонн

Вагон №62740023

Прокатная окалина - 46,0

Углеродосодержащий материал - 21,8

Связующее - 9,2

Металлодобавка - 23,0

Feобщ- 54,25

CuO - 4,89

MgO - 0,88

K2O+Na2O - 0,07

Al2O3 - 1,08

P2O5 - 0,02

C - 17,2

SiO2 - 3,40

S - 0,30

MnO - 0,35

Cr2O3- 0,06

TiO2 - 0,09

Вариант №5

БЖУ 51/19.19

Вес нетто 65 тонн

Вагон №63903256

Прокатная окалина - 69,0

Углеродосодержащий материал - 28,8

Связующее - 9,2

Feобщ- 51,16

CuO - 5,0

MgO - 0,85

K2O+Na2O - 0,07

Al2O3 - 0,60

P2O5 - 0,009

C - 19,8

SiO2 - 2,10

S - 0,20

MnO - 0,32

Cr2O3 - 0,06

TiO2 - 0,09

 

Прочность на сжатие изготовленных брикетов составила 15,3 - 15,6 МПа, открытая пористость 15-16%.

Определение осыпаемости брикетов производились по двум методикам:

- по ГОСТ 2787-75

- по методике, адаптированной к реальным условиям сталеплавильного производства БМЗ.

Брикеты успешно прошли испытания на осыпаемость по обеим методикам, т.е. потеря массы по ГОСТ 2787 составила 2,7%. После 10-ти кратного сбрасывания 5,8%, с выходом фракции - 5 мм в потерянной массе - 3,6%.

Определение температурного интервала размягчения проводилось на лабораторной установке по определению температурного интервала размягчения железорудных материалов по ГОСТ 26517-85 в токе азота. Результаты испытаний размягчаемости брикетов следующие:

температура начала размягчения 995 оС

температура окончания размягчения 1400 оС

температурный интервал размягчения 405 оС

(для вариантов №1, 2, 3, 5)

При приемке на РУП «БМЗ» отмечались низкие магнитные свойства брикетов во всех вариантах, включая вариант с чугунной стружкой. При загрузке брикетов в корзины максимальный вес ( в подъеме одной магнитной шайбы) составил 100-140 кг.(10-16 штук) вместо 500-600 кг. по штатной технологии. Низкие магнитные свойства брикетов отрицательно сказываются на проведении погрузочно-разгрузочных работ. В связи с этим во избежании перепростоев корзин под погрузкой, была ограничена доля брикетов в составляющей части металлошихты до 4-5 тонн, что составляет 40-50 подъемов магнитной шайбой. Попытка загрузки корзины лепестковым гидравлическим грейфером приводило к частичному разрушении брикетов при сжатии.

Приспособление, которыми пользуются при погрузке- выгрузке строительных изделий, так называемых захватов отсутствовало. Наличие захватов сняло бы эту проблему..

Брикеты загружали на «подушку» из легковесного лома весом 5-7 тонн в завалочные и подвалочные корзины. При загрузки наблюдали частичное разрушение углов и ребер брикетов. Брикеты располагались по периметру корзины компактно, аналогично как при загрузке чушкового чугуна. Расплавление металлошихты производили в режиме штатной технологии.

Марочный сортамент, где использовались брикеты, химический состав в первой пробе представлены в Таблице 2. Для сравнения в период испытания было взято количество одних и техже марок стали практически с одинаковым составом металлошихты, но без брикетов, где также определялся химический состав на содержание С, Р, S при расплавлении.

 

Таблица 2.

С использованием брикетов

Без использования брикетов

 

Марка стали

Количество плавок, шт.

Среднее количество брикетов на плавку, кг.

Среднее содержание по массе, %

Марка стали

Количество плавок, шт.

Среднее содержание по массе, %

 

 

 

С

Р

S

C

P

S

Ст3сп

20

4800

0,23

0,007

0,047

Ст3сп

24

0,14

0,003

0,041

Ст1сп

16

4700

0,17

0,006

0,048

Ст1сп

18

0,12

0,004

0,039

25Г2С

13

5000

0,18

0,007

0,042

460В

18

0,13

0,003

0,043

SAE1008

2

4500

0,12

0,008

0,043

 

 

 

 

 

AT500C

4

4700

0,24

0,007

0,048

 

 

 

 

 

Ст3сп

3

4200

0,13

0,006

0,043

 

 

 

 

 

20Г2

1

4800

0,15

0,005

0,047

 

 

 

 

 

Всего:

59

 

Всего:

60

 

 

 

Массовую долю брикетов в завалку рассчитывали исходя из необходимого содержания углерода в металле по расплавлении. При анализе результатов химического состава в опытных плавках с брикетами и сравнительных без брикетов наблюдается значительный прирост процентного содержания углерода. Например, в 20 опытных плавках стали ст3сп, среднее содержание углерода по расплавлении брикетов составило 0,23 %, в то же время в 24 плавках без брикетов этих же марок стали, содержание углерода в первой пробе равнялось 0,14 %. Аналогично виден прирост содержания углерода в сталях марки ст1сп, 25Г2С, 460В.Анализ большого массива плавок с брикетами и без брикетов показывают, что увеличение содержания углерода по расплавлении колеблется и находится в пределах от 0,05 % до 0,09 %. Это связано с различным содержанием углерода в брикетах.

Процентное содержание Р и S значительно возросло в сталях с использованием брикетов (см. табл. 3). Это показывает, что произошло полное или частичное восстановление P и S в металл из брикетов. Этот факт необходимо учитывать при разработке компонентных составов брикетов с целью уменьшения вредных примесей.

Процесс восстановления визуально хорошо наблюдался, когда при ручном вводе нескольких (5-7) брикетов в жидкий расплав ванны печи происходило выделение пузырьков газа, которые мгновенно вспыхивали за счет догорания СО.

Угар металлошихты с применением брикетов не определяли, потому что не проводился материальный баланс плавки. В большегрузных печах получить стабильный результат по расходному коэффициенту металлошихты с использованием 4-5 т брикетов проблематично по ряду объективных причин.

По литературным данным при выплавке сталей в 25 тонных дуговых печах с использованием брикетов до 2,0 т, что составляет 8 % от массы шихты, угар металлошихты не превышал 7,75 % при среднем угаре без брикетов 10,6 %. Этот факт является основанием для проведения исследовательской работы по определению расходного коэффициента металлошихты с применением брикетов в плавильных агрегатах, но малой мощности. Такие плавильные агрегаты на РУП «БМЗ» имеются. Проведя моделирование и получив статические данные, можно более точно произвести коррекцию расходного коэффициента металлошихты с брикетами применительно к большегрузным печам.

В Таблице 3 представлены средние значения режимов выплавки стали опытных и сравнительных плавок.

Таблица 3

Средние значения режимов выплавки стали опытных и сравнительных плавок.

Плавки

количество

Средние значения

Удельный расход э/энергии, кВт/тж

Удельный расход э/энергии, кВт/тг

Удельный расход СаО,

Кг/тг

Удельный расход кокса,

Кг/тг

Удельный расход О2, м3/тг

Выход годного, %

Удельный расход металошихты, кг/тг

Опытные

(59пл.)

 

514,38

523,12

61,24

4,42

15,64

87,93

1142,9

сравнительные

(60пл.)

509,83

522,49

51,65

5,41

12,89

88,09

1140,6

 

Данные таблицы 4 показывают, что средний удельный расход электроэнергии на плавках с использованием брикетов выше на 0,63 кВт/т годного чем в сравнительных, что составляет 0,2 %, т.е средние удельные расходы электроэнергии практически находятся на одном уровне. Незначительное превышение можно объяснить нестабильной работой ДСП-1,2 в период проведения испытаний из-за отсутствия металлошихты, хотя по прогнозам расход электроэнергии должен быть меньше.

Значительное увеличение (9,59 кг/тг) удельного расхода извести на опытных плавках можно объяснить тем, что на ранний стадии образования жидкой фазы, при проплавлении примерно 30-50 % металлошихты завалочной корзины, а особенно при проплавлении подвалки заметно было бурное образование пенистого шлака, который самотеком сливался в шлаковую чашу, поэтому требовалась частая присадка извести для шлакообразования. (Эту проблему в будущем можно решить увеличением высоты порога смотрового окна). При этом электропечь работала стабильно, без оголения электрической дуги.

Положительный эффект раннего образования пенистых шлаков влияет на процесс окисления твёрдых частиц углерода, находящихся в брикетах с образованием СО, что в дальнейшем, при использовании в шихте брикетов позволит получить значительное снижение удельного расхода электроэнергии и кокса, что и было отмечено на отдельных плавках, где удельный расход составлял 498-506 кВт на тонну годной заготовки.

Низкий процент выхода годного и высокие удельные расходы металлошихты объясняется тем, что в период испытаний в составляющей части шихты в опытных и сравнительных плавках использовалось 20-30 % легковесного лома и по 5,0 т металлической стружки, что значительно увеличивает процент угара. Металлическую стружку необходимо включить в состав брикетов при изготовлении последующей партии.

На основании опытно-промышленных плавок можно сделать следующие выводы:

- оксидоуглеродсодержащие брикеты являются новым шихтовым материалом, частично или полностью заменяющим чугун или стальной лом;

- брикеты вспенивают шлак и обеспечивают более раннее и полное экранирование электрических дуг;

- брикеты имеют правильную форму и вес, обладают высокой прочностью и хорошей транспортабельностью;

- использование отходов (давальческое сырье), содержащих оксиды железа, для производства брикетов, предназначенных для выплавки стали, являются реальным путем ресурсосбережения;

- брикеты улучшают восстановительную атмосферу в печи.

Таким образом, подтверждается несомненная технологичность нового вида шихты- оксидожелезоуглеродосодержащих брикетов, а также возможность совершенствования металлургических свойств с целью улучшения технико-экономических параметров плавки и расширения сортамента подготовленной шихты для электросталеплавильного передела.

Контактная информация:
тел./факс: +7 (4872) 45-81-16,(4872) 40-42-98, моб. +7 (910) 941-78-05 Котенёв Василий Ильич
E-mail: mashgeo@tula.net, briket@briket.ru

Создание: MAXiMaster  

©2002-2009 ЭкоМашГео