УДК 662.818
ПОЛУЧЕНИЕ ИЗ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ ОТХОДОВ БРИКЕТИРОВАННЫХ ЖЕЛЕЗОФЛЮСОВ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СТАЛИ
© Сорокин Юрий Васильевич1, канд. техн. наук, e-mail: Y.sorokin@uim.ural.ru; Демин Борис Леонидович1, канд. техн. наук, e-mail: b.demin@uim-stavan.ru ; Щербаков Евгений Николаевич1, e-mail: Y.sorokin@uim.ural.ru; Степанов Александр Игоревич2, канд. техн. наук, e-mail: StepanovAI@stw.ru; Мурзин Александр Владимирович2, e-mail: MurzinAV@stw.ru; Жилин Александр Михайлович2, e-mail: vip.zhilin@stw.ru
1 ОАО «Уральский институт металлов». Россия, г. Екатеринбург
2 ОАО «Северский трубный завод». Россия, г. Полевской Свердловской обл. Статья поступила 15.04.2014 г.
СЕВЕРСКИЙ
ТРУБНЫЙ ЗАВОД
Разработаны технологии переработки всех мелкозернистых отходов металлургического производства в ОАО «Северский трубный завод» с получением брикетированных железофлюсов. Определены оптимальные составы брикетов и изготовлены их промышленные партии, которые опробованы в мартеновской, 5-т и 135-т электросталеплавильных печах. Показаны экономическая и экологическая целесообразность брикетирования мелкозернистых отходов предприятия и их использования в сталеплавильном производстве.
Ключевые слова: мелкозернистые отходы, пыльгазоочистки, шлак, окалина, магнитный продукт, брикеты, использование в сталеплавильном производстве.
При производстве продукции черной металлургии образуется значительное количество твердых отходов. Кусковые или гранулированные отходы (шлаки) используются в собственном производстве, в качестве строительного материала или сырья для получения других видов продукции. Мелкозернистые, тонкодисперсные и пастообразные отходы (шламы и пыли газоочистки, распадающиеся шлаки, замасленная и сухая окалина, мелкие фракции магнитного продукта и др.), несмотря на высокое содержание в них ценных компонентов практически непригодны для непосредственного использования в производственных процессах из-за сложности вовлечения их в технологический цикл плавильных агрегатов. В результате их вывозят в отвалы, отстойники, шламохранилища, при этом отторгаются земельные территории, загрязняются воздушный и водный бассейны региона.
В ОАО «Северский трубный завод» (СТЗ) ежегодно образуется около 200 тыс. т твердых отходов. Кусковые материалы (шлаки электропечи) перерабатываются на дробильно-сортировочной установке (ДСУ), мощность которой позволяет перерабатывать не только шлаки текущего производства, но и отвальные, которые к настоящему времени практически переработаны. Годовой
объем перечисленных мелкозернистых отходов завода, полученных в 2013 г., представлен ниже,
т/год:
Шлак установок ковш-печь (УКП) 16 300
Пыль ДСУ и ДСП 12 700
Окалина замасленная 3 100
Мелкий магнитный продукт 12 000
Всего 44 100
Рафинировочные шлаки установок ковш-печь (УКП) содержат до 50% и выше оксида кальция, до 10% оксидов магния и 27% оксидов алюминия, поэтому могут быть использованы в качестве составляющих шихты при выплавке стали. При охлаждении шлаки УКП самопроизвольно распадаются в порошок. В настоящее время сторонние организации не готовы использовать распавшийся шлак в больших количествах и требуют его специальной подготовки для перевозки и последующего применения. Складирование шлака УКП вызывает загрязнение окружающей среды, требует больших площадей и платы за размещение.
Пыль газоочистки содержит значительное количество оксидов железа и кальция, поэтому также может рассматриваться как компонент шихты. Вопрос ее утилизации на заводе в настоящее вре-
мя является одним из наиболее острых в связи с тем, что карьер для размещения отходов четвертого класса опасности (конкретно - для пыли газоочистки) с учетом текущих объёмов отходов будет заполнен к концу 2014 г. Размещение пыли на других территориях приведет к значительному увеличению экологических выплат.
Окалина на заводе разделяется по содержанию в ней масла на сухую и замасленную. Сухая и замасленная окалина собирается и хранится отдельно. Содержание оксидов железа в ней достигает 72%. Сухая окалина реализуется как товарная продукция на агломерационные фабрики региона. Замасленная окалина предварительно обезвоживается и усредняется непосредственно у шламонакопителей, контролируется на содержание масла, а затем передается на утилизацию сторонним специализированным предприятиям. Подготовка замасленной окалины для реализации производится в летний период.
Мелкий магнитный продукт образуется в результате переработки печного шлака сталеплавильного производства на ДСУ. Он содержит оксиды железа, небольшие металлические включения и пылевидные фракции шлака, вывозится как отход для рекультивации. Крупногабаритный магнитный продукт используется в качестве ме-таллошихты.
С учетом свойств и количества отходов были разработаны составы брикетов, содержащих железо и элементы, которые могут служить составляющими шихты при производстве стали. Сухие материалы снижают концентрацию воды и масла замасленной окалины до пределов, позволяющих изготовлять брикеты без предварительной термообработки материала и применения связующих компонентов. Учитывая химический состав мелкозернистых отходов, предполагали, что использование брикетов в металлургическом переделе позволит экономить металлолом, флюсующие материалы, улучшить ход ведения плавки, снизить затраты на производство стали и размещение отходов, решить ряд экологических вопросов.
В качестве добавок, улучшающих физико-химические свойства брикетов, применили известь и отсевы коксика. Известь способствовала проявлению вяжущих свойств шлаковой составляю-
щей, добавки отсевов коксика, как углеродсодер-жащего компонента - восстановлению оксидов железа, улучшению хода плавки и ускорению шлакообразования.
Предельное содержание компонентов в составах брикетов, предназначенных для использования в разных сталеплавильных агрегатах, с учетом выхода и запасов техногенного сырья, приведено ниже, %:
Наименование компонентов смеси
Замасленная окалина 15-25 (23,0)
Окалина сухая 0-15 (-)
Мелкий магнитный продукт 35-70 (63,2)
Пыль газоочистки печей ,
л г\г 4-5 (4,7) и циклонов ДСУ
Коксовая мелочь (коксик) 8-12 (9,1)
Известь 0-10 (-)
Примечание. В скобках - состав брикетов, использованных в опытных плавках
Опытные партии брикетов были изготовлены на вибропрессах для производства шлакоблоков Северского завода железобетонных изделий1. Брикеты имели неоднородную структуру: наружные слои толщиной до 70 мм были плотными, а центральные - рыхлыми, что свидетельствует о недостаточном усилии прессования. Однако брикеты обладали достаточной прочностью и не ломались при перегрузках. После трех суток выдержки на открытом воздухе прочность брикетов возрастала, они не разрушались при загрузке в печь и не трескались при оплавлении в процессе нагрева.
В первых опытных плавках в мартеновской печи брикеты в количестве 4-6% от завалки загружали на мелкую составляющую металлолома перед подачей извести. Такая последовательность способствовала ускорению шлакообразования.
Результаты опытных плавок показали, что добавка брикетов в печь улучшает ход процесса из-за ускорения шлакообразования и ввода в шихту углеродсодержащих материалов.
В связи с заменой мартеновского производства стали электросталеплавильным и для определения возможности использования брикетов в новом сталеплавильном процессе были проведены две серии опытных плавок в 5 т-электродуго-вой печи фасонно-литейного цеха2. Брикеты из-
1 Сорокин Ю.В., Демин Б.Л., Зуев М.В. и др. Переработка мелкозернистых отходов на ОАО «Северский трубный завод» : Тр. ГНЦ РФ ОАО «Уральский институт металлов», Екатеринбург // Новые технологии и материалы в металлургии, 2005. С. 325-328.
2 Сорокин Ю.В., Демин Б.Л., Степанов А.И., Щербаков Е.Н. Опыт использования в электропечах мелкозернистых отходов металлургического производства: Тр. междунар. конгр. «Фундаментальные основы технологий переработки и утилизации техногенных отходов ТЕХНО-ГЕН-2012» (Екатеринбург. 13-15 июня 2012 г.). С. 240-243.
готовили из тех же отходов производства (в виде кирпичей) на колено-рычажном прессе Первоу-ральского динасового завода.
Все опытные плавки выполняли со сталью 25Л. Порядок завалки и количество компонентов, вносимых в печь, следующие: 80-130 кг известняка, 230-560 кг брикетов (4-10% от ме-таллозавалки), 4900-5600 кг стального лома (возврат собственного производства, лом и др.), передельный чугун. Брикеты содержали около 24,4% Бе , .
общ
Загрузка в печь в начале плавки материалов, имеющих температуру плавления ниже, чем оставшийся в печи шлак, повышенное содержание оксидов железа и дополнительный углерод обеспечивают быстрый нагрев и расплавление шихты, восстановление оксидного железа. В результате экспериментальные плавки отличались быстрым формированием пенистого шлака, ранним закрытием дуги, что способствовало улучшению теплопередачи и сокращению периодов плавления и доводки металла. Более интенсивный разогрев шлака и металла способствовал образованию жидкоподвижного шлака с низкой вязкостью, что привело к резкому снижению потерь металла со скачиваемым шлаком и положительно сказалось на выходе годного металла. Увеличению выхода годного способствовало и частичное восстановление оксидов железа брикетов, и снижение угара железа в результате сокращения периода плавления.
Балансовый анализ шихтовых материалов и продуктов плавки показал прирост годного металла по сравнению с количеством загруженной металлошихты и поступающим с брикетами железа, что хорошо коррелируется со снижением потерь металла со скачиваемым шлаком и переходом его в годный металл.
Проведенные испытания показали принципиальную возможность и целесообразность использования брикетов в плавке в электропечах. Даже при низком содержании железа в брикетированных железофлюсах добавка их в шихту в пределах 4-10 % вызывала увеличение выхода годного.
Опытные плавки выявили также экономию электроэнергии при использовании брикетов. Это можно объяснить вводом в шихту вместе с брикетами коксика, который расходуется как на восстановление оксидов железа, так и на нагрев ванны. Разогрев
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.