CC BY
1УДК 669.054.8
д.т.н. Новохатский А. М., к.т.н. Диментъев А. О., Филиппенко Д. Г., Блинов А. М.
(ДонГТУ, г. Алчевск, ЛНР, [email protected]) ОКУСКОВАНИЕ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
Среди проблем в металлургической промышленности особое место занимает вопрос утилизации железосодержащих техногенных отходов. В статье рассмотрен абсолютно новый путь экстракции железа из колошниковой и конвертерной пыли, шламов и окалины.
Ключевые слова: железосодержащие отходы металлургических предприятий, колошниковая пыль, шлам, конвертерная пыль, окалина, железоуглерод, доменная печь.
Металлургия и материаловедение
Ежегодно в черной металлургии образуется огромное количество железосодержащих отходов, которые негативно влияют на экологическую обстановку территорий, находящихся вблизи производственных комплексов. К отходам доменного производства относятся колошниковая пыль и шламы. К железосодержащим отходам конвертерного производства относится конвертерная пыль. На Алчевском металлургическом комбинате за год только с одной работающей доменной печи образуется 42000 т колошниковой пыли и 35000 т шлама, которые вывозятся на прилегающие территории комбината и сваливаются на шламовых отвалах.
Железосодержащие шламы, полученные при водной очистке газа, в настоящее время перерабатываются двумя путями:
1) утилизируются в агломерационном цехе;
2) захороняются или складируются в отвалах и в шламонакопителях.
Наиболее простым является последний путь, который широко используется всеми металлургическими заводами СНГ. В то же время вся пыль и шламы представляют большую угрозу окружающей среде. Это связанно, во-первых, с их мелкодисперсным характером - до 80% частиц размером менее 1мкм. Они легко выносятся в атмосферу и вымываются водой, загрязняя почву. Помимо этого, шламонакопители занимают огромные территории земли, которая не может
быть использована в сельском хозяйстве. К тому же пыль и шлам сталеплавильных цехов содержат многократно превышающую предельно допустимую концентрацию чрезвычайно токсичных и хорошо растворимых в воде цианидов (соли синильной кислоты), радониды и другие вредные для человека соединения и элементы, как то: РЬ, Сё, Ав, Б и шестивалентный Сг. Поэтому захоронение требует специальной дорогостоящей дезактивации этих отходов [1].
Более правильным решением является утилизация железосодержащих отходов на агломашине путем добавления их к шихте.
Исследования, проведенные на шламах различных металлургических предприятий СНГ, показали, что их добавка в агломерационную шихту приводит к плохой спекае-мости агломерата. В результате чего основная масса шлама, добавленного изначально, уходит в возврат, а часть удаляется вместе с отходящими газами в атмосферу.
Шламы содержат значительное количество не только полезных компонентов, но и нежелательного цинка, который сокращает срок службы футеровки доменной печи. Поэтому потребление указанных шламов ограничено.
Другая причина ограничения расхода этих шламов диктуется спецификой агломерационного процесса, где они окусковыва-ются в составе агломерационной шихты. Поскольку шламы имеют повышенную
Металлургия и материаловедение
влажность, то агломерационная шихта на их основе приобретает грязевидное состояние, из-за чего ввод этих шламов в шихту ухудшает ее газопроницаемость [2]. Основная причина - ухудшение получения и разру-шаемость гранул в зонах сушки и переувлажнения. В результате ухудшается производительность агломерационных машин и качество агломерата.
Однако количество отходов настолько велико, что таким образом утилизация не позволяет переработать весь их объем. Это приводит к необходимости поиска альтернативных способов окускования вторичного сырья.
При использовании в аглошихте замасленной окалины масса, выносимая из спекаемого слоя и осаждающаяся на элементах мультициклонов и лопатках роторов эксгаустеров, содержит большое количество масел. В результате чего происходит залипа-ние пылью элементов мультициклона. При этом возрастает скорость движения газа и, соответственно, снижается эффективность его использования в батарейных циклонах [3]. Обычно, на практике, система газоочистки агломерационных машин отключена.
Колошниковая пыль также в основном используется в агломерационном производстве. Данный отход доменного производства из бункеров-сборников сухих пылеуловителей обычно загружается в железнодорожные вагоны, в которых вывозится на рудный двор аглофабрики. В процессах транспортировки и перегрузок колошниковой пыли имеют место большие потери (<15 %), которые загрязняют территории вблизи металлургического ком-
Характеристики
плекса. Это вынуждает вести поиск более совершенных технических решений по ее транспортировке и подготовке к утилизации. Помимо проблем с транспортировкой еще одним недостатком колошниковой пыли является плохая спекаемость ее в агломерационном процессе [4].
Конвертерная пыль, которая имеет абсолютно другой химический состав и мел-кодисперсность, нашла свое применение в агломерации. Ее, так же, как и колошниковую пыль, добавляют в агломерационную шихту. Отход сталеплавильного производства плохо комкуется, а в слое шихты портит газопроницаемость, в результате чего производительность агломашины падает, а выбросы в атмосферу увеличиваются.
В условии лаборатории кафедры Металлургии черных металлов Донбасского государственного технического университета были проведены опытные спекания смесей угольной шихты с железосодержащими отходами с целью оценить возможность получения железоуглерода из подобной шихты [5].
Было проведено спекание 4 смесей:
- 90 % угольной шихты и 10 % окалины;
- 90 % угольной шихты и 10 % колошниковой пыли;
- 90 % угольной шихты и 10 % конвертерной пыли;
- 100 % угольной шихты.
В таблице 1 представлен химический анализ золы полученных спеков, их реакционная способность и горячая прочность (показатели, необходимые для доменной плавки).
Таблица 1
пученных спеков
Состав шихты для спекания Ас СаО MgO БЮз АЬОз Ре203 МпО Реакц. способ. Горячая прочность
90% угольной шихты и 10% окалины 28,1 3,26 0,75 29 13,3 51,3 0,53 4,5 72,7
Металлургия и материаловедение
Продолжение таблицы 1
90% угольной шихты и 10% колоши, пыли 35,8 6,69 1,36 35,1 14,7 38,6 0,21 56,1 23,5
90% угольной шихты и 10% конвер. пыли 41,4 7,98 1,57 29 12,4 42,6 0,39 67,4 30,7
100% угольной шихты 16,9 3,41 1,09 49,5 23 19,4 0,23 60,1 38,5
Как видно из таблицы 1, спеки, полученные из смесей угольной шихты и железосодержащих отходов, характеризуются высоким содержанием золы (30-40 %), при этом содержание БегОз в ней составляет 40-50 %. Их реакционная способность и горячая прочность, кроме смеси с окалиной, практически такая же, как у спека, полученного из угольной шихты.
В связи с этим можно предположить, что железоуглерод, полученный из смеси угольной шихты с колошниковой или конвертерной пылью, можно будет грузить в доменную печь в определенных пропорциях с остальными шихтовыми материалами, поэтому необходимо провести промышленные эксперименты по получению желе-зоуглерода в коксовых батареях.
Так как добавка колошниковой пыли в коксовую шихту практически не влияет на качество полученного кокса, были прове-
Механическая прочность
дены эксперименты по оценке возможности спекания смесей угольной шихты и колошниковой пыли в соотношениях:
- 40 % колошниковой пыли и 60 % угольной шихты;
- 60 % колошниковой пыли и 40 % угольной шихты;
- 80 % колошниковой пыли и 20 % угольной шихты.
Эксперименты были разделены на две части:
- в начальных способах полученную смесь насыпали в металлический стакан, в котором происходило спекание;
- для увеличения удельного веса смесь спрессовывали в металлическом стакане, после чего помещали в печь и спекали.
Полученные спеки имели форму цилиндра диаметром 60 мм и высотой 60 мм. В таблице 2 представлена их механическая прочность.
Таблица 2
спеков из разных смесей
Неспрессованный Спрессованный
40% колошниковой пыли 60% угольной шихты 2200 кг / кусок (77 кг/см2) 2800 кг / кусок (100 кг/см2)
60% колошниковой пыли 40% угольной шихты 180 кг / кусок (6,3 кг/см2) 100 кг / кусок (3,5 кг/см2)
80% колошниковой пыли 40% угольной шихты Материал рассыпался
При спекании шихты с 80% содержанием колошниковой пыли после завершения эксперимента цельных кусков получено не было, поэтому данную шихту использо-
вать для получения железоуглерода нецелесообразно.
Как видно из таблицы 2, для производства прочного железоуглерода более целесообразно использовать шихту с содержа-
Металлургия и материаловедение
нием колошниковой пыли 40%, при этом проведенные аналогичные испытания по определению механической прочности куска кокса показали, что она составляет около 16 кг/см2, что в 5 раз меньше, чем у данного железоуглерода.
Таким образом, лабораторные исследования показали, что железоуглерод, полученный из 40% колошниковой пыли и 60% угольной шихты, может быть загружен в доменную печь, но для более точных выводов необходимо провести промышленные эксперименты.
В таблице 3 представлен химический состав железоуглерода, который получен из шихты с содержанием колошниковой пыли 40% и 60%. На основе данных в таблице 3 были проведены расчеты по опре-
Химический сос
делению количества железа в материале, массы и основности шлака при плавлении золы железоуглерода. Результаты расчетов характеристик продуктов плавки приведены в таблице 4.
На железоуглероде, который получен из спрессованной шихты при смеси 60% колошниковой пыли и 40% угля, визуально видно металлическое железо, а на поверхности аналогичного спека, но при смеси 40% колошниковой пыли и 60% угольной шихты, частично присутствует ржавчина. На основании данных, в таблице 4 построен график изменения расчетной массы шлака при различном содержании колошниковой пыли в шихте, который представлен на рисунке 1.
Таблица 3
железоуглерода
Состав шихты для спекания Ас СаО MgO БЮ2 АЬОз Ре203 МпО Р Б
60% угольной шихты и 40% колоши, пыли 53,9 9,19 1,33 17,4 5,25 64,8 0,13 0,095 0,6
40% угольной шихты и 60% колошн. пыли 66,5 9,64 1,35 14,5 3,89 66,5 0,12 0,082 0,62
Спрессованная 60% угольной шихты и 40% колошн. пыли 49,9 9Д 1,35 17 5,33 62,6 0,12 0,092 0,77
Спрессованная 40% угольной шихты и 60% колошн. пыли 69,4 9,71 1,33 14,4 3,82 67,6 0,13 0,067 0,57
Таблица 4
Характеристики продуктов плавки из одной тонны железоуглерода
Состав шихты для спекания т материала /т чистого железа т материала /т шлака Основность шлака Основность шлака по 4 компонентам
60% угольной шихты и 40% колошниковой пыли 0,312-0,349 0,164-0,179 0,53-0,54 0,46-0,47
40% угольной шихты и 60% колошниковой пыли 0,442-0,469 0,196-0,204 0,66-0,67 0,6-0,61
ШБИ 20 77-1738. Сборник научных трудов ГОУВПО ЛНР «ДонГТУ» 2016. № 4 (47)
_Металлургия и материаловедение_
О 20 40 60 80
Содержание колошниковой пыли в шихте, %
Рисунок 1 Изменение расчетной массы шлака из золы железоуглерода при различном содержании колошниковой пыли в шихте для его получения
Также определена плотность спека из смеси 60% колошниковой пыли и 40% угольной шихты, которая составляет при неспрессованном материале в стакане 0,973 г/см3 (т/м3), а при спрессованном -1,103 г/см3 (т/м3), т. е. на 11,8 % больше.
Однако необходимо провести промышленные эксперименты по получению железоуглерода в коксовых батареях для уточнения его характеристик и оценки возможности спекания.
Выводы:
1. Железосодержащие техногенные отходы нецелесообразно спекать на аглома-шине, поскольку теряется ее производительность и наблюдается повышенное количество выброса пыли, которая оседает на близлежащие населенные пункты.
2. На основании проведенных исследований получены спеченные брикеты, которые можно использовать в качестве дополнительной шихты в доменном производстве.
3. При ощущении дефицита шихты в доменном производстве экономически выгодно использовать техногенные металлургические отходы.
4. На основании проведенных экспериментов определено, что смесь угольной шихты с колошниковой или конвертерной пылью в определенных пропорциях можно использовать для получения железоуглерода, при этом качество данного продукта будет незначительно отличаться от обычного кокса.
Библиографический список
1. Летимин, В. П. Пыль и шлам газоочисток сталеплавильных цехов и анализ путей их утилизации [Текст] / В. П. Летимин // Черная металлургия. — 2009. —№11. — С. 72-76.
2. Кортиков, Г. В. Поведение цинка при спекании доменного и конвертерного шламов с концентратами КМА [Текст] / Г. В. Коршиков, С. Л. Зевин, В. В. Греков // Сталь. — 2003. —№5. — С. 2-6.
3. Кравцов, В. М. Использование замасленной окалины прокатных цехов в агломерационной шихте металлургического завода [Текст] / В. М. Кравцов, П. А. Горский, ИЛ. Холмецкий // Металлургическая и горнорудная промышленность. — 1974. —№4. — С. 5-6.
ISSN 2077-1738. Сборник научных трудов ГОУВПО ЛНР «ДонГТУ» 2016. № 4 (47)
_Металлургия и материаловедение_
4. Утилизация пылей и шламов в черной металлургии [Текст] / А. И. Толочко и др. — Челябинск: Металлургия, 1990. — 152 с.
5. Филиппенко, Д. Г. Развитие теории и технологии переработки железосодержащих техногенных отходов [Текст] / Д. Г. Филиппенко // Повышение эффективности металлургического производства : тез. докл. XXIV обл. науч.-техн. конф., посвящ. 60-летию ЛГТУ, март 2016 г. — Липецк : Изд-во ЛГТУ, 2016. — С. 34.
О Новохатский А. М. © Диментьев А. О. О Филиппенко Д. Г. © Блинов А. М.
Рекомендована к печати к.т.н., проф. каф. ММКДонГТУ Ульяницким В. Н.,
нач. доменного цеха ПАО «АМК» Диментьевым В. И.
Статья поступила в редакцию 17.11.16.
д.т.н. Новохатський О. М., к.т.н. Д1ментьев О. О., Фшшенко Д. Г., Блшов О. М. (ДонДТУ, м. Алчевсък, ЛНР, [email protected])
ЗГРУДКУВАННЯ ЗАЛ1ЭОВМ1СНИХ В1ДХОД1В ЧОРНО! МЕТАЛУРГИ
Серед проблем в металургшнш промисловоат особливе лйсие займас питания утил1заци за-лгювлпашх техногенних eidxodie. У cmammi розглянуто абсолютно новый шлях екстракци зал!за з колошникового i конвертерного пилу, шламгв i окалини.
Ключов1 слова: зaлiзoвмicнi eidxodu металургшних тдприсмств, колошниковий пил, шлам, конвертерний пил, окалина, зaлiзoвyглeцъ, доменна тч.
Doctor of Tech.Sc. Novohatskyi A. M., PhD Dimentiiev A. O., Filippenko D. G., Blinov A. M.
(DonSTU, Alchevsk, LPR, tafadimas(a),mail. ru)
AGGLOMERATION OF IRON-BEARING WASTES OF FERROUS METALLURGY
Among the problems in the steel industry a special role is given to the issue of recycling the iron-bearing wastes. The article deals with a completely new way of extracting iron from the blast furnace and converter dust, sludge and sinter.
Key words: iron-bearing wastes of steel industry, blast-furnace dust, sludge, converter dust, sinter, iron-carbon, blast furnace.
