Теория и технология производства стали 1. Учебник для вузов. М. Мир, ООО Издательство act

• Название: Учебник для вузов. М. Мир, ООО Издательство act
• Анкор: Теория и технология производства стали 1.doc
• Дата: 22.04.2017
• Размер: 7.23 Mb.
• Имя файла: Теория и технология производства стали 1.doc
• Тип: Учебник; #5208
• страница: 71 из 88

Агломерационные шламы (аглошла-мы) образуются при гидроулавлива­нии пыли из мешков мультициклонов, аппаратов мокрой очистки техничес­ких и аспирационных газов, при гид­равлической уборке помещений и промывке трубопроводов агломераци­онных фабрик. В остальных случаях аглошламы образуются за счет потерь рудной смеси при гидроочистке ваго­нов и при гидроудалении коллектор­ной пыли. Шламы агломерационных фабрик принадлежат к группе, отно­сительно богатой железом; по основ­ным химическим компонентам они близки к агломерационной шихте (40-60 % Fе_общ).
¹ От нем. Schlamm — грязь. Этим словом обозначают разные понятия, в том числе последний, самый мелкий продукт дробле­ния при обогащении руды или угля, отложе­ния в паровых котлах; осадок (в виде мелких частиц) при отстаивании или фильтрации жидкости; порошкообразный продукт, вы­падающий в осадок при электролизе меди, цинка и др. Шламы часто содержат ценные компоненты, в том числе благородные ме­таллы
Наиболее существенными факто­рами, влияющими на образование агломерационных шламов, являются: число зон агломерационной установки, имеющих газоочистку (зоны спекания, охлаждения); характер удаления коллекторной пыли (очист­ка мокрая и сухая); наличие гидро­смыва.

При наличии газоочистки только в зоне спекания удельный выход шла-мов составляет 10—15 кг/т агломерата. При дополнительной очистке отходя­щих газов в зоне охлаждения удель­ный выход шламов повышается до 23,3—27,9 кг/т агломерата.

Доменные шламы образуются в про­цессе мокрой очистки колошниковых газов в скрубберах, дроссельных груп­пах, трубах Вентури, а также при гид­росмыве подбункерных помещений. Объем шламов зависит от технологи­ческих факторов, влияющих на вынос колошниковой пыли, и от степени очистки газов в сухих пылеулавливате­лях.

Доменные шламы отличаются меньшей долей железа и повышенной массовой долей цветных металлов, прежде всего цинка (иногда до 2-3%).

Сталеплавильные шламы подразде­ляются на шламы газоочисток, кон­вертеров, мартеновских и электроста­леплавильных печей.

Отходящие конвертерные газы вы­носят много пыли; вследствие этого все конвертеры оборудованы газоочи­стками. Удельный выход шламов газо­очисток конвертеров находится в пре­делах 1—3 %. Удельное пылевыделение зависит от интенсивности дутья, кон­струкции кислородной фурмы, давле­ния кислорода и гранулометрического состава сыпучих материалов. Запы­ленность мартеновских газов состав­ляет 2-10 г/м³. Содержание железа в конвертерных и мартеновских шламах весьма высокое (45-65 %).

Химический состав шламов газо­очисток электросталеплавильных пе­чей непостоянен, так как зависит от марки выплавляемой стали. Ниже приведен усредненный состав шла­мов, мас.%: Fe 30-55; SiO₂ 2-12; А1₂О₃ 0,3-10,0; СаО 1,5-17,0; MgO 5-27; МпО 1,5-5,5; Р₂О₅ 0,02-0,25; 8_общ 0,02-0,50; Сг до 10; Ni до 8; Zn до 2; Pb до 1. Как видно из этих дан­ных, шламы электропечей отличают­ся более низким содержанием железа и наличием примесей цветных метал­лов.

Удельный выход окалиносодержащих шламов прокатного производства колеблется в пределах 2,1—2,3 кг/т проката. Шламы отличаются высоким содержанием железа, но загрязнены маслами.

25.14.2. Утилизация шламов. Желе­зосодержащие шламы могут быть разбиты на несколько групп: а) бога­тые — 50-65 % Fe (шламы марте­новских и конвертерных цехов); б) относительно богатые — 40—55 % Fe (шламы аглофабрик и доменных цехов); в) бедные — < 40 % Fe. Основ­ным направлением рационального ис­пользования шламов является утили­зация их в качестве добавки к агломе­рационной шихте. Подготовка шла­мов включает сгущение, фильтрование и термическую сушку.

Механическое обезвоживание (сгу­щение) шламов фильтрованием или центрифугированием обеспечивает снижение влажности шлама до 15-25 %. В результате ввода в агломераци­онную шихту сгущенных шлаков, об­ладающих повышенными вяжущими свойствами, улучшается окомкование шихты, однако транспортировка таких шламов приводит к загрязнению тер­ритории завода, оборудования и поме­щений.

Основное направление использова­ния шламов доменных газоочисток сводится к их добавке к агломераци­онной шихте. Однако уровень исполь­зования таких шламов низок из-за вы­сокого в них содержания цветных ме­таллов (цинка, свинца) и щелочных металлов, При повышенном содержа­нии которых снижается стойкость фу­теровки доменных печей; присутствие этих металлов приводит к разруше­нию агломерата, окатышей и кокса, из-за чего резко ухудшаются газодина­мические условия процесса и в целом уменьшается производительность до­менных печей. Поэтому при подготов­ке к утилизации шлама доменных га­зоочисток с повышенным содержани­ем цинка необходимо предусмотреть его обезцинкование.

Одним из этапов подготовки шла­мов к утилизации является их обезво­живание, для чего используют сушильные барабаны, центрифуги, фильтры-прессы и другое специаль­ное оборудование. Одним из распрос­траненных методов обработки шламов (и пыли) является метод вельцевания¹. Перерабатываемые продукты после перемешивания с измельчен­ным углеродистым топливом (коксом, антрацитом и др.) подвергаются на­греву до 1200-1300 °С во вращающей­ся горизонтальной трубчатой печи (так называемая вельц-печь). Цинк и свинец при этом восстанавливаются из оксидов, дистиллируются и в паро­образном состоянии снова окисляют­ся кислородом воздуха и углеродис­тым газом. Эти оксиды собираются в пылеулавливателях и направляются затем в переработку для получения цинка и свинца. Нелетучие металлы (медь, никель) остаются в твердом продукте вельцевания (клинкере), ко­торый затем направляется, например, на медеплавильные заводы.

Существуют и другие технологии извлечения ценных составляющих из шламов и пыли. В последние годы все более широко используются жидко-фазные процессы, которые в ряде слу­чаев оказываются эффективнее твер­дофазных. Так, степень извлечения цинка и свинца в высокотемператур­ных условиях жидкофазных процессов достигает 99 % (против 85—90 % в твердофазных).

Приведем еще несколько примеров новых технических решений по ути­лизации шламов.

Получение ожелезненной извести² путем совместного обжига известняка и конвертерного шлама в трубчатых печах. Данная технология отработана на НЛМК. Известняк обжигают во вращающейся печи при 900—1000 °С с подачей в печь тонко измельченных флюсующих добавок (конвертерного шлака, железной руды, железорудного или марганцевого концентрата и т. д.) в потоке газаносителя.

¹ От нем. Wdlien — катать, перекатывать. ²Другое название получаемого продук­та — железофлюс.
Для увеличения усвоения известью добавок, предотвращения настылеоб-разования и уменьшения выхода жид­ких фракций флюсующие добавки, концентрация которых в потоке со­ставляет 200—1600 кг/м³, подают в ло­кальную зону образования флюса, в которой известь нагревают до 1200— 1400 °С с выдержкой в печи в течение 5-15 мин.

Получаемый флюс представляет собой двухслойный кусковой продукт, сердцевина которого — известь с по­вышенной реакционной способнос­тью, а оболочка толщиной 3—12 мм — ферриты кальция.

Для ожелезненной извести по срав­нению с обычной характерны мень­шие потери при прокаливании (п.п.п.), пониженное содержание серы и повышенное — оксидов железа. Ох­лаждающий эффект ожелезненной из­вести меньше охлаждающего эффекта просто извести, т. е. возможна полная замена извести без нарушения тепло­вого баланса конвертерной плавки. Благодаря ферритокальциевой обо­лочке ожелезненная известь имеет бо­лее высокую механическую проч­ность, меньше разрушается при транс­портировке. Кроме того, ожелезнен-ную известь можно долго хранить, т. е. можно создавать необходимые ее за­пасы.

Применение ожелезненной извес­ти обеспечивает более спокойное и мягкое протекание процесса продувки кислородом, раннее образование шла­ка; в результате уменьшаются вынос пыли, расход кислорода и продолжи­тельность продувки, увеличивается выход годного, отпадает необходи­мость в применении плавикового шпата.

Грануляция плавильной пыли. На Северском трубном заводе построена установка грануляции пыли газоочис­ток мартеновских печей в псевдоожи-женном слое производительностью 45 т/сут.

Пыль, удаленная в газоочистной установке мартеновских печей, из бункера шлюзовым питателем подает­ся поочередно в аппараты с переме­шивающими устройствами, к которым подведена техническая вода. В аппа­ратах готовится водная суспензия пыли, содержащая твердого 500— 700 г/л. Насосом суспензию подают к форсункам аппарата кипящего слоя, в котором псевдоожижаются зародыши — известняк фракции 10—20 мм. После ввода суспензии в псевдоожи-женный слой зародышей ее влага под действием горячих дымовых газов ис­паряется, а твердая составляющая оседает на поверхности зародышей. После аппарата кипящего слоя газы поступают в электрофильтр, а грану­лы питателем подаются в бункер го­товой продукции, откуда их вывозят автотранспортом. Гранулы пригодны для использования в мартеновской плавке.

Переработка маслосодержащего шлама. Специалистами НПО «Энерго­сталь» и НЛМК разработана техноло­гия переработки маслоокалиносодержащего шлама из вторичных очистных сооружений с получением железококса или восстановленного железного порошка.

Жидкие маслоотходы нагревают при атмосферном давлении до 100— 200 °С паром или частью отходящих от дожигающего устройства газов в баке, оснащенном мешалкой и распо­ложенном по периметру внутренней стенки змеевика, и путем дистилля­ции отделяют воду. В результате со­держание горючих компонентов в от­ходах достигает 35—90 %. После этого их сжигают в циклонной печи, пода­вая природный газ только для розжи­га пилотной горелки. При этом из распыленных капель легкие углеводо­роды испаряются и окисляются с об­разованием оксида углерода, а тяже­лые полимеризационные углеводоро­ды превращаются в вязкую массу с равномерным распределением в ней восстановленного металла и оксида железа. Масса выносится с дымовы­ми газами во вращающуюся цилинд­рическую герметически закрытую печь; здесь она без доступа воздуха коксуется совместно с продуктами пиролиза замасленного шлама с обра­зованием железофлюса. Газообраз­ные продукты обработки шлама отво­дят в дожигающее устройство, а тепло дымовых газов используют для удале­ния воды из исходных жидких маслоотходов.

Приведенные примеры отражают многообразие путей поиска возмож­ных технических решений по этой важной проблеме.

25.15. ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕРАБОТКИ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЫЛИ
На состав выносимой пыли суще­ственное влияние оказывает состав шихты; это влияние особенно заметно при выплавке стали в дуговых стале­плавильных печах. При производстве высоколегированных марок стали в составе пыли заметна доля ценных ле­гирующих элементов (Cr, Ni и т. д.). При переплаве обычной, неотобран­ной шихты (в основном покупного металлолома с большой долей бытово­го и амортизационного лома) в соста­ве пыли высока доля цветных метал­лов, прежде всего Zn, РЬ, иногда так­же и Cd.

Переработка такой пыли требует особого внимания, так как, во-пер­вых, просто использовать эти пыли в качестве добавки в шихту нельзя (это ухудшит качество стали); во-вторых, эта пыль не подлежит захоронению в земле, так как возможно отравление почвы (захоронение в земле сталепла­вильной пыли в ряде стран запрещено); в-третьих, из такой пыли целесообраз­но извлекать содержащиеся в ней цен­ные (кроме железа) компоненты.

Современная промышленность ис­пользует ряд технологий, обеспечива­ющих переработку сталеплавильных пылей. Один из вариантов приведен на рис. 25.10.

25.15.1. Переработка плавильной пыли, содержащей цинк и свинец. Ме­таллолом является главным источни­ком поступления в сталеплавильные агрегаты таких примесей, как Zn и РЬ (попадающее в шихту оцинкован­ное железо, латунные и бронзовые детали, оболочки электрокабелей и т. п.). Цинк — температура плавле­ния 419,5 ºС и температура кипения 906 °С, свинец — температура плавле­ния 327,4 °С и температура кипения 1725 "С.

Попадая в зону высокотемператур­ных металлургических реакций, сви­нец и особенно интенсивно цинк ис­паряются, окисляются и удаляются вместе с отходящими газами. Основ­ная доля попавших с шихтой в агрегат цинка и свинца улавливается пыле­улавливающими установками. И цинк, и свинец являются дорогими



Рис. 25.10. Рециклинг конвертерных газов и пыли по схеме VOEST-ALPINE

(Австрия):

/—конвертер; 2 — бункер; 3 — пылевой котел; 4 — испарительный охладитель; 5—вода; 6— грубая пыль; 7— электростатический осадитель; 8— тонкая пыль; 9— свеча; 10— ро­торная печь для обжига; 11— отделение газа; 12— газгольдер; 13— пресс для брикетиро­вания; 14— возврат пыли; 15— выгрузка; 16— брикеты
материалами, поэтому непрерывно разрабатываются все новые техноло­гии по утилизации плавильных пылей, содержащих Zn и РЬ.

Около половины производимого цинка расходуется на защиту стали от коррозии (процесс цинкования), т. е. попадание цинксодержащих компо­нентов вместе с металлошихтой в ста­леплавильные агрегаты неизбежно.

В связи с этим особо отметим значе­ние так называемого автомобильного лома. Так, автопарк стран Западной Европы насчитывает более 140 млн. ав­томашин; ежегодно из строя выбывает около 10 млн. штук. После измельче­ния частей автомобиля сталь легко от­деляется путем магнитной сепарации, полученный металлолом обычно ис­пользуется в качестве шихты в дуговых печах. При переплаве такой шихты улавливается 10-25 кг/т дисперсной пыли, содержащей 10—35 % Zn, а также РЬ и Cd. По прогнозам, в начале XXI в. в электросталеплавильных цехах За­падной Европы будет улавливаться бо­лее 700 тыс. т такой пыли.

Объем амортизационного лома в мире в 1994 г. достиг 272 млн. т, и он непрерывно возрастает (в настоящее время амортизационный лом — это единственный вид лома, количество которого возрастает). Такие же про­цессы и тенденции характерны теперь и для нашей страны.

В промышленно развитых странах доля листов с покрытиями составляет более 40 % от выпуска и в перспективе возрастет до 60-80 %. Задача заключа­ется в том, как организовать утилиза­цию отходов (плавильной пыли), со­держащих Zn. С точки зрения потре­бителя (и переработчика) этих отхо­дов, чем выше в них концентрация Zn и РЬ, тем рентабельнее их утилизация. Для удовлетворения этих запросов ис­пользуют: а) специальный предвари­тельный отбор металлошихты с высо­ким содержанием цветных металлов; б) многократное использование пыли с целью повышения в ней концентра­ции этих элементов. На некоторых за­водах Западной Европы используют технологию, сущность которой заклю­чается в следующем. Технологические газы проходят через газоочистки с ру­кавными фильтрами; уловленная пыль собирается в специальном бункере и используется вновь: вскоре после рас­плавления лома ее вдувают в зону раз­дела металл—шлак. Для улучшения процесса пневмотранспорта использу-



Рис. 25.11. Схема установки для вдувания цинксодержащей пыли в ванну 140-т дуговой печи: / — пыль; 2—уголь; 3 — смесь пыли и угля; 4 — дозатор; 5—пигатель; 6— ДСП
ют смесь пыли и угля (рис. 25.11). Операция вдувания продолжается около 10 мин. Учитывая, что образует­ся 15-20 кг пыли на 1 т стали, для 140-т печи за это время необходимо вдуть примерно 2,5т пыли. Практи­чески весь цинк, содержащийся во вдуваемой пыли, испаряется и перехо­дит во вновь образующуюся пыль. Та­ким приемом удается повысить кон­центрацию цинка в отходах примерно в 1,5 раза.

На ряде предприятий используют методы двустадийного или односта­дийного вельцевания ¹; в результате получают полупродукт («грязный» ок­сид цинка), из которого при повтор­ной обработке можно получать чис­тый цинк.

Процесс вельцевания обеспечивает извлечение из пыли цинка и других металлов, предназначенных на прода­жу. Остаток с железом возвращают в печь. В системах переработки с пла­менным реактором извлекают оксид цинка, а железо остается в виде окси­дов в шлаке.

В конвертерном производстве доля металлолома (в том числе содержащего примеси цветных металлов) обычно невелика; соответственно меньше шансов улавливать пыль с высоким содержанием цинка.
См. сноску 1 на с. 431.
На ряде заводов практикуется та­кая система: отходы с низким содер­жанием цинка (менее 0,5 %) использу­ются в доменном производстве, а от­ходы, содержащие цинка более 0,5 %, — в конвертерном, где цинк можно концентрировать во вновь об­разующейся пыли и потом эту «обога­щенную» цинком пыль направлять для последующей переработки.

25.15.2. Переработка пыли, содер­жащей хром и никель. При производ­стве в электропечах высоколегирован­ных марок стали (например, нержаве­ющих) уловленная пыль помимо цин­ка, свинца, кадмия и т. п. содержит такие ценные компоненты, как хром, никель и др. Для утилизации такой пыли разрабатываются специальные технологии.

Так, на одном из итальянских заво­дов для переработки отходов (пыли и шлама), образующихся при выплавке нержавеющих марок стали, установи­ли переплавную плазменную печь по­стоянного тока, которая ежегодно пе­рерабатывает около 20 тыс. т отходов.

Получают сплав (в зависимости от со­става отходов), содержащий, %: Сг 8— 16; Ni 2-8; Мп 2-4; С 3-5. Состав шлака при переплаве, %: СаО 40—45; SiO₂ 25-30; Сг₂О₃ около 2. Улавливае­мая в процессе переплава плавильная пыль содержит более 50 % ZnO и око­ло 6 % РЬО.

25.15.3. Переработка пыли при ее нагреве в вакууме. В Японии разрабо­тан процесс, названный VHR-npoцесс '.

Ежегодно только в дуговых печах Японии образуется около 450 тыс. т пыли. Пыль электропечей, основная составляющая шихты которых — ме­таллолом, содержит в среднем 32 % Fe и 23 % Zn. Кроме этого в печной пыли в значительных количествах со­держатся опасные для окружающей среды компоненты, в числе которых свинец (2,2 %), хром (0,36 %), кадмий (0,024%), хлор (3,14%). VHR-npo-цесс проводят в несколько этапов:

1) сухую пыль выдерживают при тем­пературе 500-900 °С в течение 3 мин в вакууме при давлении 133 Па (1ммрт. ст.); на этом этапе из пыли удаляются натрий, калий, свинец и его соединения (РЬО, РЬС1₂, PbF₂);

2) ведут восстановление цинка; в ка­честве восстановителя выступают Fe и FeO; 3) испарившийся восстанов­ленный цинк конденсируют в кон­денсаторе при температуре, превы­шающей температуру кипения цинка (при том же низком давлении); 4) ос­тавшийся после удаления из пыли цинка железистый продукт брикети­руют и используют в составе металло-шихты при выплавке стали.

Степень удаления цинка из пыли при такой технологии приближается к 100%.
¹ От англ. VacuumHeatingReduction(ваку­ум, нагрев, восстановление).