Введение к работе
з
Актуальность работы. Снижение уровня загрязнения окружающей среды и
ресурсосбережение являются основными принципами Конвенции устойчивого
развития человечества, изложенной в Декларации "Повестка дня XXI века"
(Рио-де-Жанейро, 1992 г.) и Экологической доктрины Российской Федерации
(2002 г.). По комплексу производств металлургического предприятия полного
цикла, наибольшее количество твёрдых отходов образуется в доменном и
сталеплавильном процессах. Существенные проблемы представляет утилизация
доменного (5-10 кг/т чугуна) и конвертерного шлама (20-30 кг/т стали),
вследствие их агрегатного состояния (суспензия) и наличия вредных
компонентов (Zn, Pb, щёлочи). Степень переработки конвертерного шлака
также невысокая < 70 %, причём основным потребителем шлака является
дорожная индустрия, вследствие чего все ценные составляющие шлака (СаО,
MgO, FeO, РегОз)=72-80 % выводятся из сферы промышленного производства.
В течение многих лет в местах расположения металлургических предприятий шламы и шлаки накапливались в отвалах, занимающих площади в десятки гектар, загрязняя окружающую среду и негативно воздействуя на здоровье людей. Зачастую, единственной альтернативой складированию отходов в отвалы, является их утилизация в агломерационном производстве. Добавка металлургических отходов в агломерационную шихту является общепринятой практикой, однако доля данных отходов не превышает 1-2 % от массы сырых материалов и никак не сказывается на характере протекания агломерационного процесса и качестве агломерата. Разработка существующих шлаковых отвалов и шламохранилищ приведёт к увеличению их количества в шихте и потребует специальных исследований по разработке рациональных технологий производства доменного офлюсованного агломерата.
Другой, не менее важной проблемой металлургии РФ, является снижение удельных расходов сырья, т.к. для производства 1 т продукции в России используется в 2-4 раза больше природных материалов, чем в Западной Европе и Японии. Повторное использование металлургических отходов позволяет
сократить потребление исходных материалов, тем самым увеличить эффективность использования природных ресурсов.
Целью настоящей работы является: 1) разработка технологии спекания офлюсованного агломерата с высокой долей шламов доменного и конвертерного производств в аглошихте на агломерационных конвейерных машинах; 2) разработка технологии спекания офлюсованного агломерата при замещении в аглошихте сырых флюсов конвертерным шлаком. Для достижения указанной цели в работе были поставлены следующие задачи.
- исследовать структуру, физико-механические свойства, минералогический и
химический состав доменного шлама, конвертерного шлама и шлака;
- изучить влияние доменного шлама, конвертерного шлама и шлака на
показатели спекания аглошихты и качество агломерата;
определить характер воздействия влияния доменного шлама, конвертерного шлама и шлака на процесс формирования агломерата и его микроструктуру;
определить теоретически и экспериментально закономерности поведения соединений цинка в аглопроцессе и степень их удаления при спекании шихты с высоким содержанием шламов.
Научная новизна работы
1. Установлены отличительные особенности механизма формирования
структуры агломерата при введении в шихту доменного шлама, конвертерного
шлама и конвертерного шлака. Влияние доменного шлама обусловливается
особенностями структуры топливных частиц, отличающихся лучшей
способностью к закатыванию внутрь гранул аглошихты; влияние
конвертерного шлама — наличием в его составе FeMeT и пСаОтБегОз, влияние
конвертерного шлака — особенностями его минералогического состава,
представленного в основном тугоплавкими силикатами - 2CaOSi02
(Тпд=2070 С) и 3CaO-Si02 (Тш=2130 С).
2. Установлено, что при замещении сырых флюсов конвертерным шлаком
объем твердофазных процессов на начальной стадии горения топлива
сокращается, а формирование первичных структур агломерата смещается в
область высоких температур, соответствующих восстановительной зоне спекаемого слоя.
3. Определены термодинамические параметры и кинетические закономерности фазовых превращений соединений цинка, поступающих в спекаемый слой шихты с доменным и конвертерным шламами. Установлено, что высокий температурный режим и четко выраженный восстановительный потенциал газовой фазы, способствующие удалению Zn с отходящими газами, не отвечают требованиям формирования высококачественной структуры агломерата. Практическая ценность работы
Разработана и в промышленных условиях освоена технология производства агломерата из тонкозернистых концентратов КМА, с использованием доменного и конвертерного шламов до 300-450 кг/т агломерата — технология производства "шламового" агломерата. В 2001 г. на аглофабрике ОАО "НЛМК" было произведено 72 тыс. т такого агломерата. (Разработка технологии спекания металлургических отходов на агломашинах ленточного типа с целью утилизации цинка с получением агломерата для производства чугуна и стали: отчет по НИР (тема № 01-20) - ЛГТУ и ОАО НЛМК, 2001 г, 70 с.)
Разработана технология эффективного замещения известняка конвертерным шлаком, регламентирующая количество конвертерного шлака в шихте, содержание топлива и крупность окомкованной шихты. (Разработка технологии производства офлюсованного и металлизованного агломерата с использованием доменного и конвертерного шламов: отчет по НИР (тема № 02-20) - ЛГТУ и ОАО "НЛМК", 2002 г, 66 с.)
На агломашинах № 3 и 4 ОАО "НЛМК" апробирована и внедрена технология спекания шихты с высокими параметрами зажигания (база/опыт) — (70-74)/ (80 - 84) МДж/м2 и (29,5 -33,5)/(31-39) МДж/(м2-мин) при использовании в шихте до 50-60 кг доменного и конвертерного шламов. (Повышение технико-экономической эффективности технологии спекания шихты с использованием шламов путем оптимизации режима зажигания: отчет по НИР (тема № 03-02) -ЛГТУ и ОАО "НЛМК", 2003 г, 63 с.)
6 Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на:
семинаре межзаводской школы по обмену опытом специалистов
агломерационного производства ОАО «ММК», ОАО «НЛМК»,
ОАО «СеверСталь» (Липецк 2003 г.);
международной научно-практической конференции «Нелинейная динамика металлургических процессов и систем» (Липецк 2003 г.);
второй (Липецк 2005 г.) и третьей (Липецк 2006 г.) международной научно-технической конференции «Современная металлургия начала нового тысячелетия».
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 12 печатных работах. Структура и объём диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав с выводами и общих выводов. Работа выполнена на 150 страницах и включает 40 рисунков, 35 таблиц, 83 формулы и библиографический список из 136 наименований.
