Новый способ переработки отходов сталеплавильных заводов



В статье описан процесс преобразования отходов сталеплавильного производства, содержащих железо, смешения с углеродом и получения жидкого чугуна, основанный на видоизмененной вагранке
Сегодня в Германии около 20 - 25 кг тонкодисперсной стальной пыли, содержащей
Рисунок 1.Процесс ОКСИКИП
окалину на тонну термически необработанной стали появляется в очистительных системах на сталеплавильных заводах. Т. к. этот материал содержат цинк, свинец и щелочь, он не может быть переработан для повторного использования и должен быть переработан внешним образом либо вывезен на свалку.

Ограниченные возможности захоронения, растущие цены, требовательные законы и распоряжения правительства, а также обсуждения проблем окружающей среды на государственном уровне - все это затрудняет продолжение такой практики. Поэтому была разработана новая технология переработки этих отходов для повторного использования, предотвращения выбросов, которая отвечает экологическим требованиями и снижает расходы.

Новая технология, названная ОКСИКАП, основана на модернизации вагранки. Она основана на преобразовании холодно окускованных агломератов, содержащих углерод, в жидкий чугун. Основные преимущества этого процесса для сталелитейного производства:
  • процесс очень похож на доменную печь, поэтому требуется минимальное обучение оператора
  • процесс дополняет жидкий чугун для сталелитейного производства и гарантирует высокий процент использования железосодержащих частиц
  • обогащенный цинком шлам может быть продан для дальнейшего восстановления
  • все виды металлов, содержащих металл, такие как настыль, десульфурированные металлы и шлак могут быть переработаны

Протекание процесса

Процесс заключается в соединении мелкодисперсных оксидов с восстановителем, содержащим коксовую мелочь. В результате чего получаются кирпичи, которые загружаются в шахтовую печь вместе с другим железосодержащим побочным продуктом, коксом или флюсом (см. Рисунок 1).

Пока загруженные вещества опускаются в печь, они разогреваются, и при температуре около 1000°С коксовая мелочь
Рисунок 2.
внутри кирпичей превращается в угарный газ, который восстанавливает крупинки, содержащие оксид железа.

Высокая температура и большая площадь поверхности мелкодисперсных отходов делает скорость реакции очень высокой. В лаборатории были проведены опыты по восстановлению и металлизации за несколько минут, тогда как в печи для этого необходимо 20 минут при температуре 1000°С - 1400°С. Кирпич преобразуется в прямо восстановленное железо, которое затем попадает в зону плавления печи, где оно сплавляется с другим побочным продуктом, содержащим металл.

Цементация жидкого чугуна особенно интенсивно происходит в горне вагранки. Жидкий чугун и шлак постоянно выкачиваются и пропускаются через разделитель жидкого чугуна и шлака; затем жидкий чугун направляется на дальнейшую обработку, а шлак - в систему грануляции. Цинковый компонент отходов испаряется и выходит вместе с доменным газом, как и сильно обогащенная пыль печи.

После лабораторных тестов первое испытание на производстве было проведено на литейной вагранке. Вагранка с производительностью 10 тонн/час работала больше 10-ти часов с 30% кирпича. В составе жидкого чугуна не наблюдалось никаких изменений и производительность, как и предполагалось, уменьшилась до 8,5 тонн/час. Было небольшое увеличение оксида железа в шлаке с 1% до 2,5%, что равняется 1 кг Fe на тонну жидкого чугуна.

Содержание угарного газа в доменном газе возросло и также возросло количество пыли из-за относительно низкой прочности кирпичей.

Основной вывод из испытания: оксид железа был восстановлен и превращен в жидкий чугун.

Шахтная печь Тайсон Хамборн

Для того, чтобы доказать, что этот метод действительно работает, Тайсон Крупп Сталь совместно с Маннесманн, Кютнер, Б.У.С. и Мессер Грисхайм решили построить опытную шахтную печь в Дуисбурге как реальный демонстрационный завод для производства жидкого чугуна с производительностью 15 тонн/час стоимостью 15 миллионов немецких марок (7,7 миллионов Евро). Периферийное оборудование, например, регенератор, система очистки газа (бывшие в употреблении) были куплены на соседнем литейном заводе, чтобы снизить расходы.

Сама печь была построена на основании бывшей доменной печи №3 в Хамборне. Рисунок 2 показывает схематическое размещение завода.

Внутренний диаметр горна - 2,4 метра, печи - 2,6 метров.

17 000 м³/час холодного дутья разогревается в регенераторе до температуры 520°С и печь оснащается
Рисунок 3.
6 сливными медными фурмами и системой для подачи кислорода. Преимуществом этой технологии по сравнению с обогащением кислорода является более глубокое проникновение, что важно для низкого содержания кокса и расхода огнеупорного материала. Доменный газ уходит из печи при температуре 300°С через систему выпуска газа и в систему очистки газа. Сам горн высотой не больше 5 метров и загрузочный материал в этой части печи изолирует процесс от атмосферы. Доменный газ охлаждают, промывают и затем сжигают либо в регенераторе для разогревания холодного дутья, либо в горелке, т.к. на данном этапе проекта не было доступа к газопроводу сталелитейного цеха.

Печь наполняется сливным огнеупорным материалом и работает как обычная вагранка с водяным золоудалением (дном). Чугун и шлак протекают через выпускное отверстие. Шлак и чугун разделяют в трубопроводе и процесс сохраняет гибкость вагранки. Возможно закрытие вагранки за 1 минуту.

Кирпичи в форме С

По результатам лабораторных исследований оптимизированный кирпич, содержащий цементное связующее, был высотой 110 мм в форме шестиугольника (Рисунок 3). Вместе с оксидами, кирпич содержал мелкодисперсную пыль литейного
Рисунок 4.
производства, шлам доменной печи, вторичную окалину, 15% коксовую пыль и цемент, которые смешивали в специальном смесителе.

Кирпичи формовали на вибропрессе и выстаивали 5 дней перед тем, как использовать в качестве крупногабаритного материала. Содержание железа - около 50%.

Отходы и вещества, содержащие металл

В течение первых 6 недель после запуска печи использовался только скрап. Затем загружаемые вещества на 100% состояли из настыли из сталеплавильного производства (Рисунок 4) и магнетических фракций десульфурированного шлака. Материал размером 10 - 600 мм не создавал никаких проблем, более крупные частицы могли быть загружены в ограниченном количестве. Содержание железа в материалах было 70 - 80% из-за вязкого шлака.

Управление заводом

После разрешения технических монтажных работ стояла задача определения огнеупорности. Из-за показателя
Рисунок 5. Состав шихты
350 - 450 кг/тонну жидкого чугуна, что выше чем на литейной вагранке (60 кг/тонну жидкого чугуна), выпускное отверстие быстро изнашивалось. Перепроектировав геометрию переднего слива, срок службы выпускного отверстия был продлен до 14 дней: такая же цифра как и для вагранки, основанной на скрапе. Было возможно выпускать до 10 000 тонн жидкого металла и 4 000 тонн шлака за один срок службы.

Развитие загружаемого материала показано на Рисунке 5. Пропорция кирпичей постоянно увеличивалась до 70%. Производительность жидкого чугуна возросла, как и ожидалось, благодаря более низкому объему железа на входе.

На этапе создания опытного образца было произведено почти 50 000 тонн жидкого чугуна и переработано 5 000 кирпичей.

Как показано на Рисунке 6, количество кирпичей не влияет на состав жидкого чугуна, а использование металла из десульфурированного шлака имеет результатом высокое содержание серы. Влияние серы на растворимость углерода в жидком чугуне вы можете увидеть. Содержание углерода возрастает до 4%, т.к. содержание серы возрастает до 1,3%, кремния - около 1,5%. Изменение содержания железа в шлаке - это вопрос износа огнеупора на шлаковой летке.
Рисунок 6. Анализ жидкого чугуна (исследования 40%-70% брикетов в шихте)
В отличие от литейного производства кремний был восстановлен из шлака.

Более важным является процентное соотношение кирпичей в шихте и проницаемости печи, измеряемой как противодавление в кольцевом трубопроводе (Рисунок 7). Увеличение противодавления является результатом увеличения доменного газа; не было признаков квази-когезионной зоны, и не наблюдались засорение или зависание.

Коэффициент пустотности возрастает с увеличением количества кирпичей, т.к. кирпичи имеют один размер, и параметры фильтра приближаются к идеальной одно-зернистой структуре, что снижает противодавление. Увеличение количества кирпичей с 55% до 70% шихты не повлияло на увеличение противодавления. Можно предположить, что оба действия исключают друг друга.

Параметры печи не менялись на протяжении всего испытания, и даже остановка на час не повлекла за собой проблем.
Рисунок 7. Показатели дутья и противодавление
К сожалению, бывшие в употреблении вентиляторы и система очистки газа были на пределе производительности и поэтому невозможно было увеличить количество кирпичей.

Заключение и перспективы

Основным выводом работы опытного завода стало то, что процесс преобразования агломератов, содержащих железо и оксид, в жидкий чугун в шахтной печи - стабилен и надежен. Было использовано 22,5 тонн кирпичей/час, в дополнении к 9 тонн настыли/час. Использование настыли до 600 мм в шахтной печи, а не в конвертере, увеличивает эксплуатационные качества кислородного конвертера, позволяет прямой выпуск плавки и снижает затраты на десульфацию.

Чистый скрап, покрытый цинком, может быть использован для кислородного конвейера в больших количествах. Шлам, обогащенный цинком, в ОКСИСАП может быть продан для последующего восстановления. Ненужные мелкодисперсные материалы могут быть удалены со шлакового завода, что улучшает свойства и снижает выбросы.
Рисунок 8.


Положительные результаты исследования:
  • максимальная производительность - 740 тонн/день - 100% настыли
  • 70% максимальное содержание кирпичей в шихте
  • 22,5 тонн/час потребление кирпичей
  • 450 тонн/день - минимальная производительность при 70% кирпичей и 30% настыли
  • срок службы выпускного отверстия (огнеупора) - 14 дней
  • срок службы печи (огнеупора) - 6 недель
  • использование китайского кокса
  • использование 20-ти процентного кокса доменной печи
Результаты 70% испытаний равнозначны удельной производительности за м³ рабочего объема около 11 тонн/м³ за 24 часа, и больше чем 110 тонн/м² за 24 часа на м² площади горна.

Сейчас завод реконструируют в коммерчески управляемый. Рядом будет построена установка для производства кирпичей.

Контактная информация:
тел./факс: +7 (4872) 45-81-16,(4872) 40-42-98, моб. +7 (910) 941-78-05 Котенёв Василий Ильич
E-mail: mashgeo@tula.net, briket@briket.ru

Создание: MAXiMaster  

©2002-2009 ЭкоМашГео