Сравнение одностадийного жидкофазного и двухстадийного способов переработки пылей и шламов с помощью математического моделирования

Бигеев В.А.; Пантелеев А.В.; Черняев А.А.

Список литературы

1. Емельянов В.А. Тепловая работа машин непрерывного литья заготовок. М.: Металлургия, 1988. 237 с.

2. Нисковских В.М., Карминский O.E., Беренов А.Д. Машины непрерывного литья заготовок. М.: Металлургия, 1991. 259 с.

3. Расчетно-аналитическое исследование тепловых процессов в кристаллизаторе / Л.В. Буланов, Р.Ф. Асанова, В.Е. Волегова и др. // Сталь. 1999. № 9. С. 34-36.

4. Расчетно-технический материал РТМ 24.968.01-81. Екатеринбург, 1981. 56 с.

УДК 669.181

В.А. Бигеев, A.B. Пантелеев, A.A. Черняев

ФГБОУВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»

СРАВНЕНИЕ ОДНОСТАДИЙНОГОЖИДКОФАЗНОГО И ДВУХ-СТАДИЙНОГО СПОСОБОВ ПЕРЕРАБОТКИ ПЫЛЕЙ И ШЛАМОВ С ПОМОЩЬЮ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

На фоне истощения запасов железной руды и ужесточения законов в области охраны окружающей среды всё большую актуальность приобретает проблема переработки металлургических отходов. Особое внимание уделяется переработке шламов и пы-лей. Так как содержание железа в некоторых видах шламов превышает 50%, использование их в качестве суррогата железной руды может существенно сократить затраты металлургических предприятий. А наличие в некоторых шламах и пылях более 20% цинка [4, с. 330] позволяет рассчитывать на дополнительный доход от продажи цинковых концентратов, при условии организации качественной системы отделения и улавливания цинка в процессе переработки.

Содержащийся в шламах цинк делает их не только ценным источником этого металла, но и трудноперерабатываемым отходом. Этот элемент летуч и легко восстанавливается уже на средних горизонтах доменной печи. Многократное восстановление цин-

ка существенно увеличивает расход кокса - дефицитного топлива, затраты на которое составляют до 55% от себестоимости чугуна. Кроме того, цинк конденсируется на стенках доменной печи и газоходах, что ухудшает циркуляцию газов, и ведет к разрушению огнеупорной кладки, разрыву кожуха и, как следствие, к учащению остановок в работе доменной печи для проведения ремонтных работ [1].

Всё это заставляет считать доменный процесс неподходящим для переработки цинксодержащих шламов и обратить внимание на бездоменные способы восстановления железа.

Бездоменные методы восстановления железа можно разделить на две основные группы: твердофазные (Мидрекс, ХиЛ-III, Purofer, Ghaem, BL, KINGLOR METOR, Fior, FINMET, Inmetco, DRyl-ron, FASTMET, ITmk3 и др.) и жидкофазные (двухстадийные: Corex, Dios, HIsmelt, CCF, SR Smelter, IRON DYNAMICS, FASTMELT, REDSMELT; одностадийные: DECU, Инред, Джет-процесс, Ромелт, Ausmelt, TECNORED и др.) [2,4,5].

Большинство твердофазных процессов восстановления железа, в основном процессы восстановления в трубчатых вращающихся печах и в печах с вращающимся подом, могут использоваться для получения металлизованного продукта из шламов и пылей. Основным преимуществом этих процессов является относительно небольшое количество отходящих газов, что позволяет успешно улавливать цинк. Но, тем не менее, они малопроизводительны, не пригодны для удаления фосфора, мышьяка, меди, серы, что делает получающийся металлизованный продукт неподходящим сырьем для выплавки даже рядовых марок сталей. Кроме того, хранение губчатого железа требует больших капитальных затрат для предотвращения вторичного окисления.

Одностадийные жидкофазные процессы восстановления железа отличаются высокой производительностью, обусловленной протеканием физико-химических реакций в жидких или эмульсионных режимах и возможностью получать на выходе жидкий, с температурой ~1600°C, науглероженный продукт (чугун). К недостаткам жидкофазных процессов следует отнести высокий физический и химический потенциал отходящих газов, что негативно сказывается на расходе топлива. Также среди недостатков можно отметить трудности улавливания цинка из-за большого объема отходящих газов.

Особый интерес могут представлять технологии переработки шламов, основанные на совместном использовании процессов

твердофазного и жидкофазного восстановления, т.к. это позволяет сочетать в себе преимущества твердофазных и одностадийных жидкофазных методов [3, с.8]. На первой стадии происходит твердофазное восстановление железа с удалением и последующим улавливанием цинка. На следующей стадии разогретый и частично металлизованный продукт подвергается жидкофазному восстановлению, причем тепло образующихся газов может быть использовано на первой стадии. Главным недостатком такого способа переработки шламов является сложность и размеры подобных комплексов, а также более высокие капитальные затраты на их строительство.

Для сравнения жидкофазного и двухстадийного процессов переработки шламов было сделано 5 вариантов расчета с использованием математических моделей твердофазного и жидкофазного восстановления. В первом варианте расчета моделировалась ситуация, когда шламы не подвергаются предварительному твердофазному восстановлению. Во втором, третьем, четвертом и пятом вариантах расчета жидкофазному восстановлению подвергался металлизованный во вращающейся трубчатой печи продукт со степенью металлизации 50, 60, 70 и 80% соответственно. Исходные окатыши содержали РеО - 1,85%, Ре203 - 62%, ЭЮ2 - 4,06%, АЬОз - 0,6 %, СаО - 6%, МдО - 1,3%, МпО - 2,72%, гпО - 15,47%, С - 1%, Н2О - 5%. Состав угля для моделирования жидкофазного процесса принимался следующим: С - 63,8%, Э1О2 - 11.72%, Н2О -6%, АЬОз - 5,57%, Н - 4,02%, О - 3,31%, Ре2Оз - 2,59%, N - 1,51%, Б - 0,68%, СаО - 0,31%, Р2О5 - 0,08%. Кроме этого в качестве входных параметров моделей были заданы: масса шламов -100 кг, температура исходных окатышей - 25°С, температура ме-таллизованных окатышей на выходе из трубчатой печи - 1130°С, температура металлизованных окатышей при подаче в агрегат жидкофазного восстановления - 1000°С, температура отходящих газов вращающейся печи 950°С, температура отходящих газов вращающейся печи - 1550°С, температура отходящих газов агрегат жидкофазного восстановления - 1550°С, температура чугуна - 1550°С, исходное содержание кислорода в воздушном дутье - 20%, содержание кислорода в обогащенном воздушном дутье - 65%.

На рис. 1 показано содержание серы и фосфора в чугуне при различных вариантах расчета.

На рис. 2 показано количество угля, чугуна и шлака при различных вариантах расчета. На рис. 3 показаны объемы газа, образующегося на стадии жидкофазного восстановления.

л

Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3 Вариант 4 Вариант 5 л [5] ■ [Р] х 100 Рис. 1. Процентное содержание серы и фосфора в чугуне

Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3 Вариант 4 Вариант 5 ■ Уголь энергетический □ Чугун "Шлак Рис. 2. Масса угля, чугуна и шлака

140

JLZU "Е 100 « I

та U

ё ^ дп

20 1 1 1 I

Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3 Вариант 4 Вариант 5

Рис. 3. Объем газа, образующегося на стадии 2

По результатам расчетов можно сделать следующие выводы:

1) применение двухстадийного процесса позволяет существенно снизить потребление угля (53,86 кг в расчете 1 против 9,61 кг в расчете 5). А это не только экономия денежных средств, но и меньшее количество вредных примесей и меньшее количество шлака (22,64 кг в расчете 1 против 14,29 кг в расчете 5);

2) при двухстадийном процессе чугун получается более чистым по сере и фосфору, главным образом это объясняется меньшим расходом энергетического угля;

3) при двухстадийном процессе суммарное количество образующихся газов меньше, чем при одностадийном жид-кофазном. Кроме того, при твердофазном восстановлении благодаря значительно меньшему количеству образующихся газов легче уловить цинк.

Список литературы

1. Новые процессы вывода цинка из цикла «аглофабрика - доменная печь» / Г.С. Клягин, В.И. Ростовский, A.B. Кравченко, О.Л. Раджи // Металл и литье Украины. 2004. №3-4. С. 26-28.

2. Курунов И.Ф. Савчук H.A. Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа. М.: Черметинформация, 2002. 198 с.

3. Перспективы вовлечения в переработку новых видов железосодержащего сырья / Б.А. Никифоров, В.А. Бигеев, A.M. Бигеев, P.C. Тахаутдинов // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2004. №2. С. 7-10.

4. Юсфин Ю.С., Гиммельфарб A.A., Пашков Н.Ф. Новые процессы получения металла (металлургия железа): учебник для вузов. М.: Металлургия, 1994. 320 е.: ил.

5. Юсфин Ю.С., Пашков Н.Ф. Металлургия железа: учебник для вузов. М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. 464 е.: ил.

УДК 669.14.018.256

Е.А. Мельничук, A.C. Королев, В.Н. Селиванов

ФГБОУВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»

АНАЛИЗ ДЕФОРМАЦИИ ЗАТВЕРДЕВАЮЩЕЙ ОБОЛОЧКИ НЕПРЕРЫВНОЛИТОГО СЛЯБА

В теории затвердевания непрерывнолитых слитков молчаливо предполагается, что в продольном направлении механическая деформация затвердевшей оболочки слитка практически отсутствует и в любой момент времени скорость движения всех его частей по ручью одинакова [1].

Однако новейшие исследования [2] показывают, что в процессе непрерывной разливки происходит существенная продольная деформация затвердевшей оболочки слитка. В указанном исследовании продольная деформация затвердевшей оболочки сляба оценивалось по расстоянию между поперечными складками. Известно, что такие складки на поверхности слитка образуется на каждом цикле качания кристаллизатора. Ширина складки в момент образования определяется скоростью вытягивания слитка из кристаллизатора и частотой его качания:

W

А = W, (1)

v

где Д - ширина складки, мм;

W- скорость вытягивания слитка из кристаллизатора, мм/мин; v - частота качания кристаллизатора, мин-1.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Бигеев В. А., Пантелеев А. В., Черняев А. А.