Разработка и исследование связующих добавок для брикетирования отсевов силикомарганца

  На ОАО «Никопольский завод ферросплавов» с августа 2003 г. эксплуатируется комплекс брикетирования ферросплавной мелочи, созданный по технологическому регламенту, разработанному Институтом черной металлургии. Регламентом предусмотрено брикетирование отсевов с использованием двух видов связующих, испытанных до начала проектирования комплекса – органического связующего (ОС) и жидкого стекла(ЖС). В настоящее время основным вариантом производства является брикетирование мелкофракционного (0–6 мм) силикомарганца на ОС. Органическое связующее очень технологично в применении, придает брикетируемой шихте высокую пластичность, обеспечивает высокие прочностные свойства сырых и высушенных брикетов.

В то же время цены на ОС (в качестве которого используются мука низших сортов, отходы мукомольного производства) подвержены существенным колебаниям. При длительном хранении этих материалов могут иметь место явления слеживания, затрудненной выдачи из бункеров. Передозировка ОС в шихту может привести к повышенному содержанию углерода в брикетах, которое, как правило, ограничивается потребителями на уровне 2,5 %. Для создания условий стабильной работы установки брикетирования необходимо иметь возможность перехода на другие виды связующих без существенных изменений существующей технологической линии. Поэтому для исследователей и производственников, занимающихся брикетированием отсевов SiMn, вопросы поиска и опробования других видов связующих имеют важное практическое значение

Среди многообразия органических и неорганических веществ только относительно небольшое их число может быть использовано в качестве связующих для брикетирования силикомарганца. При выборе связующих должны учитываться не только их хорошие вяжущие свойства, от которых зависят прочностные показатели брикетов, но и уровень обеспечения связующими влагостойкости и термостойкости, отсутствие в их составе вредных примесей, экологическая безопасность. Кроме того, они должны быть дешевыми, недефицитными и обеспечиваться ресурсами Украины. Для конкретных условий брикетного комплекса НЗФ связующие должны обеспечивать химический состав брикетов согласно требований ДСТУ на ферросиликомарганец марки МНС 17 с содержанием углерода не более 2,5 % и серы до 0,03 %.

В данной работе при брикетировании отсева SiMn были, кроме вышеупомянутых ЖС и ОС, опробованы в качестве связующих ряд других веществ. В частности, использовали отходы производства:

1. лигносульфонат технический (ЛСТ) – отход переработки древесины в целлюлозу; ЛСТ может применяться как в жидком, так и в порошко- образном виде;

3. сульфатное мыло – отход целлюлозно–бумажного производства.

Применяли также новую, разработанную в ИЧМ связку, состоящую из раствора натриевых мыл жирных кислот с добавками оксида кальция и железного купороса. Упрочнение брикетов на этой связке происходит в результате химических реакций между компонентами связующего и брикетируемого материала при вылеживании в естественных условиях, т.е. не требуется термическая сушка и сопровождающие ее дополнительные энергозатраты

Резервом снижения содержания углерода в брикетах при работе на ОС является снижение его содержания в шихте по сравнению с принятым сейчас на НЗФ количеством – 3,0–3,5 мас. %. Поэтому были оценены прочностные свойства брикетов на ОС при существенном уменьшении доли связующего (до 1,5 %). Анализ показывает, что применение каждой из указанных связок имеет свои достоинства и недостатки и позволяет достичь определенных качественных характеристик брикетов. Об этом свидетельствуют результаты экспериментальных исследований.

Эксперименты по исследованию уплотнения шихт, отработке режи- мов получения прессовок на лабораторной установке и брикетов на экс- периментальном валковом прессе проводили с использованием методик и оборудования, описанных ранее [2,3]. Сравнительную оценку прочност- ных свойств сырых и высушенных прессовок, а также прессовок, испы- танных на термостойкость (путем помещения на 10 мин. в муфельную печь, нагретую до 900^oС) производили по величине прочности на сжатие при приложении разрушающего усилия к торцевой поверхности образцов диаметром 30 и высотой 18 мм. В опытах использовали отсев силикомарганца НЗФ крупностью 0–6 мм. Гранулометрический состав материала был следующим: 0–1 мм – 34,96 %; 1–2 мм – 21,55 %; 2–3 мм – 17,69 %; 3–5 мм – 23,89 %; 5–7 мм – 1,91 %.

По данным химлаборатории НЗФ, в отсеве содержалось 71,3 % Mn; 17,8 % Si; 1,7 % С; 0,15 % Р; 8,4 % Fe. Характеристики шихт и прессовок из отсева SiMn с различными связующими приведены в табл. 1.

Таблица 1. Характеристики шихты и прессовок из отсева SiMn с различными связующими

Из табл.1 следует, что резкого различия в плотности сырых прессовок не наблюдается. Наименее прочными в сыром виде являются прессовки на ЖС. Следовательно, в технологической линии производства к сырым брикетам на ЖС необходимо применять щадящий режим их рассева и транспортировки на сушку. Наиболее прочными являются прессовки на ОС. Даже при уменьшении количества ОС вдвое (с 3,0 до 1,5%) их как в сыром, так и в высушенном виде остается высокой. Хорошие ре- зультаты получены при использовании ЛСТ. При введении в шихту всего 1 % порошка ЛСТ обеспечивается не только высокая прочность прессовок, но также высокая термостойкость (1670 кг/образец) и влагостойкость (780 кг/образец). Влагостойкость оценивали по прессовок, выдержанных в течение суток в воде. При высокой прочности прессовок на мелассе вопросы их термостойкости и влагостойкости требуют дополнительного исследования. Достаточно высокими прочностью и влагостойкостью обладают прессовки на связке из мыл жирных кислот. При этом более эффективным, чем сушка, является их упрочнение при вылеживании в естественных условиях. Так, σ_сжпрессовок после вылеживания в течение суток достигает 1200 кг/ образец, а после 3–х суток 1830 кг/ образец. Термостойкость достигает 1100–1200 кг/ образец.

Из большинства составов, приведенных в табл.1, на эксперименталь- ном валковом прессе были получены пробные партии брикетов «пельменеобразной» формы объемом 10,5–11,0 см³. Все они удовлетворительно противостояли ударным нагрузкам, сохраняли целостность при испытаниях на термостойкость. Химический анализ брикетов, выполненный в лаборатории НЗФ, приведен в табл. 2. Именно химический анализ и явился определяющим фактором оценки применимости опробованных свя- зующих в технологии производства брикетов из отсевов SiMn. Так, использование сульфатного мыла становится весьма проблематичным вследствие внесения в брикеты повышенного содержания углерода. Дешевая связка на основе натриевых мыл жирных кислот является источником повышения серы сверх регламентированных 0,03 %.

Таблица 2. Химический состав брикетов

С точки зрения как приемлемого химического состава, так и потреби- тельских свойств брикетов альтернативой применяющемуся в качестве основного органическому связующему может служить ЛСТ. Анализ показывает, что его применение не требует изменений в технологической схеме и схеме цепи аппаратов для получения силикомарганцевых брикетов. По предварительным расчетам, такая замена будет экономически оправданной. Другой перспективной связкой, при более детальной доработке технологии, может оказаться меласса. Будучи в 2,5–3 раза дешевле ОС, она достаточно технологична в применении.

Наряду со всеми упомянутыми выше факторами, влияющими на вы- бор связующих, обязательно должна учитываться и «жесткость» шихты, определяющая давление прессования и влияющая на износ формующих элементов валков брикетного пресса. В каждом конкретном случае необходимо стремиться к оптимальному варианту связующего, которое обеспечивает высокие потребительские свойства брикетов, технологичность и экономичность процесса их производства. характеризующих большой спектр различных по своим свойствам отходов.