21. Утилизация шлаков сталеплавильного производства

Утилизация шлаков сталеплавильного производства - этапы переработки и утилизации всей массы образующихся в сталеплавильном производстве шлаков (Далее "шлак" - "Ш."; ) являются обязательным элементом безотходной технологии. Во-первых, многочисленные шлаковые отвалы и связанные с этим отчуждения земельных угодий, образование пыли, отрицательное воздействие на воздушный и водный бассейны вредны и экологически недопустимы; во-вторых, утилизация отходов экономически выгодна. Достаточно отметить, что только чистого металла со Ш. извлекается более 1 млн. т в год.

Основными путями утилизации шлаков сталеплавильного производства являются:

• 1) извлечение металла;

• 2) получение железофлюса для вагранок и аглодоменного производства;

• 3) получение щебня для дорожного и промышленного строительства;

• 4) использование основных Ш. в качестве известковых удобрений (шлаковой муки) для сельского хозяйства;

• 5) использование фосфорсодержащих шлаков для получения удобрений для сельского хозяйства;

• 6) вторичное использование конечных сталеплавильных шлаков.

Сталеплавильные шлаки условно (имея в виду их дальнейшее использование)можно разбить на несколько подгрупп:

а) шлаки, образующиеся в начальный период плавки (этот период часто называют окислительным). Эти Ш. содержат большое количество оксидов железа (иногда до 40 % от общего количества Ш.). Железо в Ш. может быть в виде оксидов FeO и Fe₂O₃ и в виде запутавшихся корольков железа. Основность этих Ш. невелика; обычно они скачиваются из агрегата после завершения начального периода плавки и могут храниться и перерабатываться отдельно;

б) шлаки, сформировавшиеся в конце плавки (конечные шлаки). Обычно эти Ш.содержат несколько меньшее количество железа и имеют более высокое значение основности (CaO/SiO₂ = 2,5 — 3,5). При выплавке низкоуглеродистой стали содержание оксидов железа и в этих Ш. может быть достаточно высоким (15-20%), однако корольков железа в них значительно меньше. В дуговых печах при проведении восстановительного периода под белым или карбидным Ш.содержание оксидов железа снижается до <1 %, содержание СаО возрастает до 55—60 %. Конечные Ш. можно оставлять в агрегате для использования в следующей плавке или после выпуска вновь загружать в печь;

в) шлаки, попадающие в сталеразливочный ковш с выпускаемой сталью. ЭтиШ. в жидком состоянии содержат незначительное количество железа. На практике часто определенное количество металла, оставшегося на днище и стенках ковша после окончания разливки стали, попадает вместе со Ш. в чаши(это так называемые скрапины). Получаемый в результате конгломерат конечного шлака и скрапин металла подвергают тщательной разделке с целью максимального извлечения железа.

В среднем можно принять, что в сталеплавильных Ш. содержится (в пересчете на чистое) 20—25 % железа, в том числе 10—15 % металлического железа. Находящееся в Ш. металлическое железо затрудняет дальнейшую переработку шлака; для его помола требуется мощное дробильное оборудование. При измельчении Ш. до кусков размером 25-27 мм из него удается извлечь металл(почти 15 % от массы Ш., что экономически оправдывает все затраты на помол и извлечение).

В отдельных случаях переработка шлака сталеплавильного производства еще более эффективно.

1) В тех случаях, когда шлаки содержат достаточно высокие концентрации оксидов железа и марганца, они используются в качестве флюсов для ваграночного и аглодоменного производства.

2) В тех случаях, когда шлаки содержат достаточно много фосфора, они с успехом заменяют суперфосфат и широко используются в сельском хозяйстве. Ш., содержащие много фосфора, настолько ценны, что сама технология передела высокофосфористых чугунов построена таким образом, чтобы одновременно получить и чистую по фосфору сталь, и возможно более богатый фосфором Ш..

3) Выскоосновные шлаки используются в сельском хозяйстве для известкования почвы.

4) При переделе руд, содержащих ванадий, одним из элементов технологии является кратковременная продувка чугуна в конвертере. Ванадий — элемент, обладающий высоким сродством к кислороду; он окисляется вместе с кремнием, титаном, марганцем в самом начале продувки. Такие чугуны перерабатываются, например, в конвертерных цехах Чусовского металлургического завода и Нижнетагильского металлургического комбината.

Чтобы повысить количество ванадия в образующемся Ш., известь в начале операции не загружают. Таким образом удается в начальный период продувки получить Ш., содержащий 16-18 % V₂O₅. Его скачивают и направляют на ферросплавные заводы для производства феррованадия или используют в чистом виде для прямого легирования стали (поскольку известь в конвертеры не загружается, ванадиевый Ш. содержит очень мало фосфора и серы).

5) При переделе чугуна с повышенным содержанием марганца образуются высокомарганцевые шлаки; они могут быть использованы как добавки, повышающие содержание марганца в стали.

6) Высокоосновные конечные шлаки используются повторно. Так, например, конечные Ш. конвертерного производства содержат, %: СаО 50-60, SiO₂ 13-15, FeO 10-26, MgO 4-10. Они содержат также определенное количество извести, не успевшей за время плавки ошлаковаться. При вторичном использовании (переработке) такого Ш. расход извести снижается, улучшается шлакообразование, повышается степень дефосфорации металла; высокоосновные маложелезистые конечные Ш. электроплавки используются для внепечной обработки стали (во время ее выпуска) с целью десульфурации.

7) В больших масштабах сталеплавильные Ш. используются в дорожном строительстве. Неприятным моментом при этом бывают случаи реагирования с влагой воздуха оставшейся неошлакованной извести в Ш.. Свойства и плотность материала при этом меняются, и на дорожном покрытии образуются трещины. Кроме того, распад основных Ш. обусловлен переходом во время охлаждения при 675 °С силиката (CaO)2-SiO₂ из 3 - в y-модификацию с увеличением объема. Распад протекает во времени (Чистый ортосиликат кальция (СаО)₂ • SiCb теоретически состоит из 65 % СаО и 35 % SiO₂. Однако состав реальных шлаков отличается от состава двухкальциевого силиката и действительная температура их распада значительно ниже 675 °С.).

Существуют стандарты для предварительной оценки устойчивости структуры щебня против распада. Известны также способы предотвратить это явление, например продувкой жидкого Ш. кислородсодержащим газом. При подаче кислорода двухвалентное железо Fe⁺² Ш. окисляется до трехвалентного Fe⁺³ и, взаимодействуя с СаО, образует феррит кальция, который не разлагается на воздухе. Используется также прием утилизации шлака паром в закрытых емкостях в течение 2—3 ч.

Обработанный таким образом Ш. может быть использован в строительстве. В большинстве случаев использованию Ш. в качестве строительного материала предшествует его выдержка в отвалах. Затем его измельчают и направляют на магнитную сепарацию для извлечения металла. Щебень из сталеплавильных Ш.является полноценным заменителем гранитного щебня в бетонах и железобетонах.

22. Современные способы обращения с отходами добычи и обогащения железных руд

23. Современные способы обращения с отходами добычи и обогащения металлургических углей

24. Материалосбережение в сталеплавильном производстве

25. Энергосбережение в процессе выплавки чугуна

26. Энергосбережение при окусковании железорудного сырья

27. Энергосбережение в процессе выплавки чугуна

Доменный процесс является наиболее топливоемким (см. таблицу 2) в черной металлургии, поэтому вопросам энергосбережения в этом процессе уделяется самое большое внимание, особенно снижению удельного расхода дорогостоящего кокса. Экономию кокса возможно получить в основном за счет расширения масштабов применения традиционных методов совершенствования техники и технологии доменного производства. Главные из них следующие:

- улучшение качества шихтовых материалов (повышение содержания железа в шихте, снижение содержания мелочи в агломерате (фракции 0 - 5 мм), увеличение доли окускованных материалов в железорудной части шихты, снижение расхода сырого известняка);

- совершенствование параметров доменной плавки (повышение температуры дутья, повышение давления газа на колошнике, снижение влажности дутья);

- частичная замена кокса другими энергоносителями (природный газ, угольная пыль);

- внедрение нового оборудования (бесконусные засыпные аппараты, подвижные колошниковые плиты);

- внедрение АСУ доменной плавки и автоматического регулирования загрузки шихты.

\Экономия кокса в доменном производстве (в натуре - в килограммах и процентах) показана в табл. 5.

Такая мера, как значительное повышение содержания железа в шихте, потребует коренной реконструкции и даже строительства новых обогатительных фабрик; увеличение температуры дутья - новых температуростойких огнеупоров; внедрение пылеуловительного топлива (ПУТ) - дорогостоящих установок для вдувания пыли - и ряда экологических мероприятий.

28. Энергосбережение в сталеплавильном производстве

29. Энергосбережение при производстве проката

Одним из основных направлений экономии топлива является производство непрерывнолитых слябов и заготовок, которое составило в 1990 г. 20,5 млн. т (или около 18% всего производства стали). При этом устраняется нагрев слитков в нагревательных колодцах.

Эффективными методами экономии топлива являются следующие новые технологии:

- оптимизация температурно-тепловых режимов работы нагревательных печей в зависимости от производительности стана, марочного состава стали и геометрии нагреваемых заготовок (15 кг у.т./т);

- герметизация печей, применение новых конструкций заслонок на окнах посада и выдачи (0,3 - 1,1 кг/т);

- сооружение экранирующих стенок в борове нагревательного колодца (0,5 кг/т);

- внедрение эффективной двухслойной изоляции подовых труб сроком службы не менее 2 лет (10 кг у.т./т);

- применение на трубах высоких "горячих" рейтеров и замена монолитной подины толкательных печей в томильной зоне на подовые трубы с рейтерами данной конструкции (3 кг у.т./т);

- использование новых систем отопления, таких как регенеративные горелочные блоки, позволяющие получить подогрев воздуха до температур 1000 - 1100 °C и снизить температуру уходящих газов до 170 - 250 °C, а также использование рекуперативных горелок с температурой подогрева воздуха до 200 °C (20 - 40 кг у.т./т);

- внедрение на печах и нагревательных колодцах металлических трубчатых и струйных рекуператоров с температурой подогрева воздуха не менее 600 °C (16 кг у.т./т);

- снижение температуры нагрева металла в зависимости от допустимых нагрузок на валки и допустимой жесткости клетей (13 - 15 кг у.т./т);

- нагрев в колодцах слитков с большим содержанием жидкой фазы, когда колодец используется не как нагревательное устройство, а как термостат (12 - 18 кг у.т./т);

- организация горячего и теплого посада заготовок в печи при любых возможных температурах;

- сжигание топлива с минимальным избытком воздуха (1,05), контроль за содержанием кислорода в продуктах сгорания (4 кг у.т./т);

- экранирование транспортных рольгангов теплоизоляционными панелями (3 кг у.т./т);

- внедрение контролируемой прокатки;

- внедрение АСУ тепловыми режимами работы нагревательных печей (3 кг у.т./т);

- создание совмещенных агрегатов МНЛЗ - печь - стан, транзитная прокатка (20 - 40 кг у.т./т);

- удлинение проходных печей за счет увеличения методической зоны (3 - 8 кг у.т./т).

Кроме рассмотренных выше энергосберегающих технологических мероприятий в основных производствах отрасли, потребляющих около 70% котельно-печного топлива в топливном балансе черной металлургии, экономию топлива (примерно 15 - 20%) можно получить за счет увеличения использования вторичных тепловых энергоресурсов путем сооружения теплоутилизационных установок (ТУУ) в каждом производстве отрасли и в результате коренной реконструкции и ввода нового теплоэнергетического оборудования, которое используется для выработки энергетической продукции (электроэнергии, сжатого воздуха, доменного дутья, теплоэнергии).