CC BY
77Проценко Е. Л., аспирант, Жуковский Т. Ф., канд. техн. наук НИУ «Украинский научно-исследовательский институт экологических проблем»
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА БРИКЕТИРОВАНИЯ МЕЛКОФРАКЦИОННОЙ ПЫЛИ ПРОИЗВОДСТВА ФЕРРОСИЛИЦИЯ
Отходы металлургической промышленности (мелкофракционная пыль, уловленная в пылегазо-очистных аппаратах и аспирационных установках, отсев ферросплавов и др.) являются вторичными источниками загрязнения атмосферного воздуха. Рециклинг промышленных отходов при производстве ферросплавов с каждым годом становится все более актуальным. Для уменьшения количества мелкофракционной пыли при производстве ферросилиция разработан способ ее окускования для повторного использования. В статье приведены результаты исследований по брикетированию пыли, образующейся при выплавке ферросилиция методом электрошлакового переплава на ООО «Экологическая инициатива» (г. Алмазная, Луганская область). Эксперименты проводили с использованием различных связующих добавок на лабораторной установке и в промышленных условиях на двухвалковом прессе на ООО «Конкрет» (г. Днепродзержинск, Днепропетровская область). В опытно-промышленных условиях исследована возможность и определены оптимальные параметры прессования пыли. Из пылевидных отходов в промышленных условиях получена опытная партия брикетов, которая использована в составе шихтовых материалов при выплавке ферросилиция в печах постоянного тока.
Ключевые слова: пыль, ферросилиций, рециклинг, исследование, брикетирование, связующая добавка, опытная партия брикетов.
Введение. Характерной особенностью производства ферросилиция является образование значительного количества промышленных отходов (аспирационной пыли, шлаков, шламов, отсевов ферросилиция), возвращение которых в хозяйственный оборот - существенный источник вторичных сырьевых ресурсов, снижения затрат на предварительную подготовку руды и получения исходных материалов, увеличения степени извлечения ценных компонентов и обеспечения охраны окружающей природной среды и человека. Рециклинг мелкодисперсной пыли, уловленной в пылегазоочистных и аспирационных установках, имеет экономическое, экологическое и социальное значение [1, 2].
В Украине ферросилиций выплавляют, в основном, по традиционной технологии на ПАО «Запорожский завод ферросплавов» и ПАО «Стахановский завод ферросплавов». На этих предприятиях выплавку РеБ1 осуществляют ру-довосстановительным методом [3].
ООО «Экологическая инициатива» (ООО «ЭКИНА») специализируется на переработке шлаков, образующихся при выплавке ферросилиция на ПАО «Стахановский завод ферросплавов».
На ООО «ЭКИНА» кремнийсодержащие шлаки после предварительной подготовки (дробления, грохочения, рассева) перерабатывают методом электрошлакового переплава (ЭШП) в печах постоянного тока с получением высококачественного ферросилиция с низким
содержанием «вредных» компонентов (фосфора, серы, углерода). В процессе выплавки РеБ1 происходит образование и накопление мелких фракций (0 - 5 мм) аспирационной пыли и пыли, уловленной в пылегазоочистной установке (ПГУ). Ежегодно на предприятии при переработке шлаков образуется 20 - 30 т пыли.
Повторное использование пыли без предварительной подготовки (окускования) при производстве РеБ1 в печах постоянного тока ухудшает качество выплавляемого ферросплава; из-за отсутствия прочного сцепления между частицами пыли, их мелкодисперсности и повышенной температуры газовоздушных потоков от печи, значительно увеличивается количество твердых взвешенных частиц (ТВЧ), выбрасываемых в атмосферу. Повышенный пылеунос вызывает ухудшение показателей работы технологического оборудования, условий труда, загрязнение окружающей среды и превышение нормативных показателей по выбросам ТВЧ, установленных в Украине.
Кроме того, при разгрузке бункеров, погрузки аспирационной пыли в транспорт и ее хранении на территории предприятия либо на отвальных полигонах появляются неорганизованные вторичные источники пылевыделения.
Прогрессивными методами снижения вторичных пылевыделений, улучшения экологической обстановки на предприятии и повышения степени использования кремнийсодержащего сырья, является брикетирование пыли на прес-
сах или ее окомкование на чашевых гранулято-рах [1, 4, 5, 6].
В Украине и за рубежом традиционным достаточно эффективным способом окускования отходов металлургического производства считается их брикетирование и дальнейшее использование в ферросплавных и доменных печах [6, 7].
Исследования по оценке образования вторичных пылеобразных отходов при переработке шлаков методом ЭШП в печах постоянного тока и возможности их повторного применения при выплавке РеБ1 не проводились.
Методика. В 2011 году специалистами ООО «ЭКИНА» принято решение о разработке способа брикетирования мелкофракционной пыли с последующей переработкой материала по принятой на предприятии технологии при производстве ферросилиция. При выборе метода окускования пыли основными требованиями к свойству и составу брикетов были:
- брикеты должны быть достаточно прочными, для исключения их разрушения при транспортировке и перегрузочных операциях;
- технологические требования к брикетам;
- использование в качестве связующего компонентов, которые используются на предприятии и не содержат вещества, отрицательно влияющие на качество конечного продукта (ферросилиция) при использовании брикетов, и экологически безопасные для окружающей среды.
Целью работы является выбор связующей добавки и экспериментальное определение оптимальных технологических параметров процесса брикетирования мелкофракционной пыли производства ферросилиция в печах постоянного тока, разработка технических предложений и организация получения брикетов в промышленных условиях.
Исследование процесса брикетирования мелкофракционной пыли ООО «ЭКИНА» и получение опытной партии брикетов в промышленных условиях осуществляли на ООО «Кон-крет» (г. Днепродзержинск) с использованием методик и существующего лабораторного и промышленного оборудования.
Выполнение исследований проводили в 2 этапа:
I. Экспериментальные исследования процесса прессования пыли со связующими добавками в цилиндрической пресс-форме с целью определения оптимальных параметров брикетирования и установления зависимости прочности брикетов от давления прессования, количества связующей добавки и влажности исходного материала. Схема лабораторной установки представлена на рис. 1.
Опыты по брикетированию проводили в лабораторных условиях на ООО «Конкрет» с использованием гидравлического пресса ПСУ -50 с диапазоном измеряющих усилий 0 — 50 т с относительной погрешностью ±2 % от измеряемой нагрузки.
После прессования сырые прессовки подвергались упрочнению термической сушкой при температуре 110 - 150 °С в течении 60 - 120 мин до влажности 1 - 2 %.
II. Экспериментальная проверка результатов лабораторных исследований и уточнение параметров брикетирования на промышленном двухвалковом прессе.
Основная часть.
На ООО «ЭКИНА» были отобраны презентабельные пробы мелкофракционной пыли, уловленной в ПГУ (фильтр Немцова), и аспира-ционной пыли, осевшей на дне дымовых труб. В них содержится основных компонентов, в % масс.: + БЮ2 - 55,85-56,36; Ре+Ре20з -28,06-28,30; СаО - 14,3-15,31.
Анализ дисперсного состава пыли показал, что содержание частиц > 1 мм в аспирационной пыли составляет не более 10 %. Основная масса (« 90 %) - фракция 0 - 1 мм. Средний медианный размер частиц этой пыли 0,2 - 0,4 мм. Фракция 0 - 1 мм удовлетворяет требованиям к проведению эффективного уплотнения при прессовании.
Исходя из прогнозных требований к свойствам и составу брикетов, предназначенных для повторного вовлечения их в производство, в качестве добавки к шихтовым материалам при выплавке ферросилиция, были проанализированы возможные связующие добавки с учетом вяжущих свойств, технологичности применения и доступности.
Ранее были проведенных эксперименты по брикетированию пыли производства ферросилиция с использованием в качестве связующего гашеной извести (ГИ) и органического связующего (ОС). В ходе экспериментальных исследований установлено, что применение ОС позволяет получать прочные сырые брикеты, которые обладают достаточной механической прочностью до попадания в печь постоянного тока. Однако при термообработке при повышенных температурах брикеты будут разрушаться, в основном, превращаясь в пыль [6]. Поэтому дальнейшие исследования были направлены на поиск иных связующих, совершенствование способов сушки брикетов, а также адаптацию полученных данных к условиям промышленного производства.
Пылевидные отходы производства Бе81
Связующая добавка
220 V
Рис. 1. Схема лабораторной установки по прессованию мелкофракционной пыли ООО «ЭКИНА» 1 - набор сит; 2 - смеситель; 3 - мешалка; 4 - пресс - форма; 5 - гидравлический пресс ПСУ-50; 6 - манометр;7 - сушильный шкаф;8 - термометр
В рамках данной работы в качестве связующих добавок к кремнийсодержащей пыли производства ферросилиция были использованы жидкое стекло (ЖС) и ОС (низкосортная мука). Шихту с ЖС прессовали непосредственно после смешивания компонентов. Шихту с ОС перед прессованием подвергали тепловой обработке.
Для оценки возможностей промышленного производства брикетов из кремнийсодержащей пыли производства РеБ1 были выполнены лабораторные исследования условий их получения и определена их прочность.
На основании ранее проведенных исследований [8] установлено, что механическая прочность на сжатие брикетов для электроплавки не должна быть ниже 25 кгс/см2.
Сравнительную оценку прочности свойств сырых и высушенных прессовок производили по величине разрушающего усилия (о) к торцевой поверхности образцов диаметром 50 мм и высотой 30 мм.
В таблице 1 представлены результаты лабораторных исследований по выбору связующей добавки и оптимальных параметров процесса брикетирования пылевидных отходов.
Таблица 1
Характеристика шихт и прессовок из мелкофракционной пыли производства Рс81
Вид связующей добавки Содержание Ссв, % Характеристика прессовок, уплотненных термической сушкой
Температура сушки, °С Продолжительность сушки, мин о, кгс/образец
Органическая связующая добавка 1,5 150 60 330
3 150 60 924
4 150 60 990
5 150 60 990
Жидкое стекло 5 150 60 462
10 150 60 1122
15 150 60 1518
20 150 60 1584
Из табл. 1 следует, что термическая сушка существенно упрочняет прессовки, полученные с использованием всех связующих. Наиболее
прочными являются прессовки на ЖС. Хорошие результаты получены при использовании ОС. На основании результатов были установлены зави-
симости между прочностью на раздавливание и содержанием связующих добавок (рис. 2).
Из анализа приведенных на рис. 2 зависимостей видно, что тип связующего оказывает существенное влияние на механическую прочность брикетов. Так, при брикетировании мел-
кофракционной пыли производства РеБ1 наиболее прочными получаются брикеты с использованием в шихте в качестве связующего 10 - 20% ЖС. Достаточно прочными (прочность на сжатие не менее 25 кгс/см2) являются брикеты с использованием 2 - 4 % ОС.
Содержание связующего, %
Содержание связующего, %
а) б)
Рис. 2. Зависимость прочности на раздавливание брикетов от содержания связующих добавок: а) органическая связующая добавка; б) жидкое стекло
лученные брикеты имели «пельменеобразную» форму и объем 18 - 20 см3. Все они удовлетворительно противостояли ударным нагрузкам, сохраняли целостность при испытаниях на термостойкость. Химический анализ брикетов приведен в таблице 2.
На основании результатов лабораторных исследований, на ООО «Конкрет» на двухвалковом прессе были проведены опытно-промышленные испытания по брикетированию мелкофракционной пыли. Получено опытную партию брикетов в количестве около 300 кг. По-
Химический состав брикетов
Таблица 2
Проба Содержание компонентов, %
М2О3 Р Б к2о СаО СоО Мп02 Ре+Ре203 Другое
Брикеты 0,659 52,176 0,046 0,59 2,793 13,719 1.033 5,278 23,506 0,2
Из данных табл. 2 следует, что содержание основных компонентов (81+БЮ2, Ре+Ре203, СаО) в брикетах аналогично их содержанию в шихтовых материалах, которые используются при выплавке РеБ1 методом ЭШП Установлено, что брикеты содержат «вредные примеси» (Р и Б), но в таком количестве, которое не будет оказывать существенного влияния на качество ферросплава при использовании брикетов как под-шихтовочных материалов при производстве РеБ1.
Выводы. Выполнены лабораторные исследования по брикетированию мелкофракционной пыли производства РеБ1 с использованием в качестве связующих добавок ЖС и ОС. Установлено, что оптимальное давление прессования составляет 20 МПа.
Проведены испытания полученных брикетов на механическую прочность. Установлено, что для получения брикетов с достаточной прочностью (исключающей их разрушение при транспортировке и перегрузочных операциях),
необходимо в качестве связующей добавки использовать 10 - 20 % ЖС или 2 - 4 % ОС.
Проведенные опытно-промышленные испытания по брикетированию мелкофракционной пыли на двухвалковом прессе показывают, что предложенная технология получения брикетов может быть успешно реализована в промышленных условиях. Получена опытная партия брикетов, которые отвечают предъявляемым требованиям, и использованы в составе шихты при выплавке ферросилиция в печах постоянного тока методом ЭШП на ООО «Экологическая инициатива».
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Петров Ю.Л., Пшемыский Г.Ф., Бочар-ник Т. Ю. Проектные решения по утилизации марганецсодержащей пыли и шламов газоочисток и аспирационных установок на ферросплавных заводах // Экология и промышленность. 2012. №2. С. 96-101.
2. Костиков В.И. Варенков А.Н. Промышленная и экологическая безопасность металлургических производств. М.: Экомет, 2006. 392 с.
3. Пиптюк В.П., Поляков В.Ф., Кекух А.В., Поляков В.А., Кондрашкин В.А., Греков С.В., Буршитин В.А. Разработка и промышленное опробование технологии раскисления мартеновской стали низкопроцентными кремнийсо-держащими брикетами // Фундаментальне решения проблем черной металлургии. 2008. №17. С.130-140.
4. Ожогин В.В. Основы теории и технологии брикетирования измельченного металлургического сырья. Мариуполь: ПГТУ, 2010. 441 с.
5. Жуковский Т.Ф. Проценко Е.Л. Брикетирование отходов производства ферросилиция
// Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2013. № 1 (61). С. 4-8.
6. Ожогин В.В. Брикетирование колошниковой пыли // Вестник Приазовского государственного технического университета. 2010. №1. С .39-44.
7. Маймур Б.Н., Носков В.А., Петренко В.И., Соколов В.М. Изучение процесса брикетирования пылеобразных никельсодержащих отходов // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии. 2007. № 15. С. 265—271.
8. Равич Б.М. Брикетирование в цветной и черной металлургии. М: Металлургия, 1975. 232 с.
