На правах рукописи ПРОДАНОВ Сергей Викторович

На правах рукописи
^
ПРОДАНОВ Сергей Викторович
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ
ОФЛЮСОВАННОГО АГЛОМЕРАТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ В
АГЛОШИХТЕ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА
Специальность 05.16.02 -Металлургия черных, цветных и редких металлов
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Екатеринбург
2006
Работа выполнена на кафедре «Металлургия железа и сплавов» ГОУ ВПО
«Уральский государственный технический университет — УПИ»
Доктор технических наук, профессор
Научный руководитель:
Шумаков Николай Сергеевич
Официальные оппоненты:
Доктор технических наук
Кашин Виктор Васильевич
Кандидат технических наук
Матюхин Владимир Ильич
Ведущая организация:
ГНЦ РФ ОАО «Уральский институт
металлов»
Защита состоится «22» декабря 2006 г. на заседании диссертационного совета
Д 212.285.05 при ГОУ ВПО «Уральский государственный технический
университет - УПИ», ауд. I (зал Ученого Совета). Ваш отзыв в одном
экземпляре, скрепленный гербовой печатью, просим направить по адресу:
620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19, УГТУ - УПИ, ученому секретарю совета.
Факс: (3432) 74-38-84
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Уральский
государственный технический университет - УПИ».
Автореферат разослан «
»
2006 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
профессор, доктор технических наук
Карелов С. В.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
А ктуальность
работы.
Ежегодно в металлургическом производстве образуются миллионы тонн
отходов — шлаков, шламов, пыли и окалины, которые составляют значительные
потери исходного сырья. Кроме того, огромное количество отходов накоплено
-в отвалах и шламохранилищах. Техногенные образования в последнее время
привлекают особое внимание, во-первых, возможностью использования их в
качестве
сырьевых
ресурсов,
во-вторых,
экологической
опасностью,
создаваемой их вредным влиянием на окружающую среду. Содержание железа,
углерода и других полезных элементов в этих отходах позволяет рассматривать
их как дополнительный источник сырья. Цена отходов, а также содержащегося
в них железа и углерода в несколько раз ниже, чем в концентратах и коксовой
мелочи. Цена 1 т железа в концентрате ММС составляет 1694 руб., в
металлопродукте 438 руб.,в шламах доменной и конвертерной газоочисток 207
руб., в колошниковой пыли 18 руб. Цена 1 т углерода в коксовой мелочи
составляет 3152 руб., в шламах 840 руб., в колошниковой пыли 33 руб. Помимо
железа и углерода отходы содержат ряд других полезных элементов, но они
коренным образом отличаются от других компонентов шихты (углерод в
отходах содержится в основном в виде мелких фракций, металлопродукт
содержит большое количество металлического железа в виде корольков). При
привлечении в аглошихту отходы по-разному влияют на показатели процессов
окомкования и спекания. Кроме того, отходы содержат много вредных
элементов таких как Zn, S, Р. Поэтому для агломерации повышенного
количества отходов необходимо было разработать принципиально новую
технологию
спекания,
обеспечивающую
наиболее
высокие
показатели
процесса, и качества агломерата, а также максимальную степень удаления
вредных примесей.
3
Кроме экономического эффекта использование отходов даст и большой
экологический эффект, за счет ликвидации шлакоотвалов и шламохранилищ.
Целью настоящей работы является:
Разработка технологии
агломерации шихт с максимально
возможным
содержанием железосодержащих отходов.
Для достижения этой цели необходимо было выполнить следующие задачи:
- выполнить анализ объема образующихся и накопленных отходов на ОАО
НТМК, их предварительную подготовку и методы утилизации;
- изучить влияние отходов на окомкование аглошихт с определением их
оптимальной
влажности
и продолжительности
процесса до
полного
окомкования;
- определить влияние количества различных отходов в шихте на показатели
процесса спекания (вертикальная
скорость спекания, выход годного
агломерата, удельная производительность агломерационной установки) и
качество агломерата;
- выявить закономерности поведения вредных примесей (серы и цинка) и
степени их удаления в процессе агломерации указанных шихт в зависимости
от содержания в них отходов.
Положения диссертации, выносимые на защиту:
- результаты экспериментальных данных влияния отходов в составе шихты на
показатели процессов окомкования, спекания и качество агломерата, а также
поведение вредных примесей при спекании;
- технология двухстадийного окомкования шихты;
- технология спекания агломерата дуплекс-процессом позволяющая повысить
степень удаления цинка.
4
Научная
новизна:
- изучено влияние отходов в составе аглошихты на показатели процессов
окомкования, показано влияние влагоемкости
шихтовых материалов и
содержания в них мелких коллоидных частиц на оптимальную влажность
шихты и продолжительность процесса до полного окомкования;
- уточнены
закономерности
влияния отходов в составе аглошихты
на
показатели спекания и качество агломерата;
- установлено влияние шламов в составе шихты на увеличение содержания в ней
количества крупных гранул, снижение производительности агломерационной
установки
и
ухудшение
качества
агломерата.
Разработана
технология
двухстадийного окомкования шихты, содержащей шламы газоочисток;
- уточнены закономерности поведения цинка в процессе спекания для шихт,
содержащих отходы. Впервые для повышения степени удаления цинка при
агломерации применена технология спекания дуплекс-процессом;
- разработана упрощенная методика для расчета и прогнозирования состава
шихты и экономических показателей процесса при использовании в ее составе
отходов для условий ОАО ВГОК.
Практическая
ценность.
Проведенные исследования и опытно-промышленные испытания по разработке
и совершенствованию технологии агломерации с использованием больших
объемов железо- и углеродсодержащих
отходов
позволяет
значительно
сократить удельные расходы первичного железорудного сырья и твердого
топлива
на
производство
агломерата
при
повышении
технологических
показателей процесса спекания и качества агломерата.
Выполнены
расчеты
баланса
образования
отходов
на
ОАО
НТМК
и
определены необходимые производственные мощности для их переработки в
агломерационном производстве. Разработана схема дополнительного участка
для агломерации отходов.
5
Реализация
результатов
мероприятий
исследований
по утилизации
и
отходов
разработанных
позволит
получить
практических
значительный
экономический эффект за счет снижения расхода сырьевых и топливных
ресурсов. Переработка текущего объема шлаков, пылей, шламов и других
отходов, а также использование их из накопленных отвалов позволит снизить
вредное воздействие их на окружающую среду и улучшить экологическую
обстановку вокруг предприятий комбината.
Реализация резул ьтатов работы.
Отходы
металлургического
производства
ОАО
НТМК
(металлопродукт
переработки шлаков, колошниковая пыль, шламы доменной и конвертерной
газоочисток) используются в настоящее время в Лебяжинском аглоцехе. В 2002
г. были проведены опытно-промышленные испытания, и ведется подготовка к
внедрению технологии привлечения в шихту конвертерного шлака текущего
производства.
Достоверность
полученных
результатов
подтверждается
проведенными
опытно-промышленными испытаниями.
Апробация
работы.
Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на Всероссийской
научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых
«Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники
энергии»
2003
конференции
г. (Екатеринбург),
студентов,
на
аспирантов
Всероссийской
и
молодых
научно-практической
ученых
«Энерго-
и
ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» 2004
г. (Екатеринбург), на VI отчетной конференции молодых ученых УГТУ-УПИ
(Екатеринбург 2004 г.), на VII отчетной конференции молодых ученых УГТУ-УПИ
(Екатеринбург 2004 г.), на VIII отчетной конференции молодых ученых УГТУУПИ (Екатеринбург 2005 г.), на XXXV научно-технической конференции молодых
6
специалистов ОАО «НТМК» 2003 г. (Н. Тагил), на XXXVI научно-технической
конференции молодых специалистов ОАО «НТМК» 2004 г. (Н. Тагил), на
Всероссийском научном молодежном симпозиуме «Безопасность биосферы 2005»
(Екатеринбург 2005 г.), на научно-технической конференции «Наука - Образование
— Производство» (Н. Тагил 2004 г.), на научно-практической конференции «Наука,
техника, экономика: новые тенденции, опыт, перспективы», (Н. Тагил 2004 г.), на
научно-практической конференции «Наука, производство, экономика: опыт и
перспективы взаимодействия», (Н. Тагил 2005 г.).
Публикации.
Основные материалы диссертации опубликованы в 32 печатных работах, в т.ч.
8 патентах.
Структура и объем
диссертации.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы
из 143 наименований, изложена на 167 стр., содержит 70 рис. 17 табл.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ
УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
В первой главе рассмотрен мировой опыт переработки и использования
железосодержащих отходов, возникающие при этом проблемы, а также новые
технологии.
Отмечено, что
металлургических
в настоящее
предприятий
время
эффективность
не может рассматриваться
вне
работы
проблем
рационального использования природных ресурсов. В производстве металла
неизбежно образуются побочные продукты и различные отходы, с которыми
связаны с одной стороны значительные потери исходного сырья, с другой —
огромный ущерб окружающей среде.
7
В настоящее время при постоянно растущей цене и тарифов на перевозку
сталеплавильные шлаки могут конкурировать с привозным железорудным
сырьем. Даже с учетом затрат на их переработку стоимость железа в шлаке во
много раз меньше, чем в привозном сырье.
В настоящее время значительные трудности встречаются при утилизации
сталеплавильных и доменных шламов.
Во многих источниках отмечается, что основным недостатком существующей
технологии утилизации шламов в агломерационном производстве является
ухудшение
газопроницаемости
шихты,
что
приводит
к
существенному
снижению производительности установки и качества агломерата. Серьезным
препятствием для утилизации шламов часто является высокое содержание в
них цинка. Рассмотрено также поведение цинка при спекании и условия,
способствующие его удалению.
Кроме того, проведен анализ альтернативных способов утилизации отходов.
В то же время из обзора следует, что наиболее распространенным способом
окускования
железорудного
агломерация.
Агломерат,
сырья
для
производимый
производства
на
чугуна
современных
является
аглофабриках
обладает рядом преимуществ перед окатышами.
2. ОБРАЗОВАНИЕ И ПЕРЕРАБОТКА ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ
НА НИЖНЕТАГИЛЬСКОМ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ КОМБИНАТЕ
Во второй главе приводятся данные о количестве образующихся отходов в
металлургическом
производстве ОАО НТМК, схемы их переработки
в
специализированных цехах, а также использование продуктов переработки в
подразделениях комбината, в Лебяжинском аглоцехе, и складируемые в отвалы
и шламохранилища.
Ежегодно на НТМК образуется около до 120 тыс. т. колошниковой пыли, 200
тыс. т. шламов, около 1500 тыс. т доменного шлака, около 500 тыс. т.
сталеплавильного шлака. В отвалах на сегодняшний день накоплено около 45
8
млн.т шлака, в котором содержится до 4,5 млн.т металла. После переработки
шлаков ежегодно получают 250 тыс. т. металлопродукта, а также щебень,
гранулированный и литой шлак.
Для переработки отходов на комбинате построены 3 цеха: цех утилизации шламов
(ЦУШ) для переработки шламов доменной и конвертерной газоочисток; цех
переработки шлаков (ЦПШ) для переработки текущих доменных шлаков; и цех
переработки техногенных образований (ЦПТО) для переработки отвальных
шлаков.
Продукцией
цехов
ЦПШ
и
ЦПТО
является
металлопродукт,
используемый в металлургическом производстве, шлаковый щебень и щебеночнопесчаная смесь, используемые в дорожно-строительной промышленности.
В агломерационное производство направляется все количество образующейся
колошниковой пыли (до 120 тыс. т.), металлопродукт фракции 0...10 мм
(65... 80 тыс. т.), шламы газоочисток (80 тыс. т.).
3. ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
В третьей главе приводятся сведения об основном оборудовании и методах
проведения исследований, а также результатах исследования свойств исходных
материалов.
Основные исследования проводились в агломерационной лаборатории ОАО
«Высокогорский ГОК». Исследования фазового и минералогического состава
агломерата проводили в лаборатории пирометаллургии и восстановительных
процессов института металлургии УрО РАН.
Основной установкой является агломерационная чаша с внутренним диаметром
420 мм, высотой от колосниковой решетки 370 мм. Для подготовки шихты к
спеканию
и
изучения
процессов
окомкования
шихты
использовался
тарельчатый грануляор с диаметром чаши 1000 мм. Дробление аглоспека
производили в щековой дробилке с шириной разгрузочной щели 90 мм (как на
промышленных дробилках). Изучение гранулометрического состава проводили
9
на виброгрохоте с размером сит 70x40 см. Испытания механических свойств
готового агломерата проводили в стандартном барабане по ГОСТ 15137 — 77.
Влагоемкость
шихтовых
материалов
определяли
методом
капиллярного
впитывания. Максимальная влагоемкость шихтовых материалов следующая:
металлопродукт ЦПТО - 5,36 %; колошниковая пыль - 14,64 %; концентрат
ММС - 16,27 %; шламы ЦУШ - 22,5 %; концентрат CMC - 11,68 %; известняк
— 13,54 %; коксовая мелочь- 10,36 %.
Согласно данным Серебряника Г. И. оптимальная влажность шихты зависит от
максимальной влагоемкости как:
где WonT - оптимальная влажность шихты, %;
МКВ — максимальная капиллярная влагоемкость, %.
При введении в состав шихты металлопродукта с наиболее низкой влагоемкостью,
оптимальная влажность шихты должна снижаться. Шламы обладают наиболее
высокой влагоемкостью, поэтому их использование должно привести к
повышению оптимальной влажности шихты. Колошниковая пыль обладает
влагоемкостью более близкой к концентрату ММС (чем к концентрату CMC).
Для оперативного определения соотношения между компонентами шихты в
зависимости от их химического состава и содержания отходов, а также
экономических показателей была создана упрощенная методика и программа
расчета на ЭВМ. Для расчета в программу вводятся химический состав,
влажность и потери при прокаливании до 7 компонентов: концентрат ММС,
аглоруда, известняк, твердое топливо и 3 добавки отходов.
Программа находит расход концентратов и известняка в виде зависимостей:
Як = (7ок + К,, qx + K12 q2 + K,3 q3,
(2)
где <7ок, — расход компонентов в шихте без добавок отходов, кг/т агломерата;
<7i» <7г» < 7 з — расход добавок отходов 1,2,3 соответственно, кг/т агломерата.
Ki — коэффициенты замены компонентов шихты отходами.
10
В виде аналогичных зависимостей находится расход шихты на 1 т. агломерата,
расход твердого топлива, стоимость шихты (на 1 т. агломерата), содержание
химических элементов в агломерате (для S и Zn с учетом степени их удаления при
спекании). Кроме того, рассчитывается цена 1 т железа и углерода в компонентах.
При заданном содержании железа в агломерате и его основности выполняется
расчет максимально возможного количества отходов, при котором снижается
до 0 содержание в шихте концентрата ММС, CMC, известняка или твердого
топлива. Производится также расчет максимальной цены отходов, при которой
не будет происходить увеличение стоимости шихты.
Расчеты производятся также при заданных значениях расхода отходов.
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДОБАВОК В ШИХТУ ОТХОДОВ НА
ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЦЕССА СПЕКАНИЯ И КАЧЕСТВО АГЛОМЕРАТА
Более низкая влагоемкость металлопродукта по сравнению с концентратом ММС,
концентратом CMC и известняком, а также меньшее содержание в нем мельчайших
коллоидных частичек (менее 0,01 мм) определяет снижение
оптимальной
влажности шихты и степени ее окомкования при одинаковой продолжительности
процесса, а также увеличение времени необходимого для полного окомкования
шихты.
При
использовании
металлопродукта
в
промышленных
условиях
необходима установка окомкователей с большей производительностью.
Установлено, что зародышами для образования гранул при 40...50
%
металлопродукта служат в основном частицы шихты фракции 1,5...5 мм. На
частицы крупнее 10 мм мелкие фракции практически не накатываются, а в
шихте без металлопродукта зародышами служат все частицы крупнее 1,5 мм.
Стабилизация гранулометрического состава окомкованнои шихты за счет
-снижения содержания в ней фракций +10 и -1,5 мм приводит к увеличению ее
газопроницаемости.
Спекание шихт содержащих 0...50 % металлопродукта проводили в 2 серии: 1
серия — спекание с постоянным содержанием 3 % углерода в шихте при этом
11
происходит повышение содержания FeO в агломерате; 2 серия - содержание
углерода снижали на 0,1 % на каждые 5 % металлопродукта в шихте с целью
получения агломерата с одинаковым содержанием FeO.
Снижение высоты зоны высоких температур в слое приводит к повышению
газопроницаемости шихты во время спекания и соответственно к увеличению
вертикальной
скорости
спекания
и
удельной
производительности
агломерационной установки. Увеличение максимальной температуры в слое
шихты приводит к повышению прочностных характеристик агломерата.
В агломерате, спеченном из шихты содержащей металлопродукт, значительно
снижается содержание мелких фракций при большем содержании крупных,
особенно фракции 40...60 мм. Это связано с тем, что при окислении магнетита
металлопродукта увеличивается объем занимаемый минералами агломерата.
При этом снижается доля крупных пор, а также увеличивается толщина
перемычек
между блоками
агломерата. Это приводит к их
меньшему
разрушению после дробления в щековой дробилке.
По данным А. В. Малыгина соотношение между выходом крупных и мелких
фракций можно найти по формуле:
gK - exp(-5gM),
(3)
где: gK — массовая доля крупной фракции; gM — массовая доля мелкой фракции; 5
- коэффициент пропорциональности.
Для получения скипового агломерата с максимальной массовой долей класса
5...40 мм необходимо настройку процесса спекания вести на получение
структуры спека обеспечивающей максимальный уровень величины 5.
При введении до 40 % металлопродукта в шихту коэффициент б увеличивается с
6,72 до 7,84. Следовательно, использование металлопродукта обеспечивает
увеличение содержания оптимальной фракции (5...40 мм) в скиповом агломерате.
Использование в аглошихте шламов до 35 % (395 кг/т) вследствие более
высокой их влагоемкости и содержания коллоидных частиц по сравнению с
12
концентратами
комкуемость,
и известняком повышает ее оптимальную
что
приводит
к увеличению
степени
влажность и
окомкования
постоянном времени) и, следовательно, снижению времени
(при
практически
полного окомкования.
Использование шламов значительно повышает крупность окомкованной шихты
за счет увеличения содержания в ней гранул крупнее 10 мм. Увеличение
содержания шламов в агломерационной шихте приводит к замене топлива
коксовой мелочи пылевидным углеродом содержащимся в шламах. Мелкие
классы топлива закатываются в гранулы шихты, что препятствует доступу
кислорода к этим топливным частицам, ухудшаются кинетические условия их
горения, снижаются максимальные температуры в слое шихты, а также ее
газопроницаемость во время спекания. Все это приводит к снижению
вертикальной скорости спекания и качества агломерата. Для уменьшения
количества
крупных
гранул
в
окомкованной
шихте,
а
также
более
эффективного использования топлива провели опыты с предварительным
окомкованием
шихты
без
шламов.
Сущность
предлагаемого
способа
заключается в следующем. Все компоненты шихты включая возврат кроме
шламов смешивали и окомковывали, затем в шихту вводили шламы и повторно
окомковывали. В опытах изменяли время предварительного окомкования
шихты без шламов и время окомкования после их введения. Кроме того,
Изменяли влажность шламов до их ввода в шихту.
Окомкование шихты в две стадии позволяет снизить крупность окомкованной
шихты. Полученный эффект является следствием того, что в первой стадии
окомкования компоненты шихты образуют гранулы гораздо меньшего размера,
чем из шихты содержащей шламы, при этом количество комочков шихты
больше за счет того, что меньшее количество частиц мелких фракций
«закатываются» в гранулы. В первой стадии практически все комкующие
частицы образуют отдельные гранулы. Поэтому при вводе во второй стадии
13
сравнительно небольшого количества шламов, при большом количестве гранул
шихты они практически не образуют новых комочков, а накатываются на
предварительно сформировавшиеся. Накатывание шламов происходит на
комочки шихты всех размеров, при большем их (гранул) количестве поэтому
относительное содержание фракции более 10 мм может быть меньшим, чем при
окомковании шихты без шламов. Наилучшие результаты двухстадийного
окомкования получены при введении сухих шламов, с одновременной подачей
дополнительной воды. Это связано с тем, что при подаче сухих шламов они
равномерно распределяются
в объеме шихты и происходит только их
накатывание на гранулы, в то время как при подаче влажных шламов они
распределяются менее равномерно и могут «склеивать» между собой несколько
гранул небольших размеров, с образованием одной, более крупной гранулы.
Опыты
показали,
что
при
увеличении
содержания
шламов
в
шихте
эффективность двухстадийного окомкования снижается. Основное влияние на
эффективность
двухстадийного
окомкования
оказывает
рераспределение
относительного количества комкуемых частиц между шихтой и шламами.
При двухстадийном окомковании, за счет снижения крупности гранул шихты и
обеспечения лучшего доступа кислорода к топливу происходит улучшение условий
его горения, сужение зоны высоких температур, и следовательно увеличение
вертикальной скорости спекания и удельной производительности, а также
снижается содержание мелочи в агломерате и увеличивается выход годного.
Увеличение содержания колошниковой пыли в шихте приводит к увеличению
оптимальной влажности за счет уменьшения ее исходной крупности, и более
высокой влагоемкости колошниковой пыли по сравнению с концентратом
CMC,
а также
увеличения
расхода
концентрата
ММС.
Однако
ввод
колошниковой пыли в шихту в отличие от шламов значительно снижает
показатели процесса окомкования. Это можно объяснить тем, что несмотря на
значительное содержание в колошниковой пыли фракции -0,05 мм в ней
14
содержится незначительное количество фракции -0,01 мм. Частицы этой
фракции практически на улавливаются в аппаратах сухой газоочистки, и
попадают (через аппараты мокрой газоочистки) в шламы. При увеличении
содержания колошниковой пыли в шихте и увеличении времени окомкования
увеличивается содержание класса +10 мм. Вместе с тем, гранулы шихты
обладают низкой прочностью и разрушаются при перегрузках и рассеве на
виброгрохоте. Содержание класса -1,5 мм в окомкованной шихте растет и
снижается ее газопроницаемость.
Введение колошниковой пыли в шихту приводит к увеличению относительного
содержания мелких фракций топлива. Это в свою очередь приводит к
ухудшению
условий
его
горения
в
слое.
Несмотря
на
снижение
газопроницаемости шихты, средняя газопроницаемость слоя во время процесса
повышается, а также увеличивается вертикальная скорость спекания и удельная
производительность. Это в свою очередь связано со снижением .высоты зоны
высоких температур. Мелкие топливные частички быстро сгорают, процесс
идет не равномерно, снижается максимальная температура в слое, а это в свою
очередь приводит к снижению прочностных характеристик агломерата и
снижению выхода годного.
Поведение цинка в агломерационном
процессе изучали спекая
шихты,
состоящие из шламов доменной и конвертерной газоочисток, колошниковой
пыли, концентрата ММС, известняка, коксовой мелочи.
Спекали шихты с различной основностью и содержанием углерода. В результате
опытов было установлено, что увеличение содержания углерода в шихте до 30 %
и основности до 7 приводит к увеличению степени удаления цинка с 1,1 до 69,9
%. Однако увеличение содержания углерода в шихте приводит к значительному
снижению
вертикальной
скорости
спекания
производительности агломерационной установки.
15
и соответственно
удельной
Для увеличения степени удаления цинка провели опыты с двухслойной
загрузкой шихты. В результате установлено, что значительное повышение
степени удаления цинка возможно лишь при введении всего количества
шламов и известняка в нижний слой шихты, а остальных компонентов включая
возврат в верхний, а также при значительном повышении содержания углерода
в нижнем слое. Кроме того, при спекании шихт с различной основностью
происходит повышение как «холодной», так и «горячей» прочности агломерата
каждого слоя. Однако значительное увеличение углерода в нижнем слое
приводит к снижению восстановимости агломерата этого слоя. В случае
промышленного использования такого способа производства агломерата это
может привести к изменению его химического состава в результате различного
разрушения агломератов разных слоев при дроблении и транспортировке, а
также отсеве мелочи в доменном цехе, возможному нарушению режима
возврата на аглофабрике, и нарушению работы доменных печей.
Для устранения
недостатков двухслойного
спекания
провели
опыты
со
спеканием агломерата дуплекс-процессом — использование мелкораздробленного
высокоосновного агломерата полученного из отходов с высоким содержанием
цинка в качестве флюсующей добавки при повторном спекании шихты
обычной основности.
При спекании дуплекс-процессом значительно увеличивается степень удаления
цинка, а также прочностные характеристики агломерата. Увеличивается удельная
производительность во второй стадии спекания, однако общая производительность
агломерационной установки снижается за счет проведения первой стадии спекания.
В случае промышленного применения такого способа потребует дополнительной
площади спекания для проведения первой стадии процесса.
Проведенное исследование микроструктуры агломерата показало, что все
исслндованные агломераты отличаются крайней неоднородностью по макро- и
16
микроструктуре, фазовому составу в виду сложности шихт, включающих
многообразие продуктов с разными физикомеханическими свойствами.
Основными образующими микроструктуру и состав агломератов являются
возврат и концентрат ММС. Железорудные фазы: магнетит, вюстит, гематит.
Силикатная связка образована стеклом, пироксеном, оливином, ферритом
кальция, двукальциевым силикаром. Офлюсованные известняком агломераты,
полученные из шламов ЦУШ и колошниковой пыли мелкопористы имеют
специфический состав. Комплекс ферритов кальция, образованных в связке,
мелкокристаллический
железистый
монтичеллит
повышают
прочность
в
холодном состоянии и понижают температуру размягчения и плавления,
а)
б)
в)
5. РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ПРОМЫШЛЕННОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ПОЛУЧЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
В этой главе определены возможные варианты использования полученных
результатов исследований, как на существующих производственных мощностях,
так и со строительством новой агломерационной фабрики. Приводятся данные
17
по использованию отходов металлургического производства в агломерации в
настоящее время. Кроме того, при утилизации в агломерации всего количества
основных отходов рассмотрено возможное соотношение между ними (составы
смесей отходов). Для более эффективного использования отходов необходимо
реорганизовать процесс их сбора, разделяя на отходы с высоким и низким
содержанием
цинка. Отходы с высоким содержанием
цинка
возможно
использовать при производстве агломерата дуплекс-процессом в первой стадии
спекания, а отходы с низким содержанием цинка использовать во второй
стадии. При этом часть шламов можно вводить после предварительного
окомкования остальных компонентов, для улучшения условий окомкования и
более эффективного использования содержащегося в шламах топлива.
коксовая
мелочь
Известняк
Шлаки и колошниковая
пыль с высоким
содержанием Zn
Колошниковая
пыль с низким
содержанием Zn
—»
Шламы с низким
содержанием Zn
I
смешивание
| смешивание I
i
1
окомкование
окомкование
И
Мешиюпродуи
ммс
Дозирование компонентов шихты
Дозирование
С
Концентрат
I
окомкование
спекание
I
спекание
дробление
дробление
железофлюс
(для сталеплавильных печей)
грохочение
I охлаждение
грохочение
готовый агломерат на отгрузку
Рис. 2. Технологическая схема производства участка агломерации отходов
С
целью
изучения
железосодержащих
экономической
эффективности
агломерации
отходов было проведено сравнение цен материалов,
входящих в состав аглошихты, а также цен 1 т. железа и углерода в этих
материалах. Результаты сравнения приведены в табл.1.
18
Наибольшая цена 1 т железа у прокатной окалины. Стоимость железа в остальных
отходах в несколько раз ниже, чем в концентрате и рудной смеси, а стоимость
углерода в шламах и колошниковой пыли ниже, чем в коксовой мелочи.
Таблица. 1
Средняя цена шихтовых материалов
Цена 1 т,
руб.
Концентрат ММС
Среднее
содержание
Fe, %
Цена 1 т
Fe, руб.
Среднее
содержание
С,%
Цена 1 т
С, руб.
1005
62,9
1693,64
789
52
1585,59
6,75
39
17,74
20
32,95
Шлам ЦУШ
102,36
50,8
206,53
15
839,35
Металлопродукт
213,51
50
437,70
1,5
15632
Окалина прокатная
1469,1
71
2069,15
48,54
48
103,65
4
1243
80
3151,25
Концентрат CMC
(рудная смесь)
Колошниковая пыль
Шламы Ивановского
шламохран.
Коксовая мелочь
2521
Изменение себестоимости агломерата и чугуна при максимальном количестве
отходов в шихте показано на рис.3., из которого видно, что использование
отходов в составе шихты позволяет значительно снизить себестоимость
агломерата и чугуна.
Кроме железа и углерода с отходами в металлургическое производство
возвращается значительное количество полезных компонентов (CaO, MgO, Mn,
V, и др.). При использовании отходов снижаются затраты на их складирование
и хранение в отвалах и шламохранилищах. Все это делает использование
отходов в агломерации эффективным с экономической точки зрения.
19
* 1200
кЙ 900
g& 800
I S 700
ZU
898
762
ir
716
7!
600
4500
4400
S H
a)
1162
| «юоо
4 3 0 0
I
1
-
IT
6}
4460
4
° ю 4200 :r
S&4100
6 g 4000
S t 3900
3^3800
3700
3600
4011
3780
3702
-^
J
Рис.3. Себестоимость агломерата а) и чугуна б) при максимальных значениях расхода
отходов: 1 - без отходов; 2 - металлопродукт 723,76 кг/т агломерата; 3 - шламы - 360,22
кг/т агломерата; 4 — колошниковая пыль — 218,16 кг/т агломерата.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В настоящей работе на основе найденных закономерностей
изменения
показателей процесса спекания и качества агломерата при использовании
железосодержащих отходов в шихте разработана технология агломерации с
привлечением их максимального количества.
На основе проведенных исследований можно сформулировать следующие
выводы.
1.
На
показатели
процесса
окомкования
при
использовании
отходов
существенное влияние оказывает их влагоемкость. Использование в шихте
металлопродукта приводит к снижению ее оптимальной влажности и степени
ее окомкования, увеличивается время для полного окомкования шихты.
Использование шламов приводит к увеличению оптимальной влажности шихты
и степени ее окомкования, уменьшается время для полного окомкования
шихты. При введении в шихту колошниковой
20
пыли увеличивается
ее
оптимальная влажность, снижается степень ее окомкования, увеличивается
время для ее полного окомкования.
2. При использовании шламов, увеличивается количество крупных фракций в
окомкованной шихте. Применение технологии двухстади иного окомкования
шихты при использовании шламов позволяет снизить ее крупность.
3. Применение технологии спекания дуплекс-процессом используя для первой
стадии пыли и шламы с высоким содержанием цинка позволяет значительно
повысить степень его удаления.
СПИСОК РАБОТ ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
СТАТЬИ И ТЕЗИСЫ
1. Проданов, С. В. Экономическая оценка утилизации железосодержащих
отходов в агломерационном производстве [Текст] / С В . Проданов, Н.С.
Шумаков // Известия ВУЗов-Горный журнал — 2006 - № 5 С 17-21.
2.
Проданов,
С.
В. Работа
Высокогорского
ГОКа
по
рациональному
использованию природных ресурсов и улучшению состояния окружающей
среды [Текст] / С В . Проданов, Н.С Шумаков // Вестник УГТУ-УПИ. - 2004. № 16 (46). (60 лет Нижнетагильскому технологическому институту). — С 146-151.
3. Проданов, С. В. Экономическая эффективность использования отходов в
агломерации [Текст] / С В . Проданов, Н.С Шумаков // Вестник УГТУ-УПИ. - 2004.
- № 13 (65). (85 лет УГТУ-УПИ и металлургическому факультету). - С 111-113.
4. Проданов, С. В. Способ использования пылевидного топлива при производстве
агломерата [Текст] / С В . Проданов, А.Л. Мамонов // Вестник УГТУ-УПИ. - 2004.
- № 13 (65). (85 лет УГТУ-УПИ и металлургическому факультету). - С 113-115.
5. Проданов, С. В. Использование отходов в агломерационном производстве
.{Текст] / С В . Проданов, Н С
Шумаков // Научные труды VI отчетной
21
конференции молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ-УПИ: Сборник статей. В 2 ч.
Екатеринбург ГОУ ВПО УГТУ-УПИ. - 2004. - Ч 1. - С 60-63.
6. Проданов, С. В. Переработка отходов металлургического производства ОАО
«Нижнетагильский металлургический комбинат» [Текст] / С В . Проданов, Н.С.
Шумаков // Научные труды VII отчетной конференции молодых ученых ГОУ
ВПО УГТУ-УПИ: Сборник статей. Екатеринбург ГОУ ВПО УГТУ-УПИ. 2 0 0 5 . - С 131-134.
7. Проданов, С. В. Исследование влияния шламов доменной и конвертерной
газоочисток на показатели процесса агломерации [Текст] / С В . Проданов, Н.С.
Шумаков // Научные труды VIII отчетной конференции молодых ученых ГОУ
ВПО УГТУ-УПИ: Сборник статей. Екатеринбург ГОУ ВПО УГТУ-УПИ. 2 0 0 5 . - С 308-311.
ПАТЕНТЫ
1. Пат.46501 Российская федерация, МПК 7 С22 В 1/16. Технологическая линия
для производства офлюсованного агломерата дуплекс-процессом/ Проданов С.
В., Шумаков Н. С , Проданов Е. В.-2004136123/22; заявл. 09.12.2004.
2. Пат.47891 Российская федерация, МПК7 С22 В 1/16. Технологическая
линия для производства агломерата/ Проданов С
В., Шумаков Н. С. —
2005108206/22; заявл. 23.03.2005.
3.
Положительное
решение
о
выдаче
патента
на
изобретение
№ 2004136111/02(039272). Способ производства офлюсованного агломерата.
Проданов С. В., Шумаков Н. С , Проданов Е. В. Заявл. 09.12.2004.
4.
Положительное
решение
о
выдаче
патента
на
изобретение
№ 2005108192/02(009774). Способ производства агломерата. Проданов С. В.,
Шумаков Н. С , Проданов Е. В. Заявл. 23.03.2005.
22
5. Положительное решение
о выдаче
патента
на полезную
модель
№
2005127282/22(030628). Технологическая линия для производства агломерата.
Проданов С. В., Мамонов А. Л. Заявл. 30.08.2005.
6. Положительное решение
о вьщаче
патента
на полезную
модель
№
2005127283/22(030629). Технологическая линия для производства агломерата.
Проданов С. В., Мамонов А. Л. Заявл. 30.08.2005.
7. Положительное решение
о выдаче
патента
на полезную
модель
№
2005129237/22(032794). Технологическая линия для производства агломерата.
Проданов С. В., Мамонов А. Л. Заявл. 19.09.2005.
8. Положительное
решение
о выдаче
патента на полезную
модель
№
2005129239/22(032796). Технологическая линия для производства агломерата.
Проданов С. В., Мамонов А. Л. Заявл. 19.09.2005.
08.11.2006г. Н. Тагил,тип. ФГУП «ПО УВЗ», зак. 1259, тар. 150