А. Кожабергенов - магистрант КарГТУ (МетМ15-4)
Научный руководитель к. т.н., доцент -
ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
Снижение уровня загрязнения окружающей среды и ресурсосбережения являются основными принципами. Конвенции устойчивого развития человечества.
По комплексу производства металлургического предприятия полного цикла, наибольшее количество твердых отходов образуется в доменном и стале - плавильном процессах.
Существенные проблемы представляет утилизация доменного (5-10 кг/т чугуна) и конверторного шлама (20-30 кг/т стали), вследствие их агрегатного состояния (суспензия) и наличия вредных примесей (Zn, Pb, щелочи).
Степень переработки конверторного шлака такие невысокая 70%, причем все ценные составляющие шлака (CaO, MgO, FeO, Fe2O3-72-80 %) выводятся из сферы металлургического производства.
Использование отходов металлургического производства требует специальных исследований по разработке технологии производства офлюсованного агломерата. Повторное использование металлургических отходов позволяет сократить потребление исходных материалов, тем самым увеличить эффективность использования природных ресурсов.
При производстве офлюсованного агломерата использовались шламы доменного и конверторного производства, взамен сырых флюсов использовали конверторный шлак.
Основу аглошихты составляли концентраты ССГОК (Feобщ-65-68%, FeO-25-27 %, CaO/SiO2-0.05%) и аглоруда (Feобщ -55%, FeO -13 %, CaO/SiO2 -0.12%) в количестве 85% и 10 % соответственно.
Спекание окомкованной аглошихты методом просасывания воздуха осуществляли в аглочаше. Качество агломерата оценивали на прочность, восстановимость и минералогическим исследованиям структуры.
Изучали добавку доменного шлама в количестве от 0 до 15 %, при содержании углерода в шихте С=2,8%, основность аглошихты составляла 1,1÷1,2.
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 содержащиеся в шламе частицы углерода значительно меньше, чем коксик. В шламе содержится 90-95% топлива крупностью 0,-0,5мм, а в коксике 45-50%.
Мелкодисперсное топливо доменного шлама при окомковании шихты оказывалось закатанным внутри гранул и препятствовало более полному сгоранию топлива, что снижало теплоотдачу от горения топлива с 23,7 МДж/кгс до 23,4, а в продуктах горения отношения СО/СО2 увеличивалось с 0,75 до 0,81. Это приводило к понижению уровня максимальных температур в зоне горения, особенно в верхних горизонтах спекаемого слоя.
Полная замена коксика топливом доменного шлама (15 % от массы шихты) изменяет физико - химические свойства агломерата. Увеличилось прочность агломерата на 8,1%, восстановляемость снизилась на 5,0 %, повысилось содержание FeO с10 до 15 %, Zn увеличилось с 0,07 до 0,17 %, при Feобщ -58%, CaO/SiO2 -1,12%, S-0,05 %.
Использование в аглошихте 1 % доменного шлама сокращает расход коксика на 0,25 %, флюсов на 0,1 %, концентрата на 0,6 % по отношению к общей массе шихты.
Поскольку в шламе присутствует цинк и содержание его составляет: ~0,17 % проведены термодинамические расчеты фазовых превращений соединений цинка в агломера цианом процессе. Основной формой состояния цинка в шламе является его оксид – ZnO, феррит (ZnO●Fe2O3) и силикат (ZnO●SiO2) цинка.
Возгоняющийся цинк выносится из зоны горения топлива, окисляется кислородом, а при t-600-880°C двуокисью углерода, частично Znгаз окисляется на поверхности шихты высшими окислами железа при t 1200°C продвижение зоны горения вниз приводит к повторному восстановлению Zn и его возгонке.
Увеличение парциального давления Znгаз (вследствие его накопления) сдвигает начало реакции окисления в область высоких температур, что затрудняет вынос цинка отходящими газами из агломерата. Восстановление цинка возможно только при повышенном расходе топлива обеспечивающем резкое снижение содержание О2 и СО2 в газовой фазе.
Повышение основности агломера ционной шихты способствует удалению цинка из шихты за счет разрушения феррита и силиката цинка, а также уменьшения содержания свободных оксидов кремния и железа, что снижает вероятность протекания реакций окисления Znгаз до феррита и силиката цинка в зонах интенсивного нагрева и сушки.
Основные теоретические выводы поведения цинка в спекаемом слое шихты были подтверждены лабораторными исследованиями.
Выполняли спекания шихты с содержанием углерода 3,5-20 %, основностью шихты 1,5÷5,0, в шихту вводили доменный шлам в количестве 30% до 60 %.
Основным услови для удаления цинка из спекаемого слоя является высокое содержание топлива в шихте -20%, увеличение основности с 1,5 до 5,1 позволяет удалить 10-15 % Zn шихты.
При нормальном режиме спекания CaO/SiO2 -1,5 % степень удаления Zn не >5-6 %. Максимальное удаление цинка возможно при расходе топлива С-10-20 %.
Преимуществом рекомендуемой технологии является экономия шихтовых материалов из расчета 1 т агломерата: 135 кг концентрата, 35 кг руды, 28 кг топлива, при условии сохранения высокой удельной производительности аглоленты 1,4-1,5 т/ м2час.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Переработка некондиционных железосодержащих пылей и шламов металлургических переделов. Сталь 2002 №12 Состояние и перспективы утилизации металлургических шлаков: «Новости черной металлургии за рубежом». 2000 №4