Содержание к диссертации
Введение
1 Образование и переработка цинксодержащих отходов 7
1.1 Общее состояние переработки вторичных ресурсов 7
1.2 Современное состояние утилизации цинксодержащих шламов чёрной металлургии 13
1.3 Выводы и постановка задачи исследований для переработки текущих и заскладированных шламов 28
2 Свойства цинксодержащих шламов и поведение соединений цинка в пирометаллургических процессах 31
2.1 Металлургическая ценность шламов чёрной металлургии и предприятий «Химволокно» 31
2.2 Поведение цинка в процессах пирометаллургической обработки шламов - 41
2.3 Насыщение пылевыноса доменных печей цинком 47
2.4 Выводы и направления переработки цинксодержащих шламов 50
3 Разработка основ электрококсовой технологии переработки шламов 52
3.1 Разработка DECM-процесса и конструкции печи 52
3.2 Обоснование технологического процесса электрококсовой плавки пылевидных материалов 59
3.2.1. Теоретические основы электрококсовой плавки 59
3.2.2 Технологические особенности предлагаемой электрококсовой плавки 68
3.3 Разработка методики расчётов технологических параметров процесса 73
3.3.1 Общие положения 73
3.3.2 Расчёт состава шихты для электрококсовой плавки 7 6
3.3.3 Определение тепловых эквивалентов шихтовых материалов І для DECM-процесса 8 6
3.3.4 Расчёт показателей процесса переработки шламов 91
3.3.4.1 Расчёт переработки шламов с получением железистого шлака 92
3.3.4.2 Расчёт переработки шламов с получением чугуна и шлака 95
3.4 Выводы и направления использования DECM-процесса 103
4 Отработка технологии пирометаллургического извлечения цинка в условиях опытно-промышленного комплекса 106
4.1 Особенности конструкции опытно-промышленного комплекса 106
4.2 Пуско-наладочные работы на комплексе 111
4.3 Результаты работы комплекса обесцинкования шламов 115
4.4 Технико-экономическая и экологическая оценка переработки цинксодержащих шламов 122
4.5 Сравнительный научно-технический уровень DECM-процесса 126
Общие выводы 128
Список использованных источников
- Современное состояние утилизации цинксодержащих шламов чёрной металлургии
- Поведение цинка в процессах пирометаллургической обработки шламов
- Обоснование технологического процесса электрококсовой плавки пылевидных материалов
- Пуско-наладочные работы на комплексе
Введение к работе
В последние годы в связи с образованием и накоплением значительного количества промышленных отходов и необходимостью решения экологических проблем возрастает значение комплексной их утилизации.
В России в настоящее время накоплено более 80 млрд.т промышленных отходов с ежегодным образованием до 2,7 млрд.т. Аналогичная ситуация наблюдается и в Украине, где накоплено более 35 млрд.т промышленных отходов.
Только на Новокузнецком металлургическом комбинате в одном отвале доменных шламов (свыше 1,5 млн.т) содержится более 100 тыс.т цинка в виде оксидов и других соединений. Для промышленности России возвращение в производство дефицитного цинка имеет актуальное значение, так как потребности в нём непрерывно возрастают. Например, мировое производство цинка в 2004 г. превысило 10 млн.т вместо 7 млн.т на начало 90-х годов. В России производство чушкового цинка с 1995
* по 2001 год возросло с 166,4 до 249,6 тыс.т (в 1,5 раза). В 2003 го
ду металлургической промышленностью России произведено 253,3 тыс.т
чушкового цинка и 159 тыс.т цинка в концентрате, а к 2010 году про
гнозируется рост производства чушкового цинка до 310 тыс.т и цинка в
концентрате до 220 тыс.т.
В настоящее время состояние сырьевых баз многих важнейших гор-нодобывающих регионов и действующих предприятий России заметно ухудшилось в связи с истощением запасов, снижением их качества и экономических показателей, усложнением условий отработки из-за длительной и интенсивной эксплуатации. В новых экономических условиях произошло резкое увеличение себестоимости добычи сырья, в том числе за счёт роста тарифов на энергоносители и железнодорожные перевозки, изменились критерии экономической оценки месторождений и показатели эффек-
тивности их разработки. Качество руд ряда месторождений на данном этапе не обеспечивает их рентабельную переработку из-за низкого
уровня применяемых технологий.
По объему и содержанию полезных компонентов техногенные месторождения можно приравнять к месторождениям природных ископаемых. Расположение этих отходов вблизи металлургических производств, а также отсутствие потребности в огромных затратах на их освоение яв-
ляются положительными факторами. Переработка и утилизация отходов, использование их в виде относительно дешевого металлургического сырья даст значительное снижение затрат на компоненты шихты, повысит качество и конкурентоспособность продукции, а главное - снизит себестоимость готовой продукции. С другой стороны, очистка целых регио-t
нов, где скопились огромные техногенные месторождения отходов, а
также утилизация текущих отходов помогут решить экологическую проблему.
По мере развития мощностей по производству металлов всё более обостряются вопросы экономии ресурсов и энергии в металлургии. Большое количество отходов производства - признак несовершенства технологий - порождает, в частности, проблемы по их утилизации, тогда как повышение уровня использования вторичных материальных ресурсов (BMP) является одним из путей снижения материалоёмкости и экономии сырьевых ресурсов.
Ресурсосбережение следует рассматривать как условие рациональ-
ного использования средств производства на всех этапах производственно-хозяйственной деятельности предприятий, а также экономического
и социального развития общества. Для оптимальной и эффективной работы чёрной металлургии в настоящее время требуется переориентация на ресурсосберегающие технологии, позволяющие резко снизить материа-ло-, энерго- и топливоёмкость. Решение сложных сбалансированных экологических проблем в металлургии необходимо осуществлять по трём основным направлениям:
создание малоотходных технологических процессов и оснащение их прогрессивным оборудованием;
комплексная утилизация вторичных материальных и энергетических ресурсов с обезвреживанием газовых выбросов и сточных вод;
- утилизация заскладированных шламов и шлаков в металлургии и
, стройиндустрии.
Производственный опыт показывает, что использование многих ви-
* дов BMP технически осуществимо и экономически выгодно. В последние
годы восстановление сырьевых ресурсов из отходов во многих развитых
странах стало чрезвычайно важным вопросом. Решаются экономические и
технологические проблемы, связанные с эффективной переработкой отхо
дов. Такое повышенное внимание к использованию BMP объясняется, пре-
жде всего, истощением запасов полезных ископаемых при огромных запасах (в виде отвалов) шлаков, шламов и других видов отходов.
Одним из направлений ресурсосбережения при производстве цветных ' металлов является использование цинксодержащих отходов чёрной металлургии, в которых содержание цветных металлов постоянно увеличива-
*
ется. Так, на передельных заводах содержание цинка в пылях и шламах
достигает 30 %.
Переработка цинксодержащих шламов в агломерационном производстве приводит к увеличению содержания цинка в агломерате, из-за чего превышается допустимый предел цинка, поступающего с шихтой в доменную печь. Наличие цинка в шихтовых материалах доменных печей служит причиной снижения прочности кокса и железорудного сырья, преждевременного разрушения огнеупорной кладки и разрывов кожухов печей, резкого ухудшения газодинамических условий доменного процесса и увеличения расхода кокса. Сброс цинксодержащих шламов в шламонакопители и отвалы приводит к потерям цинка и усугублению экологической обста-, новки в промышленных регионах.
Решение проблемы полной утилизации цинксодержащих шламов воз-« можно только при комплексном подходе к их переработке с одновременным повышением экологической безопасности в указанных отраслях промышленности. Это ставит вопрос о необходимости дополнительных исследований, направленных на изучение физико-химических и минералогических свойств отходов с определением их металлургической ценности, а также поведения их в процессах извлечения ценных элементов.
Технология пировосстановительных металлургических процессов (основной способ получения вторичных цветных металлов) с извлечением цинка и свинца позволит решить сложную ресурсо-энергосберегающую проблему утилизации ценных отходов производства и повысить экологическую безопасность производства металлов.
Всё это обусловливает актуальность дальнейших исследований в этой области и реализации результатов исследований в практике метал-* лургического производства.
Целью данной работы является создание основ DECM-процесса (Dust Electric Coke Melting - электрококсовая плавка пыли) и разработка эффективных решений для пирометаллургической переработки отходов с извлечением цинка.
Современное состояние утилизации цинксодержащих шламов чёрной металлургии
В последние годы в связи со снижением содержания металлов в добываемых рудах и необходимостью решения экологических вопросов все более возрастает значение вторичного использования железосодержащих отходов металлургических предприятий. При практически полной утилизации отсевов агломерата, окатышей, извести, колошниковой пыли, окалины, сварочного шлака, степень использования доменных и сталеплавильных шламов на металлургических предприятиях России не достигает 50 %. Одной из причин такой диспропорции между выходом и потреблением шламов является, наряду с повышенной влажностью и тонкодисперс-ностью, высокое содержание в них оксидов цветных металлов, в первую очередь, цинка и свинца /28-30/.
Вредное влияние цинка на доменный процесс и на состояние печей было отмечено ещё в конце XIX века. Уже тогда были сделаны выводы о циркуляции цинка в рабочем пространстве печей. В дальнейшем поведение цинка в доменном процессе в разные годы изучалось- в СССР и за рубежом. Выводы по результатам многочисленных исследований в основном могут быть сформулированы в следующем виде /31/: - существует зона циркуляции цинка в рабочем пространстве до менных печей, а содержание цинка в этой зоне в десятки раз превышает его исходную концентрацию в шихтовых материалах; - цинк может играть значительную роль в росте огнеупорной клад » ки, её разрушении и разрыве кожухов доменных печей; - удаление цинка из доменной печи с чугуном и шлаком при нормальном её ходе невелико, а основная масса цинка (до 90-95 %) удаляется через колошник с газом; - цинк образует настыли в различных участках шахты и газоходах; на образование и месторасположение цинкитных настылей решающее влияние оказывают термодинамические условия.
Использование цинксодержащих железорудных материалов в шихте доменных печей без предварительного обесцинкования приводит к существенному нарушению технологии доменной плавки, разрушению огнеупорной кладки, прогару фурм, снижению производительности печей, повышению расхода кокса и т.д. /32-35/.
Проблема цинка в доменцрм производстве обострилась, в первую очередь, из-за возврата в агломерационное производство доменных шла-мов (замыкание цикла), а также за счёт утилизации сталеплавильных шламов с повышенным содержанием цинка. Повышенное содержание цинка в сталеплавильных шламах наблюдается из-за использования оцинкованного металлолома /13/. В последние годы появилось больше исследований по поведению цинка в доменных печах, работающих в новых шихтовых условиях /32-45/. В то же время сброс шламов в отвалы приводит к потере дефицитного цинка. Это предопределяет необходимость предварительного обесцинкования утилизируемых шламов металлургических предприятий.
Основными цинксодержащими отходами металлургических производств являются доменные и сталеплавильные шламы. Обобщённые удельные выходы пылей и шламов на металлургических предприятиях приведены в таблице 1.2. Значительные колебания удельных выходов как доменного, так и сталеплавильных шламов (пылей) объясняются качеством шихтовых материалов, конструкциями агрегатов и технологиями металлургических процессов. Таблица 1.2 - Источники образования цинксодержащих шламов и их удельный выход
Из доменной печи большая часть цинка удаляется через колошник. При этом если цикл полностью открыт (т.е. ни колошниковую пыль, ни шлам не утилизируют) , с доменным газом выносится примерно 75-83 % цинка. При частичном замыкании цикла (утилизируется колошниковая пыль) со шламом доменной газоочистки уходит до 90 % цинка /36/. Доменный шлам является основным продуктом, с которым цинк выводится из доменной печи. По этой причине, при подготовке к утилизации доменных шламов с повышенным содержанием цинка необходимо предусматривать операцию их обесцинкования.
Запыленность газов мартеновских печей перед газоочисткой в зависимости от технологии ведения процесса и конструкции печи составляет 2-10 г/м3. Обычно для очистки применяются две основные схемы: гидромеханическая с трубами Вентури и электростатическая в электрофильтрах. В большинстве случаев используется мокрая очистка газов /46/. При увеличении количества использования оцинкованного металлолома переход цинка в сталеплавильные пыли и шламы от всех сталеплавильных агрегатов увеличивается /47/.
Отходящие конвертерные газы содержат 10-30 г/м3 пыли, а в отдельных случаях до 60 г/м3 /48/.
Высококачественные марки стали выплавляются преимущественно в электродуговых печах, которые отличаются большими выбросами твердых веществ. Практически все печи оборудованы газоочистками сухого, мокрого или комбинированного типов, после которых образуются соответствующие продукты /49/.
Всего обобщенные ресурсы цинка на металлургических предприятиях Украины /13/ составляют не менее 65 тыс.т. Они могут ежегодно увеличиваться на 13 тыс.т при условии полного освоения производственных мощностей и работы предприятий в одинаковых шихтовых условиях. На предприятиях России эти цифры значительно выше: только в одном отвале доменных шламов КМК (г.Новокузнецк) содержится более 100 тыс.т цинка, значительные количества накоплены в Магнитогорске (ОАО «ММК»), Липецке (ОАО «НЛМК»), Нижнем Тагиле (ОАО «НТМК»), Череповце (ОАО «Северсталь») и пр. Для одних предприятий это вызвано относительно высоким содержанием цинка в рудах, для других - высокой долей оцинкованного лома в шихте сталеплавильного производства.
Характерной особенностью производства цинка за рубежом в последние годы является вовлечение в переработку различных цинксодер жащих промпродуктов и отходов цветной металлургии и других отраслей промышленности. Значительным источником получения цинка и свинца яв ляются пыли сталеплавильного и доменного производства. В настоящее время на заводах черной металлургии зарубежных стран производится ежегодно несколько миллионов тонн пыли, содержащей в некоторых случаях до 35 % цинка.
Поведение цинка в процессах пирометаллургической обработки шламов
В черной металлургии проблема утилизации железосодержащих шламов усложняется из-за повышения содержания цинка и других цветных металлов в доменных и сталеплавильных шламах.
Принципиально пирометаллургические способы переработки не отличаются друг от друга, а эффективность зависит, в первую очередь, от состава отходов. Главная цель процессов переработки цинксодержащих отходов - отделить цинк от большинства сопутствующих компонентов (при наилучших технико-экономических показателях). Цель достигается благодаря тому, что в восстановительной среде цинк переходит в металлическое состояние, в котором его летучесть гораздо выше других сопутствующих ему компонентов в тех же условиях.
На стадии восстановления и извлечения цинка из техногенных месторождений решающее значение приобретает тот факт, что в металлургических отходах достаточно велика доля железа. Это означает чрезвычайно развитый по всему объему контакт цинка с железом. Следует учесть и то, что массовая доля железа в отходах, как правило, значительно превышает долю цинка.
В доменную печь цинк может поступать с агломератом в виде феррита и частично в виде силиката, а также в виде сфалерита и марма-тита, присутствующих в сырых рудах. В окисленных рудах цинк находится в виде карбонатов и гидроцинкатов, в шлаках свинцовой и медно-цинковой плавок он находится в форме сложных железоцинковых силикатов и ферритов, а также сульфидов. В цинковых кеках большая часть цинка находится в виде ферритов и сульфатов, а также в форме сульфидов и силикатов /83/. Т.е. значительная часть цинка в перерабатываемых материалах связана с железом в виде различных соединений.
Рассмотрим химизм восстановления соединений цинка и железа на примере процессов, происходящих в доменной печи.
Восстановлению химических соединений, содержащих цинк, предшествует их распад на оксиды с последующим раздельным восстановлением. Различия в процессе восстановления механических смесей и прочных химических соединений имеют место только при низких температурах, при которых невозможно возникновение химических соединений между окси дами. Образующиеся при высоких температурах химические соединения восстанавливаются без предварительного распада на оксиды.
На верхних горизонтах печи при температуре порядка 300 С, пре жде всего, происходит интенсивное разложение карбоната цинка с обра зованием цинкита по реакции ZnCCb = ZnO + СО2 и наблюдается заметное выделение С02, которое полностью заканчивается при 440 С (темпера тура кипения карбоната цинка).
Оксид цинка начинает восстанавливаться газовой фазой при температурах 375-425 С по реакции ZnO + СО = ггцконд) + С02 и восстанавливается практически до конца при температуре выше 1000 С, когда образующийся цинк находится в газообразном состоянии. Оксид цинка в доменной печи может восстанавливаться также водородом. Взаимодействие начинается при 450 С и получает развитие при высоких температурах. Ниже 1000 С более активным восстановителем является монооксид углерода, а выше этой температуры водород. В условиях доменной плавки в области пониженных температур возможно протекание обратной реакции, поэтому процесс восстановления цинка в верхних горизонтах шахты доменной печи не получает значительного развития.
Восстановление оксида цинка прямым путём начинается при 950 С по реакциям /83/ ZnO + СО = Znra3 + С02 С02 + С = 2 СО ZnO + С = Znra3 + СО (2.2) т.е. протекает с участием газовой фазы в нижней области шахты и распаре доменных печей. Существенно, что лишь вблизи температуры кипения цинка возможно восстановление оксида цинка углеродом с образованием жидкого цинка в заметных количествах, так как равновесное парциальное давление СО при этих температурах близко к наблюдаемому в доменной печи. В жидком состоянии цинк может существовать лишь в
пределах температур 419-907 С. Выше 907 С восстановленный цинк ис паряется и возгоняется в верхние горизонты печи.
Сульфат цинка ZnS04 разлагается условно по реакции ZnS04 = ZnO + SO3 (состав газовой смеси, равновесной с твёрдыми ZnS04 и ZnO, более сложен; газовая смесь в условиях равновесия состоит из S03, S02, 02, Zn, S2). Начало термической диссоциации ZnS04 проходит при различных температурах (700-830 С) /83/. Феррит цинка при восстановлении распадается на структурно сво бодные оксиды ZnO и Fe304/ из которых в первую очередь восстанавли вается железо, а затем цинк: ZnO-Fe203 + 2С = 2FeO + 2СО + Znra3 (2.3) Восстановление цинка из феррита по реакции (2.3) протекает более благоприятно, чем из оксида цинка.
Восстановление сульфида цинка протекает, вероятно, в два этапа. На первом этапе возможно его окисление, а затем происходит восстановление. Окисление сульфида цинка возможно компонентами газовой фазы (СОг и НгО) и оксидами железа и марганца.
Одновременно восстанавливаются и другие оксиды, например, оксиды железа. На восстановление оксида цинка при высоких температурах заметно влияет металлическое железо, которое восстанавливает оксид цинка в два раза быстрее, чем монооксид углерода. Прочность связей цинка и железа с кислородом характеризуется величинами энтальпии их первичных (исходных) оксидов, которые составляют при комнатной температуре соответственно 348,6 и -266,9 кДж/моль /90/. Цинк обладает более сильным химическим сродством к кислороду, чем железо. Однако после увеличения температуры выше точки кипения цинка железо забирает на себя связи с кислородом. Возрастание скорости взаимодействия оксида цинка с железом отвечает диапазону температур 1200-1250 С, т.е. именно участку, где химическое сродство железа к кислороду превышает аналогичную характеристику для цинка.
Несмотря на частичное спекание материалов начиная с 1100 С, основное количество оксидов цинка в доменной печи завершает свою металлизацию только после полного превращения оксида железа в металл. Это связано с повышением концентрации С02 в газовой фазе, её окисли тельного потенциала на заключительной стадии металлизации значитель ной оставшейся массы оксидов железа. Скорость восстановления оксидов цинка железом увеличивается с ростом температуры и не зависит от давления в отличие от процесса обработки оксидов железа монооксидом углерода.
Обоснование технологического процесса электрококсовой плавки пылевидных материалов
Теоретические основы электрококсовой плавки В слое шихты, находящейся в печи, должны протекать следующие процессы: - теплообмен между горячими нижележащими слоями кокса и шихты и холодными вышележащими слоями шихты; - теплообмен конвекцией и излучением между горячими нижележащими слоями кокса и шихты и образующимися менее нагретыми газами; - твердофазные процессы; - восстановление элементов до низших оксидов и элементарного состояния; - плавление шихты и возгонка летучих элементов; - взаимодействие между парами, образующимися в результате протекания первичных процессов, и углеродом или полупродуктами; - очистка газа от пыли при фильтрации через высоконагретый слой кокса.
Основными этапами протекания технологического процесса переработки цинксодержащих шламов в печи электрококсовой плавки пылевидных материалов будут: - сушка шлама; - восстановление оксидов металлов; - испарение летучих металлов с удалением из печи в потоке отходящих газов; - образование первичного шлака на границе кокс-шлам; - стекание расплава по коксовой насадке; - формирование конечного расплава; выпуск железосодержащих продуктов плавки и/или шлака.
В печи электрококсовой плавки пылевидных материалов тепловое поле неподвижно и зависит, в первую очередь, от количества подводимого тепла, а реагенты перемещаются и проходят последовательно различные температурные зоны, в которых протекают процессы, связанные с химическими реакциями и фазовыми превращениями.
В типичной шахтной печи (доменной) одной из причин опускания материалов в печи является горение углерода на фурмах в периферийной части горна. При горении углерода на фурмах образуются пустоты, куда опускаются материалы из верхних горизонтов печи под влиянием собственной массы и давления расположенных выше материалов. Поэтому и скорости опускания над фурмами выше. Другой причиной опускания материалов является плавление продуктов плавки и расходование углерода до фурм на восстановительные процессы, причём, по данным /92/, роль обеих причин движения материалов в печи приблизительно одинакова.
В DECM-процессе подача дутья отсутствует, поэтому горения углерода не будет, т.е. опускание шихты происходит исключительно за счёт металлизации шихты и расхода углерода шихты и кокса на восстановительные процессы, разложения гидратов и карбонатов, процессов возгонки цинка и других цветных металлов и испарения влаги. Происходит усадка металлизованного продукта, оплавление поверхности и уплотнение структуры частиц. При переработке доменных шламов с содержанием углерода 12-15 % опускание шихты будет происходить практически только за счёт процессов, проходящих в рудной части шихты.
В ходе восстановления происходит перестройка кристаллических решёток оксидов железа. На первой стадии тригональная решётка гематита (а-ГегОз) перестраивается в кубическую (или тетрагональную) решётку маггемита (у-ТегОз) , что сопровождается ростом объёма восстанавливаемой фазы на 8,6-18,3 % /93/. На следующей стадии восстановления кубической (или тетрагональный) маггемит с плотностью 4,4-4,74 г/см3 переходит в кубический магнетит, что сопровождается уменьшением объёма фаз. В целом переход а-ГегОз в Fe3C 4 вызывает сокращение объёма фаз (до 4,9 %). Следующие стадии восстановления связаны с появлением кубического вюстита, а затем кубического железа. На этих стадиях процесса объём фаз уменьшается на 8,7-17,7 % и на 31,1-39,6 %. Таким образом, процесс восстановления характеризуется значительным уменьшением объёма восстанавливаемой фазы.
Можно принять, что в печи электрококсовой плавки коксовая насадка, через которую фильтруются жидкие фракции, практически неподвижна, происходит только опускание слоя шлама по мере протекания процессов восстановления и плавления.
Целесообразно разделить всё рабочее пространство печи на зоны, для которых необходимо указать температурные условия и основные процессы, и рассмотреть каждую из них отдельно и во взаимосвязи.
В зоне подогрева шихта, поступая на колошник, начинает прогре ваться за счет тепловых потоков от нижних слоев шихты и окружающей огнеупорной футеровки. В случае работы печи с двумя газоотводящими трактами, когда образующиеся колошниковые газы и возгоны цветных металлов отводятся из печи раздельно, имеет место нагрев шихты также отходящими колошниковыми газами. По мере нагревания в шихтовых материалах последовательно идут процессы сушки, удаления кристаллизационной и гигроскопической влаги, разложения карбонатов, если они не были завершены вне рабочего пространства печи на стадии подготовки сырья. Для оптимального протекания процесса температура материала на колошнике должна быть около 150-200 С.
Использование шламов в качестве шихтовых материалов требует их предварительного обезвоживания и сушки. При этом необходимо учитывать, что сушка шлама, помимо больших затрат тепла, требует крупномасштабной газоочистной системы. Поэтому в DECM-процессе возможно использование шламов без предварительной сушки.
В шихтовых материалах вода находится в виде гигроскопической влаги, впитавшейся в поры материалов, и гидратной (или кристаллизационной) воды, входящей в химические соединения. Гигроскопическая влага испаряется при 100 С, однако её удаление из шихтовых материалов заканчивается в участках печи с более высокой температурой. Это объясняется тем, что в некоторых слоях находится избыточное количество влаги, скорость подвода тепла не обеспечивает нужной степени испарения. В пористых материалах всегда содержится некоторое количество гигроскопической влаги, в том числе и в отвальных шламах.
Большая часть гидратов интенсивно диссоциирует при температурах ниже 700 С, но некоторая часть неизбежно попадает в высокотемпературную зону. Медленная дегидратация помимо понижения температурного уровня процесса, ведёт также к замедлению важнейших реакций минера-лообразования в твёрдой фазе и, как следствие, к уменьшению количества расплава в зоне начала шлакообразования.
Учитывая большую поверхность испарения влаги из шлама, скорость удаления влаги зависит, фактически, только от скорости подведения тепла в реакционную зону. На диссоциацию 1м3 ЩО требуется 10,8 МДж. Теплота диссоциации гидратной влаги составляет 15900 кДж/кг Н20. Теплота испарения гигроскопической влаги шихты (НгО)ж- (Н20) пар составляет 2258 кДж/кг Н20 /94/.
Пуско-наладочные работы на комплексе
Первое уравнение составляется по аналогии с балансовым уравнением по выходу металла, но рассматривается теоретический выход шлака Ui из каждого компонента шихты (количество шлака, получающегося из одного килограмма данного материала), кг/кг.
Второе уравнение составляется по избытку (недостатку) восстановителя, для чего определяется содержание свободного углерода, выражающее избыток (недостаток) углерода для газификации кислорода окислов в данном компоненте шихты. Содержание свободного углерода для оксидных компонентов шихты имеет знак «-», для восстановителя - знак
Третье уравнение составляется по основности шлака, для чего определяется содержание свободных оснований, выражающее избыток (недостаток) оснований в данном компоненте шихты при заданной основно сти шлака.
Четвёртое уравнение является уравнением теплового баланса. Тепловой эквивалент каждого шихтового материала в DECM-процессе представляет собой сумму произведений содержания элементов или соединений на тепловые эквиваленты этих элементов и соединений.
Переменными в уравнениях вместо Ф могут быть Ф0 - удельный расход основного флюса, Фк - удельный расход кислого флюса; вместо Д могут быть Дв - удельный расход восстановителя, Д0 - удельный расход окислителя.
Коэффициенты Ui, d, ROt, qt при неизвестных Ш, Д, Ф и Э в уравнениях представляют численные характеристики соответствующих свойств сырых материалов, вычисляемые единообразно для всех компонентов шихты по их химическому составу и заданным или принятым условиям плавки. Такими характеристиками являются: и - теоретический выход шлака (количество шлака, получающегося из одного килограмма данного материала), кг/кг материала;
RO - содержание свободных оснований, выражающих избыток (или недостаток) оснований в рассматриваемом материале против заданной основности шлака, кг/кг материала;
С - содержание углерода, выражающее избыток (или недостаток) восстановителя против стехиометрической потребности рассматриваемого материала в восстановителе, кг/кг материала; q - тепловой эквивалент (в кДж/кг), выражающий приведенную затрату тепла на все химические и физические превращения, которым подвергается в процессе 1 кг рассматриваемого материала; q3 = -3600 кДж/кВт ч позволяет перевести расход электроэнергии, выраженный в кВт ч/ЮО кг шлака, в кДж/ЮОкг шлака.
В случае Сш 0, ROm 0, когда предполагается, что перерабатываемые отходы содержат в своем составе избыток углерода и избыток оснований, переработка подобного шлама в печи с низкой удельной мощностью без подшихтовки приведет к накоплению углерода в рабочем пространстве печи и образованию шлака высокой основности, вязкого и нетекучего. Подшихтовка предусматривает добавление компонентов в сте-хиометрических соотношениях к соединениям, содержащимся в шламе. В данном случае, кроме удельных расходов шлама и электроэнергии возможно рассчитать также удельные расходы окислителя и кислого флюса.
В случае Сш 0, ROm=0, система будет содержать три уравнения (исключается уравнение по балансу основности, при условии что используемый твердый окислитель (например, окалина) является нейтральным по основности или имеет требуемую основность шлака. Если последнее условие не выполнимо, можно использовать другие рассмотренные системы уравнений. В данном случае, кроме удельных расходов шлама и электроэнергии, рассчитывается также удельный расход окислителя.
В случае Сш 0, ROm 0, когда предполагается, что перерабатываемые отходы содержат в своем составе избыток углерода и недостаток оснований, кроме удельных расходов шлама и электроэнергии, возможно рассчитать также удельные расходы окислителя и основного флюса. Соответственно, возникает необходимость предварительного определения соответствующих коэффициентов основного флюса - [7Ф, СФ, І?0Ф, дф.
В случае Сш=0, ROm 0 избыток оснований компенсируется введением кислого флюса (кварцита). Из системы исключается уравнение по балансу углерода.
В случае Сш=0, ROm=0 осуществляется переплав отходов, которые не нуждаются в дополнительном восстановителе оксидов или окислителе избыточного углерода. Шлак заданной основности формируется составом пустой породы отходов. Система уравнений содержит только два уравнения.
В случае Сш=0, ROm 0 рассматривается шлам с кислой пустой породой, для которой требуется добавка основного флюса. Если в качестве последнего используют известняк или другие карбонаты, то возникает потребность в углероде-восстановителе, несмотря на отсутствие потребности шлама в дополнительном углероде-восстановителе. В случае Сш 0, ROiu 0 присутствует избыток кислорода шихты, для газификации которого собственного углерода шлама недостаточно. Требуется дополнительный ввод углерода-восстановителя. Пустая порода « шлама имеет ясно выраженный основной -характер, что влечет за собой добавку кислого флюса.
