12.2. Метал

Проблеми рециркуляції матеріальних відходів конвертерного виробництва, у першу чергу, пов'язані з переробкою шлаків, шламів і пилу газоочисток та підготовки для плавки металургійного брухту, стружки й інших вторинних чорних металів. При цьому якщо шлако­ва продукція знаходить застосування, в основному, у будівельній промисловості, то препа­ровані (підготовлені для утилізації) шлами, пил і брухт надходять майже цілком у металур­гійний переділ. Головні напрямки підготовки металевого брухту - фрагментування і класи­фікація, видалення кольорових металів, підігрівання і пакетування легковагого брухту, бри­кетування стружки і видалення мастил.

Сталеплавильне виробництво, виготовлення кінцевих сталевих виробів, супроводжувані утворенням скрапу, створили комплексну систему, що включає рециркуляцію скрапу, яка знаходилась у збалансованому стані століттями. Однак поява й акумулювання в сталі шкід­ливих для її якості і важко видаляємих з неї елементів - міді, олова, цинку, свинцю, вісмуту, сурми, миш'яку, нікелю, хрому, молібдену, кобальту, ванадію вже починає порушувати ба­ланс, що склався, особливо при виробництві листової сталі на міні-заводах (в електропе­чах), коли витрати скрапу на одиницю продукції значні. Контроль вмісту домішок і видален­ня їх у процесі сталеплавлення є однією з важливих задач сучасної металургії, вирішення якої забезпечить бажаний замкнутий цикл основної групи конструкційних матеріалів. Нижче наведені розроблювані і застосовувані технології очищення скрапу від домішок кольорових металів.

Рафінування випаровуванням у контрольованій атмосфері пов'язане з відносно низькою температурою кипіння деяких кольорових і лужних металів, °С: Аs - 622, К - 760,Na - 890, Сd - 765, Zn - 906. Із оксидів кольорових і лужних металів найбільш низьку температуру кипіння мають, °С: Na20 - 1350, РbО - 1470, SnО - 1425, Sb203 - 1425.

Цинк виділяють термічною обробкою оцинкованих аркушів, що відслужили, при темпера­турі 600°С. Після відпалювання (100°С) крихкий шар інтерметалевої фази механічно видаляють із поверхні. Використовують також вакуумну обробку автомобільного скрапу при температурі 600-1100°С, початкова газова фаза складається з азоту або оксиду вуглецю. Ефективний без­перервний процес електролітичного добування цинку з автомобільного і вагонного скрапу, що завантажується в гарячий лужний розчин, де цинк розчиняється і потім осаджується на катоді. Перелічені процеси забезпечують рециркуляцію і скрапу і цинку.

Олово зі сталевого скрапу економічно доцільно видаляти на установках з річною потужні­стю ЗО тис.т скрапу електролітичним шляхом у каустичній содовій ванні при І = 85°С. Знайде, очевидно, застосування процес обробки вкритого оловом скрапу реактивними газами (Н25) при=300-550°С с наступним механічним видаленням шару SnS.

Мідь, на відміну від олова і цинку, що вкривають сталь тонким шаром, знаходиться в залізному скрапі як механічна суміш частин електромоторів, охолоджувачів, змійовиків, проводів і т.п. Відмінна риса міді полягає в тому, що вона не окислюється в продуктах згоряння будь-якого палива при наявності сталевого брухту і може бути вилучена шляхом її виплавлення. Виправдали себе ручне сортування і розмелювання скрапу на куски малих розмірів з наступним магнітним розподілом заліза і міді. В Японії розподіл здійснюють за допомогою відеокамер і ПЕОМ на конвейєрі (ідентифікація міді за кольором). У США оброб­ляють скрап сумішшю повітря і соляної кислоти при І = 600-900°С - мідь випаровується у вигляді хлоридів, конденсується і складується для рециркуляції. Випробувана екстракція міді рідкою ванною металу (АІ, РЬ, Ві), в якій мідь швидко розчиняється, а залізо нерозчин­не. 90% міді зі скрапу видаляється у вигляді Си2Б при витримуванні скрапу в штейні (80% FeS+20% Na2S) при 1000°С в атмосфері азоту.

Це, очевидно, технології майбутнього. Поки що в промисловості кожен завод змішує «брудний» (з домішками) скрап із більш чистим або з залізом прямого відновлення, розроб­ляючи рецепти для кожної марки сталі. Зниження вмісту домішок у сталі при цьому досяга­ється за допомогою їх розчинення і рівномірного внесення в усі вироби. Подібну технологію слід вважати лише тимчасовим вирішенням проблеми, а не рециркуляцією і тим більше - не рафінуванням сталі.

Прийоми видалення домішок кольорових металів із рідких залізовуглецевих сплавів наступні. Мідь видаляють вакуумною обробкою або сульфідними шлаками (Nа2S*FеS; Na2S04*FeS; Nа2С03'FeS) з наступним випаровуванням натрію зі шлаку, знесірченням роз­плаву; при цьому досягається рециркуляція міді в кольорову металургію. Олово видаляють, формуючи кальцієвмісні шлаки за реакцією 2 [Са] + [Sп]=(Са2Sп).

Цей метод також підходить для видалення свинцю, вісмуту, миш'яку і сурми - усі вони утворюють стійкі інтерметалеві з'єднання з кальцієм. Іншим методом видалення оло­ва зі сталевих розплавів є (як і у випадку з міддю) вакуумне рафінування, спрощене тією обставиною, що олово утворює летки речовини SnS, SnО, а також хлориди. Молібден вида­ляють додаванням до розплаву РеБ і утворенням стабільних сульфідів молібдену. Очищен­ня розплавів від хрому і ванадію не настільки проблематичне - останні легко окислюються і розчиняються в шлаках з подальшою рециркуляцією.

У США найбільше поширення одержали способи переробки автомобільного брухту з застосуванням кріогенного дроблення. Витрати рідкого азоту в цих процесах складають близько 400 кг/т, що відповідає енергетичним витратам (з урахуванням виробництва азоту) приблизно 60-70 кг у.п./т. Наступні після дроблення автомобільного брухту стадії розподілу грунтуються на магнітній сепарації, гідравлічній класифікації з застосуванням циклонів, збага-

чення у важких середовищах, грохочення і т.д. Мідь і алюміній у процесі кріогенного дроб­лення залишаються пластичними і подрібнюються в меншій мірі.

Як важкі середовища використовують суспензію високодисперсних часток феросилі­цію і ферохрому у воді. З їх застосуванням неферомагнітну частину дробленого брухту (частки розмірами 0,5-50 мм) вдається розподілити на складові: неметалева фракція, алю­міній і його сплави, мідь і мідні сплави.

Мокрі методи очищення застосовуються також при підготовці замасленого брухту. Брухт для видалення мастила промивають в апаратах барабанного типу гарячою водою і спеціаль­ним розчином, який потім піддають регенерації.

Поряд з наведеними існують і розвиваються різні теплові методи підготовки і переробки брухту.

Теплові методи підготовки металевого брухту включають його пакетування і брикету­вання, видалення мастила й емульсій, а також кольорових металів. При фільтрації техноло­гічних газів через брухт (особливо подрібнений) з них частково видаляється пил, що приво­дить до збільшення виходу придатного продукту. Утилізація тепла за рахунок підігріву брух­ту одночасно дозволяє значно скоротити витрати на використання вторинних енергоресур­сів.

Один з основних недоліків теплової підготовки металобрухту пов'язаний з окислюван­ням заліза, що може привести до значного зниження металургійної цінності брухту. Зви­чайно, для успішного розвитку такої під­готовки повинні бути поширені малоокислю-вальні і безокислювальні методи нагріван­ня, тим більше, що і процеси випарного теплового рафінування металу можуть бути найбільш успішно реалізовані лише у віднов-лювальній (контрольованій) атмосфері.

Найбільш важлива проблема - рафіну­вання металобрухту для конвертерів від ко­льорових металів, що його забруднюють. Значна кількість фізичного і хімічного теп­ла, що міститься в конвертерних газах, до­зволяє вирішити цю проблему за рахунок тепла газів, що відходять, і, тим самим, різ­ко знизити енергоємність конвертерної ста­лі. Можлива схема підігріву брухту з вико­ристанням тепла конвертерних газів наве­дена на рис. 12.6. Підготовлений брухт за­вантажується в систему газовідвідного трак­ту через бункер-нагромаджувач. Брухт за допомогою штовхачів послідовно проходить чотири камери: дві конвективного нагріван­ня (З і 5) і дві - радіаційного (2 і 4). У каме­рах 2 і 3 брухт нагрівається до 1100-1250°С у відновній атмосфері, цинк випаровується і плавиться мідь. Цинк у пароподібному стані виноситься в камери 4 і 5, де окислюється і перетворюється в пил, мідь же збирається у нагромаджувачі камери 2, з якого періо­дично випускається. У камері 5 частина пи­лового цинку осідає на холодному брухті.

Для зменшення осідання пилу цинку у випадку дуже подрібненого брухту висота за­вантажувального шару в камері 5 повинна бути знижена. Загальна маса брухту, який на­копичується в димовому тракті, розрахову­ється на 4-5 завантажень конвертера, що за­безпечує прогрівання брухту до високої тем­ператури і глибоку внутрішню утилізацію теп­ла. У тракті передбачається також камера для допалювання мастила. Для підтримки необ­хідної температури і складу газів у період простою конвертера в камеру 9 передбача­ється подача не лише повітря, але й палива; у камеру 2 також передбачене введення па­лива. При роботі конвертера подача палива відключається.

Для нагрівання стружки застосовуєть­ся кілька типів печей: барабанні, камерні, шахтні та ін. Основний тип печі для нагріван­ня дробленої стружки - барабанна. Варіант такої печі для оезокислювального нагрівання стружки з випалюванням мастила показаний на рис. 12.7. Відмінна риса печі - наявність жарової труби. У жарову трубу направляються продукти згоряння, які ежектують у неї пари мастила. Воно згоряє за рахунок надлишкового кисню продуктів згоряння. Стружка, нагрі­та до 750-850°С, з печі висипається у приймальний бункер брикетувального преса, де пре­сується у брикети розмірами 0,3x0,3x0,3 м (щільність брикетів приблизно 5,0 т/м3). У системі підтримується розрідження, що виключає попадання парів мастила в атмосферу. Для без­пеки роботи в герметизуючих тамбурах встановлені чергові пальники.

Муфелювання дещо ускладнює і здорожує процес нагрівання стружки. Малоокислю-вальне нагрівання стружки може бути здійснене і без муфелювання. Паливо при малоокис-лювальному нагріванні спалюється при п=0,8 + 0,98; для допалювання палива, парів масти­ла і сажі передбачається спеціальна камера з температурою не менше 1000°С. Необхід­ність підтримки позитивного тиску в печі пов'язана в цьому випадку з обов'язковою уста­новкою аспіраційної системи. Для ефективної роботи установок з допалювання мастила, що видаляється з металобрухту, у системі автоматичного керування тепловим процесом обов'язково передбачається контроль газів.