blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2023-6-760-767blackmet-2667Research ArticleПо материалам международной конференции «Научно-практическая школа для молодых металлургов» – 2023On the materials of the international conference “Scientific and Practical School for Young Metallurgists” – 2023Получение рафинировочных глиноземсодержащих флюсов методом спекания из техногенного сырьяProduction of refining alumina-containing fluxes by sintering from technogenic raw materialshttps://orcid.org/0009-0001-2611-2057АксеноваВ. В.AksenovaV. V.

Виктория Владимировна Аксенова, аспирант кафедры металлургии стали, новых производственных технологий и защиты металлов

Россия, 119049, Москва, Ленинский пр., 4

Viktoriya V. Aksenova, Postgraduate of the Chair of Metallurgy of Steel, New Production Technologies and Metal Protection

4 Leninskii Ave., Moscow 119049, Russian Federation

axenovaviki@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-3773-9469ПавловА. В.PavlovA. V.

Александр Васильевич Павлов, д.т.н., профессор кафедры металлургии стали, новых производственных технологий и защиты металлов

Россия, 119049, Москва, Ленинский пр., 4

Aleksandr V. Pavlov, Dr. Sci. (Eng.), Prof. of the Chair of Metallurgy of Steel, New Production Technologies and Metal Protection

4 Leninskii Ave., Moscow 119049, Russian Federation

pav-gnts@misis.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7285-7888МарковГ. М.MarkovG. M.

Георгий Михайлович Марков, младший научный сотрудник

Россия, 119049, Москва, Ленинский пр., 4

Georgii M. Markov, Junior Researcher

4 Leninskii Ave., Moscow 119049, Russian Federation

markov.sci@gmail.comНациональный исследовательский технологический университет «МИСИС»РоссияNational University of Science and Technology “MISIS”Russian Federation202329122023666760767Copyright © Аксенова В.В., Павлов А.В., Марков Г.М., 20232023Аксенова В.В., Павлов А.В., Марков Г.М.Aksenova V.V., Pavlov A.V., Markov G.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/2667

Современные сталеплавильные предприятия России для разжижения извести на агрегате ковш-печь применяют преимущественно глиноземсодержащие материалы, которые пришли взамен плавиковому шпату. Доступные сейчас на рынке глиноземсодержащие материалы не могут быть использованы напрямую в сталеплавильном производстве без предварительной подготовки (рафинирования, термообработки или брикетирования), либо просто непригодны для ковшевой обработки стали. В данной работе описаны лабораторные исследования по получению рафинировочных глиноземсодержащих флюсов методом спекания в агрегатах по типу машин для обжига окатышей или производства агломерата (в температурном интервале 1200 – 1500 °С) из чистых отходов металлургического производства (мелкодисперсная пыль производства глинозема и обожженной извести), отвечающих требованиям сталеплавильных предприятий по химическому составу и меха­ническим свойствам. Проведено сравнение технологических схем спекания с введением в качестве источника CaO гидратированной извести и смеси гидратированной извести и карбоната кальция в соотношении 1:1. Предельно допустимое содержание CaO в спеченных брикетах при использовании в шихте смеси гидратированной извести и карбоната кальция, не приводящее к гидратационному разрушению на воздухе, находится в диапазоне 2,3 – 3,6 % в зависимости от температуры выдержки. Предельно допустимое содержание Al2O3 в спеченных брикетах при использовании в шихте гидратированной извести, не приводящее к гидратационному разрушению на воздухе, находится в диапазоне 9,5 – 31,7 % в зависимости от температуры выдержки. В существующих топливных агрегатах возможно получить флюсы методом спекания только при использовании в качестве источника CaO гидратированной извести, так как добавление карбоната кальция в шихту (9 – 22 %) требует увеличения температуры выдержки (выше 1500 °С) или ее продолжительности (более 25 мин).

Modern Russian steelmaking plants use predominantly alumina-containing materials for liquefying lime in a ladle-furnace unit, which replaced fluorspar. Alumina-containing materials currently available on the market cannot be used directly in steelmaking without preliminary preparation (refining, heat treatment or briquetting), or are simply unsuitable for ladle processing of steel. This work describes laboratory studies on the production of refining alumina-containing fluxes by sintering in units such as machines for pellets firing or producing agglomerate (in the temperature range of 1200 – 1500 °C) from clean metallurgical waste (fine dust from the production of alumina and burnt lime), meeting the requirements of steelmaking plants by chemical composition and mechanical properties. A comparison was made of sintering technological schemes with the introduction of hydra­ted lime and a mixture of hydrated lime and calcium carbonate in a 1:1 ratio as a source of CaO. We determined that the maximum permissible CaO content in sintered briquettes when using a mixture of hydrated lime and calcium carbonate in the charge, which does not lead to hydration destruction in air, is in the range of 2.3 - 3.6 %, depending on the holding temperature. The maximum permissible content of Al2O3 in sintered briquettes when using hydrated lime in the charge, which does not lead to hydration destruction in air, is in the range of 9.5 – 31.7 %, depending on the holding temperature. In existing fuel units it is possible to obtain fluxes by sintering only when using hydrated lime as a source of CaO, because adding calcium carbonate to the charge (9 – 22 %) requires an increase in holding temperature (above 1500 °C) or holding time (more than 25 min).

агрегат ковш-печьглиноземная пыльрафинировочные флюсыглиноземсодержащие материалыалюминаты кальцияспеканиегидратационное разрушениеladle-furnacealumina dustrefining fluxesalumina-containing materialscalcium aluminatessinteringhydration destructionReferencesSheshukov O.Yu., Mikheenkov M.A., Nekrasov I.V., Metelkin A.A., Egiazar’yan D.K. Optimization of the slag composition in ladle treatment of steel for increasing the resistance of refractories and promoting slag reuse. Metallurgist. 2018;62:723–728. https://doi.org/10.1007/s11015-018-0714-ySheshukov O.Yu., Mikheenkov M.A., Nekrasov I.V., Metelkin A.A., Egiazar’yan D.K. Optimization of the slag composition in ladle treatment of steel for increasing the resistance of refractories and promoting slag reuse. Metallurgist. 2018;62:723–728. https://doi.org/10.1007/s11015-018-0714-yЛарионов Л.М., Кондратьев В.В., Кузьмин М.П. Пути использования углеродсодержащих отходов алюминиевого производства. Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017;21(4 (123)):139–146. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2017-4-139-146Larionov L.M., Kondratyev V.V., Kuzmin M.P. Ways of using carbon-containing waste from aluminum production. iPolytech Journal. 2017;21(4(123)):139–146. (In Russ.). https://doi.org/10.21285/1814-3520-2017-4-139-146Sarkar S., Anand V., Ranjan R., Borra C.R., Sahoo P.P. Elimination of fluorspar use and reduction in lime consumption at ladle furnace by reutilizing alumina-rich ladle furnace slag. Journal of Sustainable Metallurgy. 2022;8(1):398–408. https://doi.org/10.1007/s40831-022-00492-1Sarkar S., Anand V., Ranjan R., Borra C.R., Sahoo P.P. Elimination of fluorspar use and reduction in lime consumption at ladle furnace by reutilizing alumina-rich ladle furnace slag. Journal of Sustainable Metallurgy. 2022;8(1):398–408. https://doi.org/10.1007/s40831-022-00492-1Шешуков О.Ю., Некрасов И.В., Михеенков М.А., Егиазарьян Д.К., Лобанов Д.А., Неугодников О.В., Иванов Б.А. Опыт использования глиноземистого алюминийсодержащего флюса при ковшевой обработке «безалюминиевых» сталей. Новые огнеупоры. 2017;(3):75–77. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2017-3-75-77Sheshukov O.Yu., Nekrasov I.V., Miheenkov M.A., Egiazar’yan D.K., Lobanov D.A., Neugodnikov O.V., Ivanov B.А. Experience in the use of aluminous aluminumcontaining flux during ladle processing of “aluminum-free” steels. Novye ogneupory (New Refractories). 2017;(3):75–77. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/1683-4518-2017-3-75-77Viklund-White C., Johansson H., Ponkala R. Utilization of spent refractories as slag formers in steelmaking. In: Proceedings of the 6th Int. Conf. on Molten Slags, Fluxes and Salts. Stockholm, Sweden; 2000:12–17.Viklund-White C., Johansson H., Ponkala R. Utilization of spent refractories as slag formers in steelmaking. In: Proceedings of the 6th Int. Conf. on Molten Slags, Fluxes and Salts. Stockholm, Sweden; 2000:12–17.Ramaswamy P., Gomes S.A., Ravichander N.P. Utilization of aluminum dross: Refractories from industrial waste. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019;577(1):012101. https://doi.org/10.1088/1757-899X/577/1/012101Ramaswamy P., Gomes S.A., Ravichander N.P. Utilization of aluminum dross: Refractories from industrial waste. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019;577(1):012101. https://doi.org/10.1088/1757-899X/577/1/012101Paramguru R.K., Rath P.C., Misra V.N. Trends in red mud utilization–a review. Mineral Processing & Extractive Metallurgy Review. 2004;26(1):1–29. https://doi.org/10.1080/08827500490477603Paramguru R.K., Rath P.C., Misra V.N. Trends in red mud utilization–a review. Mineral Processing & Extractive Metallurgy Review. 2004;26(1):1–29. https://doi.org/10.1080/08827500490477603Давыдов С.Я., Апакашев Р.А., Корюков В.Н. Улавливание наноразмерной фракции частиц глиноземного производства. Новые огнеупоры. 2016;(2):12–15Davydov S.Ya., Apakashev R.A., Koryukov V.N. The collection of nanoscale particles in alumina production. Novye ogneupory (New Refractories). 2016;(2):12–15. (In Russ.).Давыдов С.Я., Апакашев Р.А., Корюков В.Н. Утилизация пыли печей кальцинации глинозема, содержащей наночастицы. Новые огнеупоры. 2014;(8):10–13.Davydov S.Ya., Apakashev R.A., Koryukov V.N. The recycling of the alumina calciner kiln dust containing nanoparticles. Novye ogneupory (New Refractories). 2014;(8):10–13. (In Russ.).Нестеров А.В., Датукашвили Д.О. Производство кальциевой извести в России. Строительные материалы. 2017;(3):52–59.Nesterov A.N., Datukashvili D.O. Production of high-calcium lime in Russia. Stroitel’nye materialy. 2017;(3):52–59. (In Russ.).Мантула В.Д., Шапаренко А.В., Павлюченко А.М., Фадеев А.В., Лыжник Г. В. Применение рукавных фильтров в газоочистках агрегатов известково-обжигового и доломитного производств. Экология и промышленность. 2017;(1(50)):29–35.Mantula V.D., Shaparenko A.V., Pavlyuchenko A.M., Fadeev A.V., Lyzhnik G.V. Application of bag filters in gas cleaning of limekiln and dolomite processes. Ehkologiya i promyshlennost’. 2017;(1(50)):29–35. (In Russ.).Аксенова В.В., Алимбаев С.А., Павлов А.В., Мустафин Р.М. Брикетирование пористых глиноземсодержащих материалов на органических связующих. Известия вузов. Черная Металлургия. 2021;64(5):323–329. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-5-323-329Aksenova V.V., Alimbaev S.A., Pavlov A.V., Mustafin R.M. Briquetting of porous alumina-containing materials with organic binders. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2021;64(5):323–329. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/03680797-2021-5-323-329Zhang Y.B., Chen X.J., Su Z.J., Liu S., Chen F., Wu N.Y., Jiang T. Improving properties of fluxed iron ore pellets with high-silica by regulating liquid phase. Journal of Iron and Steel Research International. 2021;29:1381–1392. https://doi.org/10.1007/s42243-021-00665-4Zhang Y.B., Chen X.J., Su Z.J., Liu S., Chen F., Wu N.Y., Jiang T. Improving properties of fluxed iron ore pellets with high-silica by regulating liquid phase. Journal of Iron and Steel Research International. 2021;29:1381–1392. https://doi.org/10.1007/s42243-021-00665-4Fan X.H., Gan M., Jiang T., Yuan L.S., Chen X.L. Influence of flux additives on iron ore oxidized pellets. Journal of Central South University of Technology. 2010;17(4):732–737. https://doi.org/10.1007/s11771-010-0548-7Fan X.H., Gan M., Jiang T., Yuan L.S., Chen X.L. Influence of flux additives on iron ore oxidized pellets. Journal of Central South University of Technology. 2010;17(4):732–737. https://doi.org/10.1007/s11771-010-0548-7Li G., Jiang T., Zhang Y., Tang Z. Recrystallization of Fe2O3 during the induration of iron ore oxidation pellets. Recrystallization. 2012;13:329–350. https://doi.org/10.5772/32738Li G., Jiang T., Zhang Y., Tang Z. Recrystallization of Fe2O3 during the induration of iron ore oxidation pellets. Recrystallization. 2012;13:329–350. https://doi.org/10.5772/32738Umadevi T., Lobo N.F., Desai S., Mahapatra P.C., Sah R., Prabhu M. Optimization of firing temperature for hematite pellets. ISIJ International. 2013;53(9):1673–1682. https://doi.org/10.2355/isijinternational.53.1673Umadevi T., Lobo N.F., Desai S., Mahapatra P.C., Sah R., Prabhu M. Optimization of firing temperature for hematite pellets. ISIJ International. 2013;53(9):1673–1682. https://doi.org/10.2355/isijinternational.53.1673Forsmo S.P.E., Forsmo S.E., Samskog P.O., Björkman B.M.T. Mechanisms in oxidation and sintering of magnetite iron ore green pellets. Powder Technology. 2008;183(2):247–259. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2007.07.032Forsmo S.P.E., Forsmo S.E., Samskog P.O., Björkman B.M.T. Mechanisms in oxidation and sintering of magnetite iron ore green pellets. Powder Technology. 2008;183(2):247–259. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2007.07.032Тимофеева А.С., Кожухов А.А., Никитченко Т.В. Исследование механизмов упрочнения железорудных окатышей в процессе обжига. Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2020;76(11):1107–1112. https://doi.org/10.32339/0135-5910-2020-11-1107-1112Timofeeva A.S., Kozhukhov A.A., Nikitchenko T.V. Study of iron ore pellets hardening mechanisms in the process of burning. Ferrous Metallurgy. Bulletin of Scientific, Technical and Economic Information. 2020;76(11):1107–1112. (In Russ.). https://doi.org/10.32339/0135-5910-2020-11-1107-1112Акбердин А.А., Ким А.С., Зинякова О.Н. Совершенствование технологии производства хромитовых окатышей. Известия вузов. Черная Металлургия. 2014;57(9):24–28. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2014-9-24-28Akberdin A.A., Kim A.S., Zinyakova O.N. Improvement of production technology of chromite pellets. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2014;57(9):24–28. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/0368-0797-2014-9-24-28Ким А.С., Акбердин А., Исагулов А., Султангазиев Р. Взаимосвязь процессов фазообразования и качества хромитовых окатышей при упрочняющем обжиге. Труды Университета. 2019;(4):24–27.Kim A.S., Akberdin A., Isagulov A., Sultangaziev R. Relationship between phase formation processes and the quality of chromite pellets during hardening firing. Proceedings of the University. 2019;(4):24–27. (In Russ.).Akberdin A.A., Kim A.S., Akberdin R.A. Agglomeration of refractory chromite ore. Proceedings of INFACON XIII - 13th Int. Ferroalloys Congress: Efficient Technologies in Ferroalloy Industry. 2020:1–4.Akberdin A.A., Kim A.S., Akberdin R.A. Agglomeration of refractory chromite ore. Proceedings of INFACON XIII - 13th Int. Ferroalloys Congress: Efficient Technologies in Ferroalloy Industry. 2020:1–4.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.