11.5.2. Прокатная окалина

Ускоренное развитие прокатного производства привело к зна­чительному увеличению расхода воды на охлаждение оборудо­вания и образованию комплексных отходов, основным из кото­рых является прокатная окалина. По химическому составу ока­лина близка к чистому магнетиту (65 – 72% Fe), а по грануло­метрическому составу представлена в основном фракцией ме­нее 0,2 мм. Выход окалины составляет в среднем 1,0 – 3% от массы готового продукта.

При окусковании железорудного сырья окалина, вводимая в шихту, служит полноценным заменителем суперконцентрата и способствует экономии твердого топлива за счет тепла окисле­ния магнетита до гематита в процессе спекания. Однако в ока­лине содержится значительное количество влаги и смазочных масел (автолы АК-15, АК.-10, масло индустриальное 24, 30 и др.), которые не позволяют применять необработанную окали­ну при производстве агломерата. Правда, в отдельных случаях добавка в состав шихты сравнительно небольших количеств замасленной окалины (до 15 – 20%) несколько улучшает физи­ко-химические свойства агломерата. Однако в большинстве слу­чаев свойства агломерата ухудшаются, поэтому для введения окалины в агломерационную шихту необходимо удаление масел.

Для удаления масел из прокатной окалины широко применя­ются различные термические способы.

Во многих разработках удаление масел из замасленной окалины осуществляется после ее предварительного окускования, обычно в смеси с другими Fe-содержащими отходами. До­бавка замасленной окалины в шихту, состоящую из других мел ких Fe-содержащих отходов, оказывает положительное влияние на свойства брикетов и окатышей, причем особенно повышается механическая прочность неофлюсованных окатышей (в 2 – 3 раза).

На заводе фирмы «Sicartsa» (Мексика) из магнетитового концентрата и Fe-содержащих металлургических отходов изго­тавливают офлюсованные окатыши. Предусмотрена возможность работы на смеси магнетитового и гематитового концентратов с добавками Fe-содержащих отходов и гашеной извести. Обычно состав отходов формируется по мере их накопления на пред­приятии, они добавляются в шихту для окомкования в количе­стве 16%. Отходы состоят из доменного (40%) и конвертерного (21%) шлаков, колошниковой (3,7%) и конвертерной (5,2%) пылей, прокатной окалины (8,5%) и мелочи обожженных ока­тышей (~21%). Шихта, составленная из этих отходов, имеет примерно следующий состав (в %): Fe – 26,4; SiO₂ – 20; А1₂O₃ – 7,7; СаO – 26,7; MgO – 2,7 и т. д.

Перед смешиванием с рудными концентратами заводскую мелочь дополнительно дробят, а в состав шихты вводят извест­няк (1,5%) и гашеную известь (1,3%). Более крупную часть отходов (окалина и мелочь обожженных окатышей) измельча­ют в шаровой мельнице вместе с известняком. Колошниковая и конвертерная пыли поступают из систем пылеулавливания в ви­де шлама непосредственно в сгуститель, а затем смешиваются с остальной частью шихты. Подготовленная шихта гранулиру­ется на тарельчатых грануляторах (диаметр 7,5 м), а сырые окатыши обжигаются на конвейерной машине системы «Драво – Лурги» (площадь – 180 м²). В качестве топлива при об­жиге окатышей служит смесь доменного и коксового газов. Го­товые офлюсованные окатыши обладают хорошими физико-ме­ханическими свойствами (Rсж > 2,6 МН на один окатыш).

Окалину используют в составе шихты и для получения без­обжиговых окатышей с добавлением и без добавления твердо­го топлива. Обычно упрочнение таких окатышей осуществляют путем гидротермальной обработки в автоклавах в течение при­мерно 2 ч под давлением – до 2,1 МПа. По мнению фирмы, окатыши после автоклавной обработки могут быть использо­ваны для получения губчатого железа. В США опробован без­обжиговый способ окускования шихты, почти целиком состоя­щей из металлургических отходов (прокатная окалина, шламы доменного и сталеплавильного производства), 4 – 6% извести и 1 – 2%песка. Шихту перемешивают, выдерживают до полного гашения извести, окомковывают и обрабатывают в автоклавах. Готовые окатыши обладают высокой механической прочностью и низкой окисляемостью.

В Великобритании предложен аналогичный способ, но с бо­лее высоким расходом связующего и добавкой кремнийсодержащего компонента (0,5 – 5%), способного вступать в реакцию со связующим с образованием силикатных соединений. Кроме того, в состав шихты в качестве связующих вводят небольшие коли­чества (до 3%) оксидов или солей натрия и калия. Указанные смеси гранулируют, подвергают автоклавной обработке и су­шат (15—60 мин) при температуре 160СС. Установлено, что вве­дение 40 – 50% замасленной окалины в состав шихты способст­вует значительному повышению прочности окатышей как в сы­ром, так и высушенном состояниях [42].

Предлагают использовать специальные обжиговые устройст­ва для окускованного сырья из металлургических отходов, в том числе и прокатной окалины. Так, например, в Японии предложено использовать конвейерную печь для движущейся ленты брикетов. Особенность этой печи состоит в том, что над ее рабочим пространством расположена дополнительная камера сгорания, в которой пары масла самовозгораются в окисли­тельной среде (дополнительная подача воздуха), испаряются и выводятся с помощью вентиляционной системы. Продолжитель­ность цикла около 30 мин, что обеспечивает практически полное удаление масел из брикетов.

Предложены методы очистки и утилизации окалины, заклю­чающиеся в смешивании ее с другими Fe-содержащими отхода­ми и с тонкоизмельченным углем. При этом получают комбини­рованные рудо-угольные брикеты с различными связующими (смолы, пек, сульфитспиртовая барда и др.). Так, в Великобри­тании в качестве связующего использовали смесь сажи (1,25 – 2,75%) и термореактивной смолы (2,5 – 4%). В Японии по ана­логичному способу брикеты подвергают низкотемпературной об­работке с целью обезвоживания и удаления части масел и т. д.

Готовые брикеты используют в шихте электродуговых печей. Ряд фирм США и Канады работают над усовершенствованием процессов горячего брикетирования различных металлургиче­ских отходов, в том числе и прокатной окалины. Первые иссле­дования (например, фирмы «Дофаско») показали, что из ших­ты, состоящей из прокатной окалины, колошниковой пыли и шламов, можно получить качественные по физико-механиче­ским свойствам брикеты при сравнительно небольшом расходе тепла на нагрев (до 1000 °С). Было отмечено, что за счет со­держания в колошниковой пыли около 7 – 8% углерода процесс восстановления брикетов протекает достаточно интенсивно.

Промышленные установки подобного типа в большинстве случаев оборудуются реакторами кипящего слоя, причем в ста­дии доработки находится вариант, в котором предусматривает­ся утилизация тепла путем частичного нагрева шихты горячими брикетами (≈800 – 900 °С), выходящими из пресса. Для этого установки оборудуются различными устройствами, в том числе и сетчатыми барабанами, в которых происходит контакт меж­ду шихтой из отходов и горячими брикетами. При этом шихта из отходов частично нагревается и поступает для дополнительного нагрева в реактор, а брикеты охлаждаются. Из них отсеи­вается мелочь (бой), которую направляют непосредственно в реактор. Охлажденные брикеты являются товарным, частично восстановленным продуктом.

По данным фирм, эксплуатация установок показала широ­кие возможности горячего брикетирования и создания управ­ляемого процесса, обеспечивающего регулирование качествен­ных показателей брикетов. Общая стоимость горячего брикети­рования Fe-содержащих отходов составляет ж69% от стоимо­сти производства агломерата или окатышей (по другим источ­никам от 50 до 80%). Кроме США, процессы горячего брикети­рования исследовались в СССР (МГИ, ДонНИИЧЕРМЕТ и др.), Канаде, ФРГ, Италии и других странах [18].

Значительное внимание уделяется использованию окалины для получения железофлюса, железококса, металлизованного продукта, высокоактивного углеродистого восстановителя для производства железистого порошка и чистого железа, для ин­тенсификации коксохимического производства и др.