4.6.10. Некоторые особенности технологии и экологические выгоды производства высокоосновного агломерата

Необходимость производства агломерата повышенной (1,3 – 1,9 ед. по отношению CaO/SiO₂) и высокой основности (более 1,9 ед.) возникает в случаях использования в доменной шихте сырой железной руды и малоофлюсованных железорудных окатышей (см. раздел 6.4.2.10). Возможности успешного производства высокоосновного агломерата значительно возрастают при использовании в составе агломерационной шихты богатых руд и концентратов, с малым содержанием в них кремнистой пустой породы. Например на уровне 4 – 5 %, как в лучших вариантах зарубежной агломерации.

В условиях агломерационных фабрик Украины приходится спекать рудные материалы с вдвое более высоким содержанием в них оксида кремния, что вызывает дополнительные затруднения в подготовке флюсов и в общем цикле производства качественного высокоосновного агломерата.

По многочисленным данным лабораторных и промышленных исследований, выполненных Ф.Ф. Колесановым и Н.С. Хлапониным с сотрудниками, технологию производства агломерата повышенной основности характеризует ряд важных особенностей.

1. При подготовке флюсующих добавок в агломерационную шихту (известняка, извести) необходимо уделять особое внимание обеспечению их основных показателей качества и, в частности, - крупности, которая не должна превышать 2 – 3 мм. Здесь первостепенное значение имеют достаточные мощности дробильных и обжиговых отделений известняка.

2. Однородность химического состава шихты после ее смешивания должна быть достаточно высокой (не ниже 0,85 по соответствующему коэффициенту), чтобы исключить при наличии нужной крупности флюсов, негативные явления в виде снижения прочности агломерата, уменьшения выхода годного продукта, что, чаще всего, обусловлено локализацией топлива в отдельных объемах шихты, а также оксида кальция и его силикатных соединений в массе спека.

3. При окомковании шихтовой смеси, состоящей преимущественно из богатых железорудных концентратов и более мелкого, чем при обычной агломерации, возврата, получается более однородная по крупности гранулированная шихта.

4. В процессе загрузки такой шихты на паллеты агломашин ухудшается выделение естественной постели, создаются условия для образования массовых налипаний на колосниковую решетку паллет в виде сырой шихты, известкового налета и приварившихся кусков спека. Такие налипания снижают скорость спекания.

5. Агломерируемый слой высокоосновной шихты отличается более высокой газопроницаемостью, что объясняется ростом пористости слоя агломерата (при некотором уменьшении порозности слоя сырой шихты) а также уменьшением температуры плавления шихты до 1210 - 1230°С, против 1230 - 1350°С для обычной шихты, при соответствующем снижении общего газодинамического сопративления слоя.

6. Скорость спекания высокоосновной шихты, как правило, повышается в среднем на 4 % на каждые 0,1 повышения основности в диапазоне 0,8 – 2,5 ед. вследствие увеличения скорости фильтрации газов через слой возросшей проницаемости.

7. Увеличение основности агломерата, например, от 1,3 – 2,0 ед. с соответствующим повышением скорости спекания должно сопровождаться увеличением высоты спекаемого слоя на 50 – 70 мм для повышения прочности спека и сохранения выхода годного продукта, который проявляет четкую тенденцию к снижению при неизменных условиях спекания.

8. Удельный расход твердого топлива на спекание при увеличении основности агломерата (к примеру, от 1,23 до 2,38) не повышается, несмотря на рост удельного расхода сырого известняка, что объясняется в основном резким снижением температуры плавления ферритов кальция и железокальциевых силикатов, других образовавшихся в твердой фазе минералов. В отдельных опытах достигнуто снижение расхода топлива на 5 – 10 % при увеличении основности агломерата от 0,8 – 1,25 до 1,8 – 2,5 ед.

Особого внимания заслуживает тот факт, что содержание серы в высокоосновном агломерате возрастает почти втрое по сравнению с агломератом пониженной основности. Происходит улавливание SO₂ отходящего газа такими хемосорбентами шихты как CaO, Ca (OH)₂, CaCO₃ и CaO. Fe₂O₃ по упомянутым реакциям (см. раздел 4.4.). Атмосферный воздух значительно меньше загрязняется сернистыми выбросами агломерации. Как будет показано ниже, увеличение содержания серы в агломерате не имеет существенного значения для обеспечения производства качественного передельного чугуна. Повышение основности агломерата позволяет исключить применение сырого известняка в доменной плавке и в расчете на 1 млн. т. выплавленного чугуна уменьшить расход кокса на 20 тысяч тонн. Исключение из объемов коксохимического производства этого количества кокса означает уменьшение выбросов в атмосферу около 400 тонн исключительно ядовитых веществ коксохимии, среди которых оксиды серы и азота, сероводород, аммиак, цианистый водород, бензапирен, диоксины, фураны и др. (табл. 4.13)

По выполненным исследованиям увеличение основности шихты по Ca/SiO₂ от 1,25 до 2,38 абс. ед. приводит к повышению содержания серы в агломерате от 0,055 до 0,159 %. При увеличении основности агломерата от нынешней 1,23 абс. ед. до необходимой для отраслевых условий 1,65 абс. ед. содержание серы в агломерате возрастает от 0,055 до 0,085 %. При среднем расходе агломерата – 1,25 млн. т. на 1 млн.т чугуна ожидаемое снижение выбросов оксидов серы в атмосферу составит при агломерации 375 т (табл. 4.13).

Таблица 4.13. Снижение вредных выбросов при использовании кокса и агломерата в связи с различными способами офлюсования доменной шихты в расчете на 1 млн.т. чугуна

Расход кокса												Итого
		пыль	CO	SO2	NOx	H2S	NH3	HCN	C6H5OH	CnHm	C20H12
А	518,0	6395	2283	1686	238	37	74	5,3	482	3821	2,0	775,2*
Б	498,0	6225	2222	1266	232	36	72	5,2	469	3719	1,9
Снижение выбросов		170	61	420*	6	1	2	0,1	13	102	0,1

Примечание: Способы офлюсования: А – сырым известняком; Б – высокоосновным агломератом. * – включая 375 т SO₂ процесса агломерации

С учетом уменьшения удельного расхода кокса приход серы в доменную печь с шихтой или сохраняется или несущественно возрастает. Возможное увеличение поступления серы в доменную печь с железорудной частью шихты на 0,3 – 0,5 кг/т чугуна является незначительным, поскольку в приходной части баланса серы это всего лишь 4 – 5 %. К тому же, следует учитывать достаточные резервы серопоглатительной способности шлака, а также то, что на многих предприятиях действуют установки внедоменной десульфурации чугуна. Сера, связанная в шлаке в виде CaS и других соединений, обычно в небольших количествах (примерно 2 % от исходной массы) выделяется в атмосферу в виде SO₂, H₂SO₄ и H₂S при грануляции шлака. Применение современных грануляционных установок воздушно-водяной или воздушной грануляции шлака со скрубберами, работающими с использованием известковой суспензии, может практически полностью ликвидировать указанные выбросы соединений серы.

Таким образом, переход к производству высокоосновного агломерата – это крупное эколого-экономическое мероприятие, позволяющее снизить себестоимость чугуна за счет сокращения расхода кокса и уменьшить выбросы преимущественно сернистых веществ в окружающую среду.