Состав для стабилизации распадающихся металлургических шлаков и способ его получения

(51) 04 5/06 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(57) Изобретение относится к области металлургии,касается состава для стабилизации распадающихся металлургических шлаков и способа получения. Предложены состав для стабилизации распадающихся металлургических шлаков и способ его получения, исключающие негативное воздействие на свойства обрабатываемого шлака, выплавляемого металла и окружающую среду. Состав для стабилизации распадающихся металлургических шлаков включает ингредиент, содержащий оксид бора - безводное боросиликатное стекло в количестве не менее 30, остальное - кристаллы монтичеллита и шпинелида. Способ получения состава для стабилизации распадающихся металлургических шлаков включает выемку, дробление и обогащение исходной боратовой руды по классу минус 150 мм с последующим плавлением этого класса при температуре не выше 1300 С и дроблением продуктов плавки до крупности не более 80 мм.(72) Святов Болат АманжоловичГриненко Валерий ИвановичПетлюх Петр Степанович Есенжулов Арман БекетовичКаванов БакитгерейРазин Александр БорисовичГрабеклис Альфред АльфредовичДемин Борис ЛеонидовичБабенко Анатолий Алексеевич(73) Акционерное общество Транснациональная компания Казхром(54) СОСТАВ ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ РАСПАДАЮЩИХСЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ШЛАКОВ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 16973 Изобретение относится к области металлургии,касается состава для стабилизации распадающихся металлургических шлаков и способа получения. Известны составы для стабилизации металлургических шлаков, в частности, от наиболее распространенного силикатного распада, вызванного полиморфными превращениями двухкальциевого силиката (2 или 2), входящего в состав шлака, включающего оксиды 23, 2 О 3, В 2 О 3,К 2 О Р 2 О 5, С 2 О 3 (Гинье А., Рнгур М., структура портландцементных минералов. 5-й международный конгресс по химии цемента. М. Стройиздат, 1973),а также соединения 3 СаО Р 2 О 5, 4, СаС 2 О 4,образующие твердые растворы с высокотемпературными формами - , , идвухкальциевого силиката (Комплексная переработка и использование металлургических шлаков в строительстве/ Горшков - М. Стройиздат, 1985, с.272). Признаки аналогов, которые совпадают с существенными признаками заявляемого объекта, являются- способность растворяться в высокотемпературных формах двухкальциевого силиката с образованием твердых растворов- способность входить в решетку 2 в количествах, достаточных для их стабилизации. К недостаткам, по мнению авторов, относятся- высокий расход для обеспечения стабилизации шлаков- необходимость обеспечения высоких температур при обработке шлака для получения стабилизирующего эффекта- негативное влияние на изменение свойств обрабатываемого шлака и выплавляемого металла. Близкими по технической сущности к заявляемому изобретению являются составы, содержащие бор, предложенные в способе стабилизации распадающегося сталеплавильного шлака, а именно бура,кернит, колеманит, содержащие 4-12 кристаллизационной влаги (патент США 4655831, кл. С 21 В 5/04, 07.04.1987). Общими признаками, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются- способность растворяться в высокотемпературных формах 2 с образованием твердых растворов. К недостаткам этих составов следует отнести- наличие сопутствующих минералов, в частности кристаллизационной влаги и гипса, последние при обработке шлака дегидрадируют, диссоциируют с образованием оксида водорода, сульфида кальция и серосодержащих газов, свободного водорода и серы, которые имеют тенденцию перехода в стабилизируемый шлак, выплавляемый металл и в окружающую среду- негативное влияние на изменение свойств обрабатываемого шлака и выплавляемого металла Совокупность этих недостатков привела к тому,что указанные составы практически не используются для стабилизации распадающихся шлаков. Задачей изобретения является разработка состава для стабилизации распадающегося металлургического шлака и способа, его получения, исключающих негативное воздействие ингредиентов состава на свойства обрабатываемого шлака, выплавляемого металла и окружающую природную среду. Указанный технический результат достигают тем,что состав для стабилизации распадающихся металлургических шлаков включает ингредиент, содержащий оксид бора - безводное боросиликатное стекло в количестве не менее 30, остальное - кристаллы монтичеллита и шпинелида, а способ получения состава для стабилизации распадающихся металлургических шлаков включает выемку, дробление и обогащение исходной боратовой руды по классу минус 150 мм с последующим плавлением этого класса при температуре не выше 1300 С и дроблением продуктов плавки-безводного борсиликатного стекла, с растворенными в нем кристаллами монтичеллита и шпинелида,до крупности не более 80 мм. Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом заключается в следующем 1. Состав для стабилизации распадающихся шлаков содержит легкоплавкое боросиликатное стекло,оксид бора которого имеет высокую растворимость в высокотемпературных - , , иформах 2 с образованием кристаллической решетки иррегулярной структуры открытого типа, способствующей сохранению высокотемпературных форм при охлаждении шлака. 2. Высокая растворимость оксида бора в высокотемпературных формах 2 способствует ограничению массы добавки для стабилизации двухкальциевого силиката и соответственно шлака, в состав которого он входит. 3. Состав лишен кристаллизационной воды и минералов-спутников боратовой руды, содержащих серу. Это способствует снижению негативного воздействия состава для стабилизации шлаков застабилизированного шлака, выплавляемого металла и окружающую среду в процессе обработки шлака стабилизирующим составом. 4. В состав входит монтичеллит и шпинелид традиционные минералы металлургических шлаков. Заявляемые состав и способ его получения могут быть реализованы в промышленности. Состав для стабилизации распадающихся шлаков подбирали путем проведения серии экспериментов, сущность которых заключалась в растворении добавокстабилизаторов в шлаках, содержащих двухкальциевый силикат и имеющих неустойчивую структуру. В частности, это шлаки средне- и низкоуглеродистого феррохрома, синтетические шлаки внепечной обработки стали, высокоосновные доменные,сталеплавильные и ферросплавные шлаки. В качестве экспериментальных составов использовали добавки с различным содержанием В 2 О 3, в 16973 различных физических формах, включая обработанную боратовую руду и буру и колеманит. Оценивали стабилизирующий эффект вводимых добавок, их влияние на изменение состава и свойств шлака, выплавляемого металла и выбросы в окружающую среду. Результаты экспериментов сведены в таблицы 1, 2. Таблица 1 Результаты подбора ингредиентов состава, обеспечивающего стабилизации распадающегося шлака Наименование определяемого Содержание в составе безводного боросиликатного стеклапараметра 15-19 20-29 30-50 50 Количество вводимой 3,80-6,40 2,8-4,6 1,90-3,10 0,8-1,2 добавки от массы шлака,Количество застабилизи 45-70 25-90 100 100 рованного шлака,Переход В 2 О 3 в шлак,0,16-0,19 0,18-0,19 0,20-0,34 0,35 Переход В в металл,0,0013-0,0018 0,0018-0,0027 0,0027-0,0048 0,0050 Таблица 2 Сравнение результатов стабилизации шлаков добавками, содержащими В 2 О 3 Параметры Наименование стабилизирующих добавок Бура (8 кристалли- Колеманит (12 кри- Состав, содержащий зационной воды) сталлизационной во- 30 боросиликатноды) го стекла 1 2 3 4 Расчетное количество вводимых доба 0,8-1,2 0,6-0,9 1,9-3,1 вок от массы шлака,Степень усвоения добавок шлаком,42-56 68-75 95-98 Количество застабилизированного 60-80 55-70 98-100 шлака,Вещества, переходящие в состав шлака и оказывающие негативное влияние на 2 свойства шлака Вещества, переходящие в состав и оказывающие негативное влияние на вы, 2, 2 Значения параметров, приведенные в таблице 1,подтверждают, что состав для стабилизации всего объема обрабатываемого шлака должен содержать в качестве ингредиента не менее 30 боросиликатного стекла. В этом случае в шлак из добавки переходит до 98 оксида бора. При меньшем содержании боросиликатного стекла переход оксидов бора в шлак уменьшается, несмотря на увеличение количества вводимой в шлак стабилизирующей добавки. Соответственно сокращается количество застабилизированного шлака. Сравнение стабилизирующего эффекта, оказываемого заявляемым составом с составами, приведенными в прототипе (таблица 2), показывает, что по расчетам для стабилизации всего объема шлака требуется в среднем в два раза меньше буры и в три раза меньше колеманита. Степень усвоения оксида бора из этих добавок шлаком значительно ниже, чем при обработке заявляемым составом. При этом в состав шлака переходит оксид натрия, который негативно воздействует на свойства застабилизированного шлака. Выделяемая в процессе обработки шлака кристаллизационная вода диссоциирует и способствует выносу частиц добавки в окружающую среду и переходу кислорода и водорода в состав выплавляемого металла. Неразделимым спутником колеманита является гипс, последний в процессе обработки разлагается с выделением кристаллизационной влаги, сульфида кальция, элементарной серы и атомарных кислорода и водорода, которые взаимодействуют с металлом и снижают его качество. Заявляемый состав не содержит кристаллизационной влаги и разлагающегося гипса. Температура плавления боросиликатного стекла соизмерима с температурой плавления шлака, реакция с обрабатываемым шлаком происходит спокойно без бурного кипения и выноса частиц буры, парообразования и выделения соединений серы. Оксид бора практически полностью переходит в шлак и способствует полному проявлению стабилизирующего эффекта и улучшению прочностных свойств застабилизированного шлака. Кристаллы монтичеллита и шпинелида, растворенные в боросиликатном стекле, не оказывают негативного воздействия на обрабатываемый шлак,выплавляемый металл и окружающую среду. Способ получения состава для стабилизации шлаков обусловлен свойствами исходного сырья, содержащего оксиды бора. В качестве сырьевого материала используется боратовая руда Индерского месторождения, содержащая до 32 оксида бора. Минеральной основой боратовой руды являются гидробо 3 16973 раты щелочных и щелочноземельных металлов. В состав боратовых руд входит кристаллизационная влага, гипс, кальцит, доломит, глины, органические соединения и т.д., которые оказывают негативное влияние на свойства обрабатываемого шлака, выплавляемого металла и окружающую среду. Заявляемые признаки способа отработаны исходя из требований, предъявляемых к составу для стабилизации шлаков, а именно- держание в составе для стабилизации шлаков не менее 30 боросиликатного стекла- отсутствие в составе ингредиентов, оказывающих негативное влияние на свойства обрабатываемого шлака, выплавляемого металла и окружающую среду. Граница разделения по крупности выбрана с учетом распределения оксида бора в кусках породы различной крупности. Результаты оценки распределения В 2 О 3 в кусках руды показаны в таблице 3. Таблица 3 Оценка распределения оксида бора в боратовой руде. Крупность кусков боратовой 150 120-150 70-120 40-70 0-40 руды Содержание В 2 О 3,0,15-2,0 2,0-6,0 4,5-10,0 6-12 6-18 Выход класса,по массе В таблице 4 приведены данные по содержанию боросиликатного стекла в составе для стабилизации шлаков в зависимости от крупности исходной боратовой руды. Таблица 4 Содержание боросиликатного стекла в составе для стабилизации шлака. Крупность исходной боратовой руды, мм 0-300 0-150 Содержание боросиликатного стекла в составе для ста 18-30 32-46 билизации шлака,Выход кондиционного состава,65-80 100 Данные таблиц 3 и 4 показывают, что удаление крупных кусков из состава исходной боратовой руды способствует увеличению выхода кондиционных составов для стабилизации шлаков. Температура плавки боратовой руды выбрана с учетом содержания посторонних примесей в составе и расходом электроэнергии на плавку (табл. 5). Таблица 5 Влияние температуры плавки на содержание посторонних примесей в составе и расход электроэнергии. Температура плавки, С 1100-1200 1200-1290 1300 1350 Содержание посторонних примесей в 3,6-12,0 1,2-3,6 0,5-1,2 0,6-1,0 готовом составе,Расход электроэнергии на базовую 19001680-1750 1750-1820 1850-1900 тонну состава, кВт/баз. т 2400 В табл. 5 видно, что повышение температуры плавки выше 1300 С приводит к резкому увеличению расхода электроэнергии без заметного снижения посторонних примесей в составе для стабилизации шлаков. Продукты плавки после охлаждения дробят до крупности минус 80 мм. Такая крупность состава для стабилизации шлаков выбрана с учетом условий распределения и усвоения состава обрабатываемым шлаком. Результаты подбора крупности состава приведены в табл. 6. Таблица 6 Влияние крупности состава для стабилизации шлаков на проявление стабилизирующего эффекта. Крупность состава, мм 0-50 0-80 0-120 Количество застабилизированного шлака при 92-96 96-98 78-82 массе состава 2,5 от массы шлака,Удельный расход электроэнергии на дробле 6,4 5,4 5,2 ние состава, кВтч/т Таким образом, причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого способа получения состава для стабилизации распадающихся шлаков и достигаемым техническим результатом заключается в следующем 1. Ограничение крупности исходной боратовой руды размером менее 150 мм обеспечит содержание в составе не менее 30 боросиликатного стекла. 4 2. Плавление исходной боратовой руды при температуре не выше 1300 С способствует удалению посторонних примесей, оказывающих негативное влияние на свойства обрабатываемого шлака, выплавляемого металла и выбросы в окружающую среду без значительного увеличения расхода электроэнергии. 3. Дробление охлажденных продуктов плавки до крупности минус 80 мм способствует повышению 16973 условий его ввода в состав шлака и ограничению расхода электроэнергии. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Состав для стабилизации распадающихся металлургических шлаков, включающий оксид бора в виде минералов боратовой руды, в котором ингредиенты состава содержат оксид бора в виде безводного боросиликатного стекла в количестве не менее 30,остальное - кристаллы монтичеллита и шпинелида. 2. Способ получения состава для стабилизации распадающихся шлаков, включающий выемку,дробление и обогащение исходной боратовой руды по классу минус 150 мм с последующим плавлением этого класса при температуре не выше 1300 С и дроблением продуктов плавки до крупности не более 80 мм.