CC BY
37ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДОМЕННОГО ШЛАМА И ЧУГУННОЙ СТРУЖКИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ОФЛЮСОВАННОГО АГЛОМЕРАТА
PROSPECTS FOR THE USE OF A DOMAIN SLUDGE AND CAST IRON
CHIP IN PRODUCTION FLUID AGLOMERATE
УДК 666.762.18
Нурмаганбетова Бахытгуль Нургазыевна, магистрант, Карагандинский Государственный Технический Университет, Страна Казахстан, город Караганда
Научный руководитель: Жукебаева Тулеша Жукебаевна, Кандидат технических наук, доцент, Карагандинский Государственный Технический Университет, Страна Казахстан, город Караганда
Nurmaganbetova Bakhytgul Nurgazyevna, graduate student, Karaganda State Technical University, Country Kazakhstan, city of Karaganda Scientific adviser: Zhukebaeva Tulesha Zhukebaevna, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Karaganda State Technical University, Country Kazakhstan, city of Karaganda
Аннотация. В статье рассматривается процесс спекания офлюсованного агломерата с использованием металлургических отходов. При производстве офлюсованного агломерата использовались доменный шлам и чугунная стружка. Изучено качество офлюсованного агломерата при добавлении металлургических отходов. Повторное использование металлургических отходов позволяет сократить потребление исходных материалов, тем самым увеличить эффективность использования природных ресурсов.
Abstract. The article discusses the sintering process fluxed agglomerate of sinter with use of metallurgical waste. Blast furnace sludge and cast iron shavings were used in the production of fluxed agglomerate. The quality of the fluxed agglomerate when adding metallurgical waste was studied. Reuse of metallurgical waste reduces the consumption of raw materials, thereby increasing the efficiency of natural resources.
Ключевые слова: доменный шлам; чугунная стружка; офлюсованный агломерат; обесцинокование.
Key words: blast-furnace sludge; iron shavings; fluxed agglomerate; diszinc-plating.
На металлургическом комбинате (чугун - сталь - прокат) твердые отходы могут быть двух видов - пыли и шлаки. Довольно часто применяется мокрая газоочистка, тогда вместо пыли отходом является шлам. Наиболее ценными для черной металлургии являются железосодержащие отходы (пыль, шлам, окалина, металлическая стружка и т.д.), в то время как шлаки в основном используются в других отраслях промышленности.
Среди многочисленных техногенных отходов не последнее место занимает и чугунная стружка, которая является ценным вторичным сырьем для металлургического производства.
В процессе работы с деталями на заводах и предприятиях может образовываться большое количество стружки, общий вес которой может составлять до 10% от массы обрабатываемых деталей. Это очень большое количество отходов, которые могут успешно применяться как добавка к аглошихте и в процессе повторной переработки для получения новых металлических заготовок.
В то же время, как показывает опыт использования мелких фракций металлического железа, а к таким фракциям относится и чугунная стружка, при агломерации железорудных материалов, открываются новые возможности повышения качества агломерата и производительности агломерационных машин.
Использование отходов металлургического производства требует специальных исследований по разработке технологии производства офлюсованного агломерата. Повторное использование металлургических отходов позволяет сократить потребление исходных материалов, тем самым увеличивает эффективность использования природных ресурсов
При производстве офлюсованного агломерата использовались концентрат, смеси руд, и железосодержащие отходы как доменный шлам и чугунная стружка, флюсы, оборотный продукт аглопроизводства - возврат и твердое топливо.
Основными характеристиками металлургических отходов являются химический и гранулометрический состав, однако при подготовке отходов к утилизации необходимо знать параметры, как плотность, влажность, удельный выход и др. Следует отметить, что пыли (шламы) и металлическая стружка по химическому составу отличаются друг от друга, поэтому эти характеристики представлены далее в усредненном виде.
Химический состав доменных шламов АО «АрселорМиттал Темиртау» представлен в таблице 1 [6].
Таблица 1 - Химический состав доменных шламов АО «АрселорМиттал Темиртау»
Беобщ Ре2Оз БеО СаО БЮ2 ЛЬОз М§О Ш2О Мп Р 2п РЬ Р2О5
0.1 81,6 0,4 0,3 13,4 2,2 0,18 0,28 0,1 0,12 1,09 0,21 0,12
Плотность их колеблется в пределах 2,7-3,8 г/см, удельный выход в среднем составляет 2,75-0,84%. Коэффициент использования этих шламов изменяется (для разных предприятий) довольно значительно - от 0,1 до 0,8. Это довольно тонкодисперсный материал: фракции >0,063 мм до 10-13%, 0,016-0,032 мм от 16 до 50% и < 0,008 мм от 10 до 18%.
Таблица 2 - Химический состав чугунной стружки металлургического производства представлен в таблице [6].
Химический элемент или соединение
Беобщ Бе2Оз БеО СаО БЮ2 ЛЬОз Сг N1 Мп С
90,5 - - 1,00 3,00 1,00 1,6 0,15 0,6 1,0 3,50
Плотность их колеблется в пределах 7400 - 7750кг/м3, насыпная плотность стружки чугуна составляет около1800кг/м3.
Гранулометрический состав: фракции > 3 мм. Обеспечение качества агломерата начинается с надлежащего подбора и хорошего смешивания исходных материалов.
Для разработки технологии офлюсованного агломерата в шихту агломерации вводят известняк, чтобы агломерат содержал СаО и его основность СаО^Ю2 составляла 1-1,4 и более. Это позволяет работать без загрузки известняка в доменную печь. Качество офлюсованного агломерата оценивают рядом параметров: он должен быть в кусках определенной крупности, должен иметь высокую прочность в холодном и в горячем состоянии, высокую восстановимость, высокую температуру размягчаемости.
Спекания проводились в лабораторной чаше диаметром 150 мм и высотой 400 мм. Для уменьшения тепловых потерь в окружающую среду чаша была теплоизолирована слоем асбеста и огнеупорной глины толщиной 10 мм. Перед спеканием рассчитывали состав шихты, для получения агломерата заданного химического состава. Топливо, флюсовую смесь и возврат дозировали по классам: 0-1 мм и 1-4 мм. После набора навесок компонентов шихты, их смешивали в течение 3 минут в тарельчатом грануляторе (ё = 1 м, угол наклона тарели а = 45°, п = 6 об/мин). Перед окомкованием к шихте добавляли 85-90 % от общей массы воды, необходимой для получения заданной влажности.
Добавку доменного шлама осуществляли, соблюдая постоянство основности и содержания М§0 в агломерате. Количество доменного шлама в шихте изменяли в широком диапазоне от 0 до 14 %. Лабораторные исследования были построены таким образом, чтобы в каждой следующей серии опытов доля углерода вносимого доменным шламом увеличивалась в 2 раза. В 5-й серии опытов спекание проводилось без использования топлива, за счёт углерода доменного шлама. Данные о влияние доменного шлама на качество агломерата - в таблице 3
Таблицца-3 Влияние доменного шлама на качество агломерата
№ п.п. Параметры Серии опытов
1 2 3 4 5
1 Содержание доменного шлама в шихте, % (масс) 0 1,68 3,50 7,00 14,0 0
2 Химический состав агломерата, % (масс.)
2.1 Беобщ 57,81 57,75 57,85 57,9 57,91
2.2 Мп 0,08 0,09 0,08 0,08 0,08
2.3 Б 0,04 0,05 0,05 0,05 0,05
2.4 2п 0,07 4 0,09 0,12 0,15 0,17
2.5 БеО 11,3 12,5 13,8 15,0 14,8
2.6 БЮ2 8,05 8,07 8,01 7,99 7,92
2.7 СаО 9,03 9,05 8,92 8,83 8,79
2.8 М§О 1,56 1,53 1,49 1,51 1,54
2.9 АЪОэ 0,74 0,72 0,70 0,75 0,73
2.10 СаО/БЮ2 М2 1,12 1,11 1,11 1,11
3 Металлургические свойства агломерата
3.1 Горячая прочность (+5 мм), % 50,7 53,6 56,5 59,3 58,8
3.2 Восстановимость, % 77,3 76,0 73,2 71,2 72,1
3.3 Температура начала плавления, °С 1207 1201 1195 1191 1193
3.4 Температура конца плавления, °С 1418 1412 1406 1402 1403
При введении в шихту доменного шлама удельная производительность снижалось на 1% на каждый дополнительный процент шлама. Уменьшение вертикальной скорости спекания на 0,3^0,4 мм/мин при практически одинаковом выходе годного агломерата объясняется тем, что содержащегося в шламе частиц углерода значительно меньше, чем в коксике. Мелкодисперсное топливо доменного шлама при окомковании шихты оказывается закатанным внутрь гранул, препятствуя более полному сгоранию углерода.
Вместе с тем, при температурах выше 1000 0С, благодаря хорошему контакту тонкодисперсного топлива с частицами концентрата, активно развиваются процессы прямого и косвенного восстановления с образованием большого количества FeO. В условиях избытка тепла на нижних горизонтах спека образование большого количества FeO способствует увеличению количества жидкоподвижного железистого расплава, отрицательно влияющего на газопроницаемость спекаемого слоя и вертикальную скорость спекания.
Технико-экономическая эффективность использования в аглошихте 1 % (15 кг/т агломерата) доменного шлама выражается в сокращении расхода сырых материалов: топлива на 0,25 %, флюсов на 0,08 %, концентратов на 0,57 % (по отношению к общей массе шихты).
Особенностью шламов доменных газоочисток является повышенное содержание в них цинка. Вследствие этого при подготовке их к использованию в качестве добавки шихте необходимо проводить обесцинкование. Извлечение цинка из доменного шлама до 70 % является проблемой, так как цинк в них содержится в виде трудно восстановимых соединений (ферритов, силикатов, сульфатов, сульфидов). Использование их в аглодоменном производстве без предварительного обесцинкования приводит к тому, что соединения цинка полностью переходят в агломерат, блокируя его способность к восстановлению, вследствие чего получается агломерат низкого качества.
Можно утверждать, что удаление цинка связано с отгонкой цинка из исходной шихты и последующим улавливанием его в виде оксида или металлического цинка. Взаимодействие углерода с оксидом цинка протекает по реакциям:
7пО + С = 7пгаз + СО
7пБе2О4 + 2С = 7пгаз + 2БеО + 2СО
Первая реакция протекает при температуре 950 °С, вторая - при температуре 1070 °С и выше, причем возгонка цинка наиболее интенсивно идет при температуре 950-1000 °С. Поскольку для удаления цинка необходим значительный расход коксика, нами предложена технология спекания офлюсованного агломерата с дополнительным нагревом, что значительно повысит температуру до 1300 °С за счет увеличения тепла регенерации в верхних слоях аглошихты.
Для ввода в аглошихту наиболее целесообразно использовать мелкую чугунную стружку крупностью до 3 мм. Чугунная стружка при этом будет утилизироваться с максимальной эффективностью. Введение в шихту
чугунной стружки за счёт тепла, которое выделяется при окислении составляющих её элементов ^е, С, Si, Мп), позволяет увеличить температуру в слое на величину, пропорциональную количеству введённой стружки. Повышение максимальной температуры в проведённых экспериментах в расчёте на 1 % введённой в шихту чугунной стружки составило 40-50 °С. Вместе с тем введение стружки приводит и к другим изменениям теплового режима процесса спекания.
На рисунке приведены изменения температуры по высоте слоя при спекании агломерата с вводом в шихту чугунной стружки
а) б)
Рисунок 1. Изменение температуры по высоте слоя при спекании агломерата вводом в шихту чугунной стружки в количестве: а — 2,5 %, б — 5 %.
Анализ этих данных показывает, что на всех горизонтах максимальная температура при увеличении количества введённой в шихту стружки достигалась с разницей 0,4-0,6 мин в расчёте на 1 % роста расхода стружки в шихту.
Как показали результаты обработки термограмм, помимо описанных выше изменений теплового режима, ввод в слой металлического железа приводит к увеличению времени пребывания материалов в зоне высоких температур. Это увеличение связано с тем, что процесс окисления железа при агломерации растянут во времени и проходит в два этапа, описанных выше. В верхней ступени теплообмена с увеличением количества стружки в шихте рост температур начинается раньше, чем в слое из обычной шихты.
Время пребывания материалов в зоне высоких температур (ттаХ:) с увеличением количества вводимого в шихту металла увеличивается (табл. 3).
Горизонт, стружки в шихте (%), мм ттах X (мин) при различном содержании стружки в шихте (%)
2,5 5
70 1,4 2,8
145 2,0 2,5
220 2,0 3,0
295 2,3 3,0
Приведённые выше изменения теплового уровня процесса спекания шихты при введении в её состав чугунной стружки положительно сказались на технико-экономических показателях процесса агломерации. Прежде всего, это касается выхода годного агломерата, который при введении в шихту стружки в количестве 2,5 % возрос почти на 20 %. При последующем увеличении содержания стружки в шихте на 1 % выход годного агломерата увеличивался практически на аналогичную величину. Кроме того, полученный агломерат имел повышенную прочность. Этому способствовало увеличение времени пребывания аглоспёка при высоких температурах. Спёк медленнее охлаждался, что приводило к завершению всех процессов кристаллизации расплава. В результате агломерат имел металлический блеск, его куски были хорошо оплавлены и имели повышенную пористость, а следовательно восстанавливаемость.
Список литературы:
1. Волынкина, Е.П. Отходы металлургического предприятия: от анализа потерь к управлению [Текст] / Е.П. Волынкина, Е.В. Протопопов // Известия высших учебных заведений. Чёрная металлургия. - 2005. - № 6. - С. 72 - 76.
2. Дайке, Р. Поведение цинка при рециклинге железосодержащих пылей и шламов [Текст] / Р. Дайке, К. Хилльман // Чёрные металлы. - Июль. -1999. - С. 50-55.
3. Переработканекондиционных железосодержащих пылей и шламов металлургических переделов [Текст] / В.П. Ульянов, В.И. Булавин, В.Я. Дмитриев и др. // Сталь. - 2002. - №12. - С. 69 - 75.
4. Флайшандерл, А. Zewa - новый процесс утилизации металлургических отходов [Текст] / А. Флайшандерл, У. Геннари , А. Ллие // Сталь. - 2004. -№12. - С. 118-123.
5. Основные закономерности поведения цинка в доменной печи [Текст] / Ю.П, Щукин, B.C. Новиков, Б.А. Марсуверский и др. // Сталь.- 1992. - №2. - С.5-9.
List of references:
1. Volynkina, EP Wastes of a metallurgical enterprise: from loss analysis to management [Text] / E.P. Volynkina, E.V. Protopopov // Proceedings of higher educational institutions. Ferrous metallurgy. - 2005. - No. 6. - S. 72 - 76.
2. Dike, R. The behavior of zinc during recycling of iron dusts and sludges [Text] / R.
Dike, K. Hillman // Ferrous metals. - July. -1999. - S. 50-55.
3. Processing of substandard iron dusts and sludges of metallurgical processing [Text]
/ V.P. Ulyanov, V.I. Bulavin, V.Ya. Dmitriev et al. // Steel. - 2002. - No. 12. - S.
69 - 75.
4. Fleischanderl, A. Zewa - a new process for the disposal of metallurgical waste [Text]
/ A. Fleischanderl, W. Gennari, A. Llie // Steel. - 2004. - No. 12.-C. 118-123.
5. The main patterns of behavior of zinc in a blast furnace [Text] / Yu.P., Schukin, B.C.
Novikov, B.A. Marsuversky and others // Steel.- 1992. - No. 2. - S. 5-9.
