CZ2017815A3

CZ2017815A3 - Briketa či peleta pro vsázku do metalurgických agregátů

Info

Publication number: CZ2017815A3
Application number: CZ2017-815A
Authority: CZ
Inventors: Martin Gajdzica
Original assignee: Martin Gajdzica
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2017-12-19
Publication date: 2019-10-16
Also published as: CZ308005B6

Abstract

Řešení se týká brikety či pelety pro vsázku do metalurgických agregátů, zejména brikety či pelety na bázi hutních odpadových materiálů a podsítných frakcí jinak obvyklých vsázkových materiálů, jejíž vnitřní struktura je v celém jejím objemu pórovitá, tvořená póry v podobě mikrokanálků a/nebo mikrokapes, jejichž velikost, objem a množství je přímo úměrné potřebám rychlosti natavení a tepelné odolnosti brikety či pelety v metalurgickém agregátu a obsahu Fe v briketě či peletě. Objem pórů tvoří 1 až 39 % objemových z celkového objemu brikety nebo pelety, přičemž optimální procentuální podíl objemu pórů z celkového objemu brikety nebo pelety je dán vztahem(1), kde: v= optimální procentuální podíl objemu pórů v % objemových, a = obsah Fe v briketě a/nebo v peletě v % hmotnostních, b = potřebná teplota pro zahájení natavování briket a/nebo pelet ve °C, t = potřebný čas k úplnému roztavení briket a/nebo pelet v s. Minimální procentuální podíl objemu pórůz celkového objemu brikety nebo pelety je pak dán vztahem= 0,6(2), a maximální procentuální podílobjemu pórů z celkového objemu brikety nebo pelety vztahem1,4(3).

Description

Vynález se týká brikety či pelety pro vsázku do metalurgických agregátů, zejména brikety či pelety na bázi hutních odpadových materiálů a podsítných frakcí jinak obvyklých vsázkových materiálů.

Dosavadní stav techniky

Za účelem opětovného zhodnocení kovových odpadových materiálů, vznikajících při výrobě a zpracování železných i neželezných kovů, se tyto odpadové materiály v současné době již běžně zhutňují obvykle za přítomnosti pojivá do podoby briket nebo pelet, které se pak v této podobě znovu používají jako přísada do vsázek metalurgických agregátů. Tyto způsoby opětovného zhodnocení a využití kovových odpadových materiálů jsou známy i z celé řady patentových spisů, například z patentu CZ 297694, jehož předmětem je přísadová briketa do vsázky pro hutní agregáty, vytvořená na bázi hutních odpadů a pojiv, která obsahuje v hmotnostním množství 50 až 98 % kovonosných a/nebo nemetalických hutních odpadů ve formě jemných prachových podílů, jemné frakce a/nebo stabilizovaných hutních kalů, 1 až 25 % pojiv, zbytek voda a případné doprovodné odpadové primíseniny. Při způsobu její výroby se hutní odpady ve formě prachových a/nebo kusových částic a/nebo kalu navzájem míchají společně s pojivém a vodou, načež se za působení tlaku a případně vibrací zpracovávají do tvaru briket. Nestabilní hutní kaly se přitom nejprve chemicky stabilizují přimícháním stabilizátoru, načež se po stabilizační dobu vystaví jeho působení za účelem ukončení v nich probíhajících reakcí.

Obdobným známým řešením je řešení dle patentu CZ 304321, jehož předmětem je rovněž způsob výroby stabilizované přísadové brikety z kovonosných a/nebo nemetalických materiálů. Dalším známým řešením je řešení dle patentu CZ 304323, jehož předmětem je přísada do vsázky metalurgických tavičích agregátů, která je vytvořena ve formě briket a/nebo pelet a která alespoň z části obsahuje zkusověné jemnozmné, prachové či drobné kusové odpadové produkty a/nebo druhotné suroviny. Jednotlivé brikety a/nebo pelety přitom dle tohoto patentu sestávají z vnitřního jádra, které je opatřeno nejméně jednou obalovou vrstvou, tvořící jeho vnější ochranné pouzdro, přičemž toto vnitřní jádro a jeho ochranné pouzdro jsou zhotoveny z navzájem odlišných základních materiálů či jejich směsí.

Z užitného vzoru CZ 24347 U1 je pak známý metalurgický recyklát, obsahující předpřipravenou směs 3 až 25 % hmota, feritických podílů znečištěných látkami ropného původu s 1 až 25 % hmota, sorbentu a/nebo s 1 až 25 % hmotn. nauhličovadla, dále pak 40 až 80 % hmota, ostatních feritických podílů, 5 až 15 % hmotn. pojivá a zbytek další doprovodné primíseniny.

Jiná takováto zhodnocení kovových odpadových, případně i nekovových materiálů jsou dále známá například z užitného vzoru CZ 23992 U1 i z řady zahraničních spisů. Žádný z těchto spisů však neřeší problematiku zejména vlastního chování z nich zhotovených briket či pelet v metalurgickém agregátu, kdy v průběhu tavícího procesu u nich mnohdy může docházet k jejich nepravidelnému natavování nebo i nežádoucímu rozstřelu s negativním vlivem na celou tavbu. Pouze do určité míry je tato problematika řešena v patentovém spisu US 4231797 Al v němž jsou popsány železné pelety s makropóry, u kterých je zkoumán vztah mezi makroporezitou těchto pelet a jejich různými vlastnostmi včetně teploty měknutí a teploty tání. Způsob výroby redukovaných železných pelet s porezitou 20 až 50 % je pak známý ze spisu EP 2189547 Al. Optimální vyřešení problematiky chování z nich zhotovených briket či pelet v metalurgickém agregátu, je proto úkolem nyní předkládaného vynálezu.

- 1 CZ 2017 - 815 A3

Podstata vynálezu

Tento úkol je do značné míry splněn briketou či peletou pro vsázku do metalurgických agregátů, zejména briketou či peletou na bázi hutních odpadových materiálů a podsítných frakcí jinak obvyklých vsázkových materiálů, s porézní vnitřní strukturou v celém jejím objemu, tvořenou póry v podobě mikrokanálků a/nebo mikrokapes, jejichž velikost, objem a množství je přímo úměrné jednak potřebám rychlosti natavení a tepelné odolnosti brikety či pelety v metalurgickém agregátu a jednak obsahu Fe v briketě či peletě, přičemž objem pórů tvoří 1 až 39 % objemových z celkového objemu brikety nebo pelety, podle nyní předkládaného vynálezu. Podstata tohoto vynálezu přitom spočívá v tom, že optimální procentuální podíl objemu pórů z celkového objemu brikety či pelety je dán vztahem:

v_opt = a*b/t (1), kde značí: v_opt - optimální procentuální podíl objemu pórů v % objemových, a - obsah Fe v briketě a/nebo v peletě v % hmotnostních, b - potřebná teplota pro zahájení natavování briket a/nebo pelet ve °C, t - potřebný čas k úplnému roztavení briket a/nebo pelet v sekundách, přičemž minimální procentuální podíl objemu pórů v_m!„ v % objemových z celkového objemu brikety nebo pelety je dán vztahem

Vmin ⁼ 0,6 * Vopt (2) a maximální procentuální podíl objemu pórů v_mCa v % objemových z celkového objemu brikety nebo pelety je dán vztahem v_max=lA* Vopt (3),

Podstata vynálezu spočívá dále vtom, že póry jsou vyplněny vzduchem a/nebo nekovovými látkami s nízkou teplotou vzplanutí nebo tepelného rozkladu. Těmito nekovovými látkami, přimíšenými do základního kovového odpadového materiálu brikety nebo pelety, mohou být například uhlí, dřevěné uhlí, koks, antracit, lignit, případně i různé druhy jiných nekovových odpadních materiálů či vedlejších produktů z hutní výroby. Základním kovovým odpadovým materiálem brikety nebo pelety mohou být například okuje, obrusy, otrysky, různé druhy koncentrátů, separátů, aglomerátů, hutních odprašků či kalů, podsítné frakce z výroby a opracování oceli a/nebo jejich různě kombinované směsi.

Podstata vynálezu spočívá dále v i tom, že alespoň část pórů prochází s výhodou celým objemem brikety nebo pelety a vychází na její vnější povrch, čímž je dosaženo její alespoň částečné prodyšnosti, která pak přispívá k jejímu velmi rychlému natavení v metalurgickém agregátu.

Tyto póry, resp. mikrokanálky nebo mikrokapsy u do briket či pelet zhutněného vsázkového materiálu podle tohoto vynálezu pak poměrně překvapivě slouží k natavování briket či pelet v optimálním teplotním pásmu dle požadované rychlosti tavení v metalurgickém agregátu. Kombinací zejména množství pórů, volby základního materiálů briket či pelet, volby množství a druhu nekovových látek, vyplňujících alespoň z části tyto póry, a mírou prodyšnosti briket či pelet lze přitom optimální teplotní pásmo jejich natavování poměrně přesně řídit.

Tento inovativní postup je velmi přínosný obzvlášť v dnešní době, kdy se firmy snaží o co nej efektivnější průběh taveb. To totiž ve většině případů znamená zrychlení procesu natavování nebo jeho intenzifikaci. Proto se stává, že brikety, které byly vyráběny před 5 až 10 lety, by v

-2CZ 2017 - 815 A3 dnešních podmínkách nebyly efektivní, pokud by se nepracovalo s mikrokanálky a mikrokapslemi (mikrokapsami). Důvodem je to, že by se v dnešních podmínkách brikety a pelety již nemusely efektivně natavovat a nemuselo by dojít k plnému natavení briket a/nebo pelet a v hutním agregátu by i po „odpichu mohly zůstávat zbytky, které by se ve zkráceném procesu natavování nedokázaly plně přetransformovat zpěvné formy do konzistence tekuté. Z toho důvodu je nezbytně nutné v dnešní době intenzifikace a zrychlování taveb vyrábět brikety s optimálním množstvím pórů ve formě mikrokanálků a mikrokapes.

Příklady uskutečnění vynálezu

Příklad 1

V prvním příkladném provedení se jedná o briketu, která je určena ke zpracování ve vysoké peci. Její základ tvoří směs podsítných frakcí z výroby a opracování oceli (okuje, koncentrát, podsítný aglomerát) s celkovým obsahem Fe po přepočtu na Fekov činí 63 % hmotn. Briketa by měla mít takové vlastnosti, aby k jejímu měknutí, resp. pozvolnému natavování začalo docházet v teplotním pásmu 750 °C. Do té doby tvoří briketa součást kostry vsázky vysoké pece a zlepšuje i její průdyšnost. Doba natavování by proto měla být 2 hodiny.

Po dosazení do vztahu (1), kde a je rovno 63 (% hmotn. obsahu Fe v briketě), b má hodnotu 750 (°C) a t se rovná 7200 (sek), tak vychází v_opt o hodnotě 6,56 a při použití vztahů (2) a (3) vycházejí hodnoty v_mm o velikosti 3,94 a v_max o velikosti 9,18. To znamená, že celkový objem pórů, resp. mikrokanálků a/nebo mikrokapes tvoří v optimálním případě 6,56 % objemových z celkového objemu brikety nebo by měl být alespoň v rozmezí 3,94 až 9,18 % objemových z celkového objemu brikety.

Konkrétní poměr vzduchových a materiálových póru, resp. mikrokapes a/nebo mikrokanálků je pak stanoven na základě konkrétních podmínek v daném hutním agregátu a dlouhodobého výzkumu přihlašovatele. V tomto případě je 80 % pórů vyplněno vzduchem a 20 % pórů nekovovými látkami s nízkým bodem vzplanutí nebo tepelného rozkladu, v tomto případě podsítným koksem. Jednotlivé póry z 10 % procházejí celým objemem brikety či pelety až na jejich vnější povrch.

Příklad 2

Ve druhém příkladném provedení se jedná o pelety, kde je požadavek na zpracování ve vysoké peci zákazníka. Základem pelety je směs podsítných frakcí z výroby a opracování oceli (okuje, koncentrát, podsítný aglomerát) a v níž celkový obsah Fe po přepočtu na Fekov tvoří 69 % hmotn. Peleta přitom musí mít takové vlastnosti, aby k jejímu měknutí (pozvolnému natavování) začalo docházet v teplotním pásmu 850 °C s dobou natavování 1,75 hodiny.

Po dosazení do vztahu (1), kde a je rovno 69 (% hmotn. obsahu Fe v briketě), b má hodnotu 850 (°C) a t se rovná 6300 (sec), tak vychází v_opt o hodnotě 9,31 a při použití vztahů (2) a (3) vycházejí hodnoty v_mm o velikosti 5,59 a Vmax o velikosti 13. To znamená, že celkový objem pórů, resp. mikrokanálků a/nebo mikrokapes tvoří v optimálním případě 9,31 % objemových z celkového objemu brikety nebo by měl být alespoň v rozmezí 5,59 až 13% objemových.

Konkrétní poměr vzduchových a materiálových pórů, resp. mikrokapes a/nebo mikrokanálků je pak opět stanoven na základě konkrétních podmínek, panujících v daném hutním agregátu, a dlouhodobého výzkumu za strany přihlašovatele. V tomto případě je 15 % pórů vyplněno vzduchem a 85 % pórů nekovovými látkami s nízkým bodem vzplanutí nebo tepelného rozkladu, v tomto případě prachovým uhlím, přičemž jednotlivé póry ze 16 % procházejí celým objemem pelety až na jejich vnější povrch.

CZ 2017 - 815 A3

Příklad 3

Ve třetím příkladném provedení se jedná o briketu, u níž je požadavek na zpracování v tandemové peci zákazníka a jejíž základ tvoří směs podsítných frakcí z výroby a opracování oceli s celkovým obsahem Fe po přepočtu na Fekov 25 % hmotn. Briketa by přitom měla mít takové vlastnosti, aby k jejímu měknutí (resp. pozvolnému natavování) začalo docházet v krátké době po styku s taveninou, která má teplotu 1400 °C. Briketa je proto složena a vyrobena tak, aby její bod natavování (měknutí) byl v oblasti 600 °C. Doba natavování byla určena na 18 minut.

Po dosazení do vztahu (1), kde a je rovno 25 (% hmotn. obsahu Fe v briketě), b má hodnotu 600 (°C) a t se rovná 1080 (sek), tak vychází v_opt o hodnotě 13,89 a při použití vztahů (2) a (3) vycházejí hodnoty Vmin o velikosti 8,33 a Vmax o velikosti 19,45. To znamená, že celkový objem pórů, resp. mikrokanálků a/nebo mikrokapes tvoří v optimálním případě 13,89 % objemových z celkového objemu brikety nebo by se měl pohybovat alespoň v rozmezí 8,33 až 19,45 % objemových.

V tomto případě je 70 % pórů vyplněno vzduchem a 30 % pórů nekovovými látkami s nízkou teplotou vzplanutí nebo tepelného rozkladu, přičemž jednotlivé póry pak ze 30 % procházejí celým objemem brikety či pelety až na jejich vnější povrch.

Příklad 4

Ve čtvrtém příkladném provedení se jedná o briketu, u níž je požadavek na zpracování v kyslíkovém konvertoru. Základ brikety tvoří směs podsítných frakcí z výroby a opracování oceli, v níž celkový obsah Fe po přepočtu na Fekov je 9 % hmotn., přičemž briketa by měla mít takové vlastnosti, aby k jejímu měknutí, resp. pozvolnému natavování začalo docházet v krátké době po styku s taveninou. Zejména je zde důležitá odolnost brikety vůči tepelnému šoku při styku s taveninou, která má teplotu zhruba 1750 °C. Brikety proto musí být odolné vůči prvnímu kontaktu s takto horkou taveninou, ale pak se mají začít natavovat tak, aby do 20 minut byly plně roztaveny. Doba natavování má být proto co nejnižší aje určena na 20 minut.

Po dosazení do vztahu (1), kde a je rovno 9 (% hmotn. obsahu Fe v briketě), b má hodnotu na základě empirických zkušeností 1500 (°C) a t se rovná 1200 (sek), tak vychází v_opt o hodnotě 11,25 a při použití vztahů (2) a (3) vycházejí hodnoty Vmin o velikosti 6,75 a v_max o velikosti 15,75. To znamená, že celkový objem póru, resp. mikrokanálků a/nebo mikrokapes tvoří v optimálním případě 11,25 % objemových z celkového objemu brikety nebo by se měl pohybovat v rozmezí 6,75 až 15,75 % objemových.

V tomto případě je 40 % pórů vyplněno vzduchem a 60 % pórů nekovovými látkami s nízkou teplotou vzplanutí nebo tepelného rozkladu, přičemž jednotlivé póry ze 25 % procházejí celým objemem brikety či pelety až na jejich vnější povrch.

Průmyslová využitelnost

Vynález lze široce využít pro zpracování hutních odpadových materiálů i podsítných frakcí obvyklých vsázkových materiálů ze účelem jejich recyklace v metalurgických agregátech.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

1. Briketa či peleta pro vsázku do metalurgických agregátů, zejména briketa či peleta na bázi hutních odpadových materiálů a podsítných frakcí jinak obvyklých vsázkových materiálů, s porézní vnitřní strukturou brikety v celém jejím objemu, tvořenou póry v podobě mikrokanálků

-4CZ 2017 - 815 A3 a/nebo mikrokapes, jejichž velikost, objem a množství je přímo úměrné potřebám rychlosti natavení a tepelné odolnosti brikety či pelety v metalurgickém agregátu a obsahu Fe v briketě či peletě, přičemž objem pórů tvoří 1 až 39 % objemových z celkového objemu brikety nebo pelety, vyznačující se tím, že optimální procentuální podíl objemu pórů z celkového objemu brikety nebo pelety je dán vztahem v_opt = a*b/t (1), kde značí:

v_Opt - optimální procentuální podíl objemu pórů v % objemových, a - obsah Fe v briketě a/nebo v peletě v % hmotnostních, b - potřebná teplota pro zahájení natavování briket a/nebo pelet ve °C, t - potřebný čas k úplnému roztavení briket a/nebo pelet v s, přičemž minimální procentuální podíl objemu pórů v_m!„ z celkového objemu brikety nebo pelety je dán vztahem

Vmin ⁼ 0,6 * Vopt (2) a maximální procentuální podíl objemu pórů v_max z celkového objemu brikety nebo pelety je dán vztahem v_max = 1,4 * v_opt (3),

2. Briketa či peleta podle nároku 1, vyznačující se tím, že póry jsou vyplněny vzduchem a/nebo nekovovými látkami s nízkým bodem vzplanutí nebo tepelného rozkladu.

3. Briketa či peleta podle alespoň jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že jednotlivé póry alespoň z části procházejí celým objemem brikety či pelety až na její vnější povrch.