Содержание к диссертации
Введение
1. Аналитический обзор исследований в области утилизации отходов металлургических производств 8
1.1. Образование и переработка отходов металлургического производства 9
1.2. Использование отходов в агломерационном и доменном производствах 16
1.3. Новые процессы переработки и использования отходов металлургического производства 26
1.4. Выводы и задачи исследований 38
2. Образование и переработка железосодержащих отходов на Нижнетагильском металлургическом комбинате 40
2.1. Переработка доменных шлаков в цехе переработки шлаков 41
2.2. Переработка отвальных шлаков в цехе переработки техногенных образований 47
2.3. Переработка доменных и конвертерных шламов в цехе утилизации шламов 53
Выводы 56
3. Исходные материалы и методика проведения исследований 57
3.1. Экспериментальная установка 57
3.2. Методика исследований 62
3.3. Характеристика шихтовых материалов для проведения исследований 67
3.4. Разработка алгоритма программы расчета шихт с добавками отходов и экономических показателей агломерации 72
Выводы 80
4. Исследование влияния добавок в шихту отходов на показатели процесса спекания и качество агломерата 81
4.1. Влияние металлопродукта 81
Выводы 102
4.2. Влияние шламов доменной и конвертерной газоочисток 103
Выводы 124
4.3. Влияние колошниковой пыли 126
Выводы 137
4.4. Поведение цинка в процессе агломерации 138
Выводы 152
5. Разработка способов промышленного использования полученных экспериментальных данных 154
5.1. Разработка технологической схемы агломерации железосодержащих отходов 154
5.2. Экономическая оценка агломерации отходов 160
Выводы 163
Заключение 164
Литература 168
- Использование отходов в агломерационном и доменном производствах
- Разработка алгоритма программы расчета шихт с добавками отходов и экономических показателей агломерации
- Влияние шламов доменной и конвертерной газоочисток
- Разработка технологической схемы агломерации железосодержащих отходов
Введение к работе
А ктуальность работы.
Ежегодно в металлургическом производстве образуются миллионы тонн отходов — шлаков, шламов, пыли и окалины, которые составляют значительные потери исходного сырья. Кроме того, огромное количество отходов накоплено -в отвалах и шламохранилищах. Техногенные образования в последнее время привлекают особое внимание, во-первых, возможностью использования их в качестве сырьевых ресурсов, во-вторых, экологической опасностью, создаваемой их вредным влиянием на окружающую среду. Содержание железа, углерода и других полезных элементов в этих отходах позволяет рассматривать их как дополнительный источник сырья. Цена отходов, а также содержащегося в них железа и углерода в несколько раз ниже, чем в концентратах и коксовой мелочи. Цена 1 т железа в концентрате ММС составляет 1694 руб., в металлопродукте 438 руб.,в шламах доменной и конвертерной газоочисток 207 руб., в колошниковой пыли 18 руб. Цена 1 т углерода в коксовой мелочи составляет 3152 руб., в шламах 840 руб., в колошниковой пыли 33 руб. Помимо железа и углерода отходы содержат ряд других полезных элементов, но они коренным образом отличаются от других компонентов шихты (углерод в отходах содержится в основном в виде мелких фракций, металлопродукт содержит большое количество металлического железа в виде корольков). При привлечении в аглошихту отходы по-разному влияют на показатели процессов окомкования и спекания. Кроме того, отходы содержат много вредных элементов таких как Zn, S, Р. Поэтому для агломерации повышенного количества отходов необходимо было разработать принципиально новую технологию спекания, обеспечивающую наиболее высокие показатели процесса, и качества агломерата, а также максимальную степень удаления вредных примесей.
Кроме экономического эффекта использование отходов даст и большой экологический эффект, за счет ликвидации шлакоотвалов и шламохранилищ.
Целью настоящей работы является:
Разработка технологии агломерации шихт с максимально возможным
содержанием железосодержащих отходов.
Для достижения этой цели необходимо было выполнить следующие задачи:
- выполнить анализ объема образующихся и накопленных отходов на ОАО
НТМК, их предварительную подготовку и методы утилизации;
- изучить влияние отходов на окомкование аглошихт с определением их
оптимальной влажности и продолжительности процесса до полного
окомкования;
- определить влияние количества различных отходов в шихте на показатели
процесса спекания (вертикальная скорость спекания, выход годного
агломерата, удельная производительность агломерационной установки) и
качество агломерата;
- выявить закономерности поведения вредных примесей (серы и цинка) и
степени их удаления в процессе агломерации указанных шихт в зависимости
от содержания в них отходов.
Положения диссертации, выносимые на защиту:
результаты экспериментальных данных влияния отходов в составе шихты на показатели процессов окомкования, спекания и качество агломерата, а также поведение вредных примесей при спекании;
технология двухстадийного окомкования шихты;
технология спекания агломерата дуплекс-процессом позволяющая повысить степень удаления цинка.
Научная новизна:
- изучено влияние отходов в составе аглошихты на показатели процессов
окомкования, показано влияние влагоемкости шихтовых материалов и
содержания в них мелких коллоидных частиц на оптимальную влажность
шихты и продолжительность процесса до полного окомкования;
- уточнены закономерности влияния отходов в составе аглошихты на
показатели спекания и качество агломерата;
установлено влияние шламов в составе шихты на увеличение содержания в ней количества крупных гранул, снижение производительности агломерационной установки и ухудшение качества агломерата. Разработана технология двухстадийного окомкования шихты, содержащей шламы газоочисток;
уточнены закономерности поведения цинка в процессе спекания для шихт, содержащих отходы. Впервые для повышения степени удаления цинка при агломерации применена технология спекания дуплекс-процессом;
разработана упрощенная методика для расчета и прогнозирования состава шихты и экономических показателей процесса при использовании в ее составе отходов для условий ОАО ВГОК.
Практическая ценность.
Проведенные исследования и опытно-промышленные испытания по разработке
и совершенствованию технологии агломерации с использованием больших
объемов железо- и углеродсодержащих отходов позволяет значительно
сократить удельные расходы первичного железорудного сырья и твердого
топлива на производство агломерата при повышении технологических
показателей процесса спекания и качества агломерата.
Выполнены расчеты баланса образования отходов на ОАО НТМК и
определены необходимые производственные мощности для их переработки в
агломерационном производстве. Разработана схема дополнительного участка
для агломерации отходов.
Реализация результатов исследований и разработанных практических мероприятий по утилизации отходов позволит получить значительный экономический эффект за счет снижения расхода сырьевых и топливных ресурсов. Переработка текущего объема шлаков, пылей, шламов и других отходов, а также использование их из накопленных отвалов позволит снизить вредное воздействие их на окружающую среду и улучшить экологическую обстановку вокруг предприятий комбината.
Реализация резул ьтатов работы.
Отходы металлургического производства ОАО НТМК (металлопродукт
переработки шлаков, колошниковая пыль, шламы доменной и конвертерной
газоочисток) используются в настоящее время в Лебяжинском аглоцехе. В 2002
г. были проведены опытно-промышленные испытания, и ведется подготовка к
внедрению технологии привлечения в шихту конвертерного шлака текущего
производства.
Достоверность полученных результатов подтверждается проведенными опытно-промышленными испытаниями.
Апробация работы.
Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» 2003 г. (Екатеринбург), на Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» 2004 г. (Екатеринбург), на VI отчетной конференции молодых ученых УГТУ-УПИ (Екатеринбург 2004 г.), на VII отчетной конференции молодых ученых УГТУ-УПИ (Екатеринбург 2004 г.), на VIII отчетной конференции молодых ученых УГТУ-УПИ (Екатеринбург 2005 г.), на XXXV научно-технической конференции молодых
специалистов ОАО «НТМК» 2003 г. (Н. Тагил), на XXXVI научно-технической конференции молодых специалистов ОАО «НТМК» 2004 г. (Н. Тагил), на Всероссийском научном молодежном симпозиуме «Безопасность биосферы 2005» (Екатеринбург 2005 г.), на научно-технической конференции «Наука - Образование — Производство» (Н. Тагил 2004 г.), на научно-практической конференции «Наука, техника, экономика: новые тенденции, опыт, перспективы», (Н. Тагил 2004 г.), на научно-практической конференции «Наука, производство, экономика: опыт и перспективы взаимодействия», (Н. Тагил 2005 г.).
Публикации.
Основные материалы диссертации опубликованы в 32 печатных работах, в т.ч. 8 патентах.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы из 143 наименований, изложена на 167 стр., содержит 70 рис. 17 табл.
Использование отходов в агломерационном и доменном производствах
Вторичное использование отходов в агломерационном и доменном производствах затрудняется несоответствием их физических свойств требованиям, предъявляемым к шихтовым материалам, что ограничивает их использование без соответствующей подготовки. Широкое применение отходов в шихте ограничено также наличием в их составе вредных веществ: цинка, щелочей, серы, фосфора, хрома и др. Поэтому при разработке технологии утилизации должны учитываться требования экологии, обеспечение экономической эффективности процесса, использование имеющихся свободных мощностей, оборудования и помещений. Получаемые в результате утилизации продукты как по физическим свойствам, так и по содержанию вредных примесей должны максимально удовлетворять требованиям того производства, в котором предполагается их использование [34].
На различных предприятиях железосодержащие отходы существенно различаются как по массовой доле железа, так и по колеблемости этой величины. Из сравнения статистических характеристик отходов и основных железорудных компонентов также следует, что в связи со значительной колеблемостью химического состава первых их использование без смешивания и усреднения (в том числе совместно с другими материалами) нецелесообразно.
Подача отходов в шихту на различных аглофабриках осуществляется по-разному. Наилучшим способом, с целью усреднения, является совместное складирование отходов с аглорудои, после чего известкованный концентрат и смесь (отходов с аглорудои) дозируются в шихтовом отделении на сборный конвейер. Именно в этом случае значительное увеличение колебаний расхода железосодержащих отходов практически не влияет на увеличение колеблемости химического состава смеси (по массовой доле железа) из отходов и концентрата [34].
Концепция современной технологии доменного процесса предусматривает использование в шихте только окускованного железорудного сырья. Для интенсификации процесса применяют металлодобавки (доменный присад, сортированные отходы готового металла и др.). На предприятиях России количество металлодобавок составляет 12,6... 14,6 кг/т чугуна, в то время как на предприятиях США - до 250 кг/т чугуна [35]. Экономические показатели доменной плавки при металлизации шихты улучшаются благодаря сокращению затрат тепла и твердого углерода на восстановление железа, при этом расход кокса может быть снижен на 5...8 %, а производительность процесса увеличена на 4...9 % [5, 35]. В качестве металлодобавок непосредственно в доменную шихту используют: отсевы металлопродукта фракции 5...20 мм зашлакованностью не более 5 %, отсевы фракции 9,5...76,0 мм, зашлакованные до 35...40 %; мелкий сортированный металлолом (обрезь тонкого листа); горячебрикетированное железо; железосодержащие синтетические брикеты [5, 35].
Сталеплавильные шлаки содержат полезные для доменной плавки компоненты, использование которых позволяет сократить расход сырья в шихте. Помимо железа, содержащегося в виде оксидов и металла, в шлаках имеется значительное количество избыточной извести (относительно доменного шлака), оксидов магния и марганца, использование которых способствует экономии флюсов и марганецсодержащих компонентов шихты [36]. Однако избыточное содержание фосфора ограничивает максимальный расход Сталеплавильных шлаков в доменной шихте [36].
В доменной шихте возможно применение как непосредственно сталеплавильных шлаков, так и продуктов их переработки (металлопродукта), с повышенным содержанием железа [21, 23, 37]. Фракция шлака (металлопродукта) менее 10 (20) мм используется в агломерации. На Нижнетагильском металлургическом комбинате металлопродукт (металлоотсев) переработки отвальных шлаков фракции 10... 120 мм используется в качестве добавки непосредственно в доменную шихту до 18 кг/т чугуна, фракция 0... 10 мм отправляется на аглофабрику, а фракция 120 мм в мартеновский цех [23, 24, 38]. На Магнитогорском металлургическом комбинате в агломерации используется металлопродукт фракции 0...10 мм до 36 кг/т агломерата, в доменном 10...50 мм до 12 кг/т чугуна, в сталеплавильном 50...350 мм [21, 39,40,41].
В работе [5] показано, что использование в аглошихте отвального мартеновского шлака фракции 20 мм улучшают высокотемпературные свойства агломерата. По сравнению с обычным, у агломерата произведенного с использованием шлака температурный интервал пластично-вязкого состояния (ТИПВС) уменьшается и фильтруемость продуктов плавки возрастает. Введение в доменную шихту до 100 кг/т чугуна шлака вместо части агломерата приводит к повышению ТИПВС на 20 С, в основном, вследствие снижения температуры размягчения. Вместе с тем фильтруемость шлака и продуктов плавки в целом повышается. Смесь агломерата и окатышей со сталеплавильным шлаком имеет более высокие показатели фильтруемости шлака и продуктов плавки в целом через коксовую насадку. Несмотря на повышение интервала пластично-вязкого состояния, в целом применение мартеновского шлака в аглододоменной шихте улучшает металлургические свойства сырья [5].
Оценка использования сталеплавильного шлака и металлопродукта в аглодоменном производстве с точки зрения технологии не выявила негативных факторов [5, 35, 42]. По физическим характеристикам сталеплавильный шлак фракций 0...20 и 20...60 мм не хуже аглоруды и агломерата. По выходу мелочи после испытания в барабанах фракция 20...60 мм шлака значительно лучше, чем агломерат. При транспортировке этот материал почти не разрушается и способствует улучшению газораспределения в печи.
По химическим характеристикам сталеплавильный шлак фракции 0...20 мм лучше аглоруды, поскольку является одновременно железорудным материалом и флюсом. При использовании в аглошихте сталеплавильного шлака не требуется дополнительной теплоты на разложение известняка и минералообразование, быстрее и легче образуется расплав, и структура агломерата становится более однородной. Это приводит к снижению расхода твердого топлива и повышению прочности агломерата. Наличие в сталеплавильном шлаке значительного количества металлического железа также способствует снижению расхода твердого топлива, поскольку при его окислении выделяется теплота [5,35].
При введении в аглошихту сталеплавильного шлака в агломерате повышается содержание оксидов магния и марганца. Это способствует улучшению шлакового режима в доменной плавке и снижению содержания серы в чугуне. Эти же качества проявляются при использовании шлака непосредственно в доменной печи [5, 35].
Основным ограничением использования шлаков и металлопродукта в доменной плавке является сравнительно высокое содержание в них фосфора. В связи с этим расход шлака (металлопродукта) в доменной шихте должен составлять не более 180...200 кг/т чугуна (включая шлак, направляемый на аглофабрику).
В научно технической литературе значительное внимание уделено вопросу образования и возможности утилизации шламов газоочисток. Однако единого мнения по влиянию шламов на показатели процесса спекания нет. В зависимости от вида металлургического процесса, в котором они образуются, изменяется химический, гранулометрический и минералогический состав шламов, значительное влияние оказывает также состав сырья и технология выплавки металла.
Шламы доменной газоочистки состоят в основном из мелких частиц агломерата, окатышей и кокса, а шламы сталеплавильного производства из извести, окалины и графита [8, 25, 37,43].
Окускование мелкодисперсных пылей и шламов позволяет не только обеспечить предприятия дополнительными ресурсами железосодержащих материалов и уменьшить экологическую нагрузку на окружающую среду, но и стабилизировать работу основных переделов - подготовки сырья и доменного производства [8].
Критериями пригодности железосодержащих шламов для металлургических переделов являются химический состав и физико-химические свойства, определяющие возможность их дозирования, и равномерного распределения их в массе шихты и транспортирования на всех технологических циклах окускования [8].
Разработка алгоритма программы расчета шихт с добавками отходов и экономических показателей агломерации
В связи с недостатком концентратов собственного производства в агломерационную шихту Лебяжинского аглоцеха привлекается большое количество различных материалов - концентратов мокрой и сухой сепарации, рудной мелочи. Материалы в шихту вводятся следующим образом: через отдельные бункеры шихтоподготовительного отделения в шихту вводятся смесь концентратов ММС, смесь руд и концентратов CMC, известняк, топливо, смесь шламов и металлопродукта, колошниковая пыль.
В зависимости от количества привлекаемых материалов, а также их химического состава изменяются химические составы смесей. Поэтому для сохранения постоянного содержания железа в агломерате и его основности необходимо изменять соотношение между компонентами шихты.
Для оперативного определения соотношения между компонентами шихты в зависимости от их химического состава и содержания отходов, а также экономических показателей была создана программа расчета на ЭВМ. Программа была создана в среде электронной таблицы «Microsoft Excel», как наиболее простой и удобной для ввода-вывода и хранения данных, их обработки, а также построения графиков.
Соотношение между компонентами шихты можно найти по уравнениям материального баланса: по содержанию железа (3.4), по основности (3.5), по количеству агломерата (3.6) [70, 71].
При разработке программы задавали содержание компонентов в шихте в кг/т агломерата всего в расчет было введено 7 компонентов: концентрат ММС, аглоруда, известняк, твердое топливо и 3 добавки отходов. В систему уравнений (3.11), (3.12), (3.13) в качестве известных параметров вводятся химический состав компонентов шихты, их влажность и потери при прокаливании, а также содержание железа в агломерате, его основность и количество (1 т).
Проведя расчет для всех компонентов шихты и топлива, автоматически производится выбор среди результатов минимального не отрицательного значения, которое будет являться максимально возможным количеством данной добавки при заданном содержании железа в агломерате и его основности.
Для оценки максимальной цены отходов, при которой не будет происходить увеличение стоимости шихты, выполнили следующий расчет.
Для добавки 1 максимальная цена
По результатам расчетов автоматически строятся графики зависимости расхода компонентов шихты и топлива, а также стоимости шихты на 1 т агломерата от содержания в ней добавок отходов.
При вводе значений количества отходов в шихте производится автоматический расчет расхода концентрата ММС, CMC, известняка и твердого топлива, расхода и стоимости шихты на 1 т агломерата, химического состава агломерата. Таким образом, создана программа, позволяющая не только производить автоматический расчет соотношения между компонентами шихты и состава агломерата, но и определять зависимости между ними, максимально возможный расход их в шихту, максимальную цену отходов при которой не будет происходить увеличение цены агломерата, а также получать графическое представление результатов.
Влияние шламов доменной и конвертерной газоочисток
Для определения влияния шламов на показатели процесса окомкования, спекания и качество агломерата провели серию опытов с добавлением его в агломерационную шихту. Расчет шихты для всех спеканий проводили исходя из содержания в готовом агломерате Fe - 55 %; основности (CaO/SiC ) - 1,2. Содержание углерода оставалось постоянным -3 %. Так как содержание углерода в шламах составляет 12,5 %, то при содержании их в шихте в количестве 34,5 % происходит полная замена коксовой мелочи. Поэтому в опытных спеканиях максимальное содержание шламов в шихте составляло 35 % (395 кг/т).
Изменение состава агломерационной шихты в зависимости от содержания в ней шламов показано на рис.4.18.
Введение шламов в аглошихту позволяет значительно снизить расход концентрата ММС. При содержании углерода в шихте более 3 %, использование шламов в количестве до 55,45 % (631,7 кг/т), обеспечивает вывод из ее состава всего количества концентратов ММС. При этом происходит снижение расхода известняка с 7,26 до 2,63 %, расхода концентратов CMC с 54,83 до 41,91 %.
Изменение содержания MgO, ТІО2, МпО, А120з, Си и Р в агломерате в зависимости от содержания шламов в аглошихте показано на рис.4.19. Увеличение количества шламов до 35 % (400 кг/т) приводит к снижению содержания в агломерате СаО с 10,26 до 9,74 %, соответственно снижается содержание S102 с 8,55 до 8,16 %. Содержание MgO увеличивается с 1,17 до 1,41 %; ТЮ2 с 0,29до 0,42 %; МпО с 0,26 до 0,29 %; Р с 0,05 до 0,06 %, снижается содержание АЬОз с 2,67 до 2,16 % и Си с 0,11 до 0,09 %.
Гранулометрический состав агломерационной шихты до окомкования представлен на рис.4.20. Введение шламов в аглошихту приводит к снижению содержания всех фракций крупнее 0,5 мм, содержание фракции менее 0,5 мм увеличивается с 39,05 % до 48,19 % (при 45 % (500 кг/т) шламов), следовательно, увеличивается содержание комкуемой фракции в аглошихте. Средний диаметр частиц снижается с 1 до 0,87 мм, а коэффициент скорости грануляции с 1,96 до 1,15 мм 1.
Изучение процесса окомкования шихты проводили аналогично описанному в разделе 4.1. Зависимость оптимальной влажности шихты от содержания в ней шламов показана на рис.4.21.а: эксперементальная - кривая 1, расчетная - прямая 2. Зависимость степени окомкования при оптимальной влажности и одинаковой продолжительности процесса (5 мин. при 43 об/мин.) на рис.4.21.б, и зависимость времени окомкования до получения полностью окомкованной шихты (степень окомкования более 95 %) при оптимальной влажности на рис.4.21.в.
Увеличение содержания шламов в шихте от 0 до 45 % (500 кг/т) вследствие высокой их влагоемкости по сравнению с остальными компонентами приводит к увеличению оптимальной влажности шихты с 6,78 до 8,21 %. Значительно большее содержание в шламах мельчайших коллоидных частичек (менее 0,01 мм) в сравнении с остальными компонентами обуславливает повышение комкуемости шихты при их использовании, несмотря на снижение коэффичиента скорости грануляции. При содержании в шихте 35 % шламов в условиях проведения эксперимента (окомкование 5 мин.) степень окомкования повышается с 50,8 до 94,9 %. Соответственно снижается время необходимое для практически полного окомкования шихты с 10 мин. без шламов до 5,2 мин. при 45 % шламов.
Гранулометрический состав шихты после окомкования представлен на рис.4.22. Использование шламов приводит к повышению крупности шихты. Содержание фракции +10 мм увеличивается с 19,7 до 38,05 %. При увеличении времени окомкования наблюдается значительный рост гранул шихты до размеров более 15 мм. При этом происходит накатывание на крупные гранулы шихты не только комкуемой фракции материала (-0,4 мм), но также промежуточной (0,4... 1,5 мм), и комкующей (+1,5 мм), кроме того образующихся гранул меньшего размера. Данные выводы подтверждаются изучением гранулометрического состава, промыванием в воде гранул шихты на ситах.
Вместе с тем увеличение содержания шламов в агломерационной шихте приводит к замене топлива коксовой мелочи пылевидным углеродом содержащимся в шламах. Мелкие классы топлива закатываются в гранулы шихты, что препятствует доступу кислорода к этим топливным частицам, ухудшаются кинетические условия их горения, снижаются максимальные температуры в слое шихты, а также ее газопроницаемость во время спекания [13, 142]. Все это приводит к снижению вертикальной скорости спекания и качества агломерата.
Известно, что повысить эффективность использования пылевидного твердого топлива можно подавая его в конце окомкования, для накатывания на уже образованные гранулы шихты [13, 142]. Для снижения количества крупных гранул в шихте при введении в ее состав шламов, а также более эффективного использования содержащегося в них топлива провели опыты с предварительным окомкованием шихты без шламов. Сущность предлагаемого способа [140] заключалась в следующем. Все компоненты шихты включая возврат кроме шламов смешивались в течении 5 мин. при 37 об/мин., добавляли воду и окомковывали в течении 3...5 мин. при 43 об/мин., затем в шихту вводили шламы и окомковывали при той же скорости в течении 3...5 мин.
Во время исследований изменяли время предварительного окомкования шихты без шламов и время окомкования шихты после введения шламов. Кроме того, изменяли влажность шламов до их ввода в шихту. Результаты исследований для шихт, содержащих 10, 20, 35, 45 % шламов представлены в табл.4.2.
Окомкование шихты в две стадии позволяет снизить крупность окомкованной шихты. Полученный эффект является следствием того, что в первой стадии окомкования компоненты шихты образуют гранулы гораздо меньшего размера, чем из того же количества шихты содержащей шламы, при этом количество комочков шихты больше за счет того, что меньшее количество частиц мелких фракций «закатываются» в гранулы. В первой стадии практически все комкующие частицы образуют отдельные гранулы. Поэтому при вводе во второй стадии сравнительно небольшого количества шламов, при большом количестве гранул шихты они практически не образуют новых комочков, а накатываются на предварительно сформировавшиеся. Накатывание шламов происходит на комочки шихты всех размеров, при большем их (гранул) количестве поэтому относительное содержание фракции более 10 мм может быть меньшим, чем при окомковании шихты без шламов. Наилучшие результаты двухстадийного окомкования получены при введении сухих шламов, с одновременной подачей дополнительной воды. Это связано с тем, что при подаче сухих шламов они равномерно распределяются в объеме шихты и происходит только их накатывание на гранулы, в то время как при подаче влажных шламов они распределяются менее равномерно и могут «склеивать» между собой несколько гранул небольших размеров, с образованием одной, более крупной гранулы.
Данные выводы подтверждаются изучением срезов комочков (рис.4.23). Практически на всех срезах комочков различных размеров полученных с добавлением сухих шламов четко выделяются два слоя накатанной шихты.
Для оценки эффективности двухстадийного окомкования шихты использовали отношение содержания фракции +10 (+15) мм в шихте окомкованной в одну стадию к содержанию этой фракции в шихте окомкованной в две стадии - коэффициент эффективности двухстадийного окомкования (Кэ+ю, и К ).
Разработка технологической схемы агломерации железосодержащих отходов
В настоящее время основными поставщиками железорудного сырья в доменный цех ОАО «Нижнетагильский металлургический комбинат» являются ОАО «Качканарский ГОК «Ванадий» (КГОК) - для выплавки ванадиевого чугуна и ОАО «Высокогорский ГОК» (ВГОК) - для выплавки передельного чугуна.
Отходы металлургического производства НТМК на Качкананарском ГОКе не используются. На Высокогорском ГОКе (на Лебяжинской аглофабрике) используются (табл. 2.1.) следующие отходы ОАО НТМК: колошниковая пыль (до 120 тыс. т/год (100 %)); шламы ЦУШ (80... 100 тыс. т/год (40...50 %)); металлопродукт фракции 0-10 мм (65...85 тыс. т/год (100 %)), кроме того, используются шламы Ивановского шламохранилища (до 60 тыс. т/год). Годовое производство агломерата на ВГОКе составляет около 2800 тыс.т, расход шихты около 3000 тыс.т, поэтому отходы металлургического производства в шихте составляют: колошниковая пыль (до 4 % (42,9 кг/т агломерата)); шламы ЦУШ (до 3,3 % (35,7 кг/т агломерата)); металлопродукт фракции 0-10 мм (до 2,1 % (23,2 кг/т агломерата)), кроме того используются шламы Ивановского шламохранилища (до 2 % (21,4 кг/т агломерата)). Таким образом, на ВГОКе используется до 350000 т/год отходов, которые составляют до 11,4 % от массы шихты или до 123,2 кг/т агломерата.
В проведенной работе нами рассматривалось несколько вариантов использования отходов металлургического производства ОАО НТМК в агломерационном производстве, как на существующих производственных мощностях, так и предусматривающие его реконструкцию или строительство новой фабрики.
Одной из основных проблем использования отходов в агломерации является нестабильность их химического состава, поэтому при любом варианте их привлечения в состав шихты должен быть предусмотрен усреднительный комплекс.
Лебяжинский аглоцех запущенный в работу в 1958 г. имеет в своем составе 4 агломашины МАК-75 общей площадью спекания 300 м2.
Производство агломерата ведется по упрощенной технологической схеме (рис. 5.1.).
В схеме производства агломерата не предусматрено его охлаждение, и выделение постели, сортировка агломерата осуществляется в одну стадию.
В настоящее время колошниковая пыль дозируется в шихту через отдельный бункер, а шламы ЦУШ и металлопродукт ЦПТО - в смеси 1:1.
Отходы металлургического производства ОАО НТМК можно разделить на 2 группы: цинксодержащие - доменные шламы и колошниковая пыль с печей, выплавляющих передельный чугун, а также мартеновская пыль, и с небольшим содержанием цинка - шлам и колошниковая пыль с печей, выплавляющих ванадиевый чугун, а также конвертерный шлам.
В связи с этим необходимо реорганизовать процесс сбора шламов. Существующее оборудование позволяет собирать шламы от доменных печей двумя потоками: шламы печей ванадиевой плавки и отдельным потоком шламы печей передельной плавки. Дальнейшая транспортировка шламовой пульпы в ЦУШ должна осуществляться также двумя несмешивающимися потоками. Шламы конвертерного цеха транспортируются в ЦУШ в одном потоке с доменными шламами от печей ванадиевой плавки. Необходимо также введение в работу корпуса обезвоживания шламов № 1 в цехе утилизации шламов (рис. 2.3.) и отдельная переработка двух потоков шламов. Кроме того, необходимо колошниковую пыль с доменных печей выплавляющих передельный и ванадиевый чугун выгружать в отдельные железнодорожные вагоны не смешивая.
Отходы с высоким содержанием цинка возможно использовать в составе аглошихты при двухслойном спекании, загружая их в нижний слой (рис. 5.2.а.), либо спекать их с известняком, дробить и затем использовать в качестве железофлюса для производства агломерата (дуплекс-процесс) или для сталеплавильных печей (рис. 5.2.6.).
Отходы с низким содержанием цинка можно вводить непосредственно в состав агломерационной шихты. При этом необходимо снижение расхода твердого топлива, корректировка оптимальной влажности окомкованнои шихты, а также времени окомкования (рассмотрено в главе 4).
Возможны три варианта развития аглопроизводства связанные с использованием отходов в составе аглошихты. Первый вариант - выделение одной из четырех существующих агломерационных машин для спекания железофлюса. Реализация такого варианта приведет к снижению общей производительности аглоцеха, кроме того, это потребует изменения значительной части системы конвейеров. Поэтому для производства железофлюса более целесообразно строительство дополнительной агломерационной машины, отдельно от существующих. Получаемый на этой агломашине железофлюс после измельчения подается в отдельный бункер шихтового отделения аглоцеха. Дальнейшее производство агломерата осуществляется по обычной технологической схеме. В этом случае не происходит снижения производительности аглоцеха, а также не требуется реконструкция существующего оборудования.
Второй вариант - это строительство нового аглоцеха с отдельным участком для производства железофлюса.
Третий вариант - строительство участка предназначенного специально для агломерации железосодержащих отходов. В этом варианте при использовании всего количества образующихся отходов, они будут входить в состав шихты в соотношении представленном в табл.5.1.
Кроме этих компонентов в состав шихты может входить известняк до 20 кг/т агломерата (5 %) (для получения агломерата требуемой основности). В связи с тем, что отходы содержат повышенное количество углерода, то в шихту может входить до 200 кг (18 %) концентрата ММС.
Соотношение между компонентами может меняться в зависимости от решения по реализации части отходов другим потребителям. Например, шламы с повышенным содержанием цинка могут быть использованы при производстве цемента. Кроме того, может быть увеличено количество металлопродукта, за счет увеличения количества перерабатываемых отвальных шлаков, а также шлаков текущего производства.
Участок агломерации может быть спроектирован для спекания шихты дуплекс-процессом. В этом случае в первой стадии будут спекаться колошниковая пыль и шламы с высоким содержанием цинка с известняком, а во второй стадии колошниковая пыль и шламы с низким содержанием цинка, металлопродукт, и концентрат ММС.
Пыль, собираемая в аспирационной системе агломерационной машины осуществляющей первую стадию спекания, будет содержать повышенное количество цинка. Эту пыль можно реализовывать на предприятия цветной металлургии.
В шихте для второй стадии спекания шламы будут составлять 30 %. Как показано в главе 4.2. повышенное содержание шламов может привести к ухудшению процесса окомкования и спекания агломерата. Поэтому подготовку шихты по схеме двухстадииного окомкования, то часть шламов вводить после предварительного окомкования остальных компонентов шихты, и проводить повторное окомкование. Технологическая схема участка агломерации отходов показана на рис. 5.3.
