УДК 669.002.68
ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ РЕЦИКЛИНГА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЖЕЛЕЗОЦИНКСОДЕРЖАЩИХ ШЛАМОВ
© Борисов Вячеслав Валентинович; Иванов Сергей Яковлевич; Фукс Александр Юрьевич
ОАО «Уральская Сталь». Россия, Оренбургская обл., г. Новотроицк. E-mail: s.ivanov74@bk.ru Статья поступила 25.10.2013 г.
Описан способ переработки железоцинксодержащих шламов и пылей, который полностью решает проблему использования цинк-содержащих отходов, дает возможность увеличить объемы переработки мелкодисперсных отходов металлургических производств путем внедрения технологии вельцевания таких отходов. Описаны лабораторные и промышленные опыты, проведенные в ОАО «Уральская Сталь», по определению свойств получаемого в результате вельцевания продукта и агломерата, произведенного с его использованием. Кроме того, представлены результаты исследований механизма взаимодействия компонентов шихты, состоящей из железоцинкуглеродсодержащих мелкодисперсных отходов, после окомкования шихты и в процессе восстановительного обжига полученных окатышей. На основе комплексного анализа результатов лабораторных и промышленных опытов предложены технические и технологические решения по внедрению технологии вельцевания.
Ключевые слова: железоцинксодержащие мелкодисперсные отходы; цинксодержащие пыли и шламы; агломерация и агломерат; доменная печь; вельц-процесс и вельцевание; рециклинг; окомкованный продукт; агломерационная шихта; доменная шихта; химический состав; фракционный состав; вещественный состав.
Одной из наиболее значимо влияющих на состояние окружающей среды (атмосферы, почвы, подземных вод и открытых водоемов) отраслей российской и мировой промышленности является черная металлургия. Влияние оказывается не только за счет жидких и газообразных выбросов в атмосферу и открытые водоемы, но и за счет накопления на прилегающих к предприятиям территориях (в отвалах и шла-монакопителях) огромного количества мелкодисперсных отходов (шламов и пылей). Между тем эти отходы имеют ряд характеристик, обеспечивающих возможность их переработки и вторичного использования в качестве сырьевых материалов. Решение этой проблемы стало еще более актуальным в настоящее время - в условиях истощения природных ресурсов железорудного сырья.
В статье описывается способ вторичного использования железосодержащих шламов и пылей, альтернативный существующему на российских предприятиях черной металлургии способу, заключающемуся в использовании железосодержащих шламов и пылей в качестве добавки к 2 агломерационной шихте. Этот способ имеет ряд
о
недостатков, таких как, например, наличие цинка в шламах и пылях, при попадании которого в доменную печь и накоплении его в ее рабочем £ объеме снижаются технико-экономические по-< казатели плавки и нарушается нормальный ход г доменной печи. Присутствие в шламах цинка,
который не удаляется при агломерации, способствует настылеобразованию, ограничивает их применение в составе аглошихты. По этой причине приход цинка в доменные печи с железорудными материалами ограничивают на уровне 150-300 г/т чугуна.
Продолжительное использование богатого по содержанию цинка агломерата может привести к аварийным ситуациям на печи с разрушением ее элементов. В связи с этим увеличение объемов переработки мелкодисперсных отходов в рамках процесса агломерации ограничено. Таким образом, основной объем шламов и пылей, образующихся на российских металлургических предприятиях, несмотря на то, что содержание железа в них может доходить до 50-52%, складируется в шламонакопителях и отвалах.
Попытка специалистов ОАО «Уральская Сталь» в конце 1980-х годов производить агломерат с использованием в агломерационной шихте до 5% доменных шламов, содержащих 0,9-1,2% цинка, привела к существенному снижению технологических параметров работы доменных печей и увеличению расхода кокса.
В августе 2004 г. в ОАО «Уральская Сталь» была сделана попытка решить проблему реци-клинга таких шламов в агломерационном процессе путем их предварительной металлизации и обесцинкования во вращающейся печи [1]. С этой целью сушильный барабан на участке обезвоживания шламов агломерационного цеха был
переоборудован во вращающую трубчатую печь, технические характеристики которой приведены ниже:
Длина, м
Внутренний диаметр, м Толщина футеровки, мм Угол наклона, град. Скорость вращения, с-1 Тип печи Тип горелки Топливо Длина факела м
18 1,74 230 2
0,8-1,0
Противоточный Вихревой Природный газ 1,5-2,0
Смесь обезвоженного шлама и колошниковой пыли подвергали восстановительному обжигу во вращающейся печи. В качестве восстановителя использовали коксовую мелочь. Металлизован-ный материал выгружали на открытую площадку, где его охлаждали путем орошения водой. Магнитную сепарацию продукта не проводили из-за отсутствия соответствующего оборудования. Охлажденный продукт с пониженным содержанием цинка после его накопления отправляли на усред-нительный склад агломерационного цеха, а затем подавали в агломерационную шихту. Опробованная технологическая схема рециклинга шламов представлена на рисунке.
Сгущенные и обезвоженные шламы, получаемые на участке обезвоживания шламов (УОШ) агломерационного цеха, представляют собой смесь шламов сталеплавильного, аглодоменного
производств и замасленной окалины прокатных цехов комбината.
В течение всего периода проведения испытаний технологии рециклинга цинкосодержащих шламов отбирали четыре пробы текущих смешанных шламов, которые были сгущены и обезвожены на УОШ. Смешанные шламы и коксовая мелочь, используемые для получения продукта с пониженным содержанием цинка, имеют следующий усредненный химический состав, %: Бе 52,1 БЮ2 6,00; СаО 5,28; Б 0,263; 7п 1,268; РЬ 0,380 Р2О5 0,070; MgO 1,29; МпО 0,50; А2О3 0,85; Т1О2 0,062; основность СаО/Б1О2 = 0,88.
Восстановительный обжиг сырого окомко-ванного продукта проводили в присутствии твердого восстановителя (коксовой мелочи и шламов КХП) и с переменным расходом природного газа и воздуха.
Химический состав колошниковой пыли, зол шламов КХП и коксовой мелочи представлен в табл. 1.
Фракционный и вещественный составы шлама КХП и коксовой мелочи представлены в табл. 2.
Для зажигания реакционной массы внутри печи (смеси сырого окомкованного продукта и твердого восстановителя) необходим несколько повышенный расход природного газа (7080 м3/ч). После зажигания реакционной массы для предотвращения образования настылей в печи его подачу в печь снижали до минимальных значений (20-30 м3/ч).
Колошниковая пыль
Обезвоженый шлам
Шлам КХП
Сушильный барабан № 2
Дымовая труба
Смешивание и окомкование обезвоженного шлама и шлама КХП
Бункер
№3
Бункер№4
Окомкованный сырой продукт
Коксовая мелочь
Бункер №1
Отходящие газы и пыль
Шлам УОШ на обезвоживание
Сушильный барабан № 1 (футерованная трубчатая печь)
Продукт с пониженным содержанием цинка на аглофабрику
Технологическая схема получения продукта с пониженным содержанием цинка
Таблица 1. Химический состав колошниковой пыли и зол шлама КХП и коксовой мелочи
Компонент Содержание, %
Бе 8Ю2 СаО Л12Оэ М^ 8 Р2О5 Т1О2 7п РЬ С
Зола шлама КХП 8,39 52,7 6,0 29,0 1,91 0,26 1,49 1,26 - - - -
Зола коксовой мелочи 7,2 54,2 5,1 31,5 2,5 0,25 1,8 1,7 - - - -
Колошниковая пыль 38,9 8,1 9,3 1,8 1,8 0,35 0,06 0,11 0,4 0,06 15-18 4,6-7,2
Таблица 2. Фракционный и вещественный составы шлама КХП и коксовой мелочи
Компонент Содержание, мас. %
0-0,25 мм 0-5 мм 5-10 мм 10-25 мм углерод влага зола летучие сера
Шлам КХП Около 90 - - - 78,5 8,5 18,1 2,4 0,55
Коксовая мелочь - 23,2 51,3 25,7 82,3 2,2 14,25 0,75 0,5
В практике цветной металлургии, где используют аналогичную технологию для извлечения цинка из цинковых концентратов, подачу природного газа вообще прекращают при воспламенении твердого восстановителя [2]. Основная доля продукта с пониженным содержанием цинка (2/3 всего количества продукта) была произведена только из смеси смешанных шламов, коксовой мелочи и шламов КХП. Остальное количество продукта - с добавлением в смесь смешанных шламов, коксовой мелочи и шламов КХП, колошниковой пыли.
В результате проведения испытаний технологии было получено 700 т продукта с пониженным содержанием цинка. Основные опытные показатели изучаемой технологической схемы реци-клинга железоцинксодержащих шламов приведены ниже:
Массовое соотношение в шихтовой смеси, %:
железоцинксодержащии шлам : шлам КХП
железоцинксодержащий шлам: колошниковая пыль Расход природного газа, м3/ч: на восстановительный обжиг для зажигания коксовой мелочи на восстановительный обжиг после зажигания коксовой мелочи, м3/ч Расход воздуха, м3/ч: на восстановительный обжиг для зажигания коксовой мелочи на восстановительный обжиг после зажигания коксовой мелочи Массовое соотношение сырого
окомкованного продукта и твердого восстановителя, % Температура, °С: реакционной массы при загрузке в печь реакционной массы в печи обожженного продукта на выгрузке
90:10 60:40
70-80 20-30
180-200
футеровки на разгрузочном конце печи 1000
отходящих газов 800-900
Время пребывания реакционной массы в
печи, ч 0,5-1,0
Продолжительность промышленных
испытаний, дней 34
Продолжительность простоев печи, ч 282
Причина простоев Перебои
в загрузке,
образование
настылей
и борьба
с ними
Из-за отсутствия в используемой технологической схеме магнитной сепарации в полученном продукте присутствовала не полностью сгоревшая коксовая мелочь, остаточная массовая доля которой в продукте составила 20%. Таким образом, в пересчете на чистый продукт с пониженным содержанием цинка его было получено около 560 т. Продукт имел вид округлых гранул. Фракционный состав продукта с пониженным содержанием цинка представлен в табл. 3. Высокая доля мелочи в окомкованом продукте (44,8%) объясняется тем, что бункер, из которого подавался сырой окомкованый шламовый продукт, периодически забивался, и для обеспечения его более равномерного поступления в печь смесь шламов и коксовой мелочи приходилось подавать на об-
Таблица 3. Фракционный состав продукта с пониженным содержанием цинка
50-60 Фракция, мм Массовая доля
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.