Тел. +38 (068) 688-77-22

Брикетирование отходов сталеплавильных производств

сокращенная редакция)

Используемые технологии.

Практикой  многих металлургических компаний в мире установлено, что процессы агломерации, грануляции с обжигом и брикетирования не конкурируют между собой, а экономически выгодно дополняют друг друга. Брикетирование обеспечивает возможность утилизации мелкодисперсных отходов производства, рост производительности металлургических агрегатов, расширение сырьевой базы металлургии. Себестоимость производства брикетов ниже, чем агломерата или окатышей с обжигом. Брикеты эффективно перерабатываются в сталеплавильном производстве, заменяя шлакообразующие материалы, металлолом, раскисляющие и легирующие добавки. Целесообразность строительства брикетной фабрики в условиях Криворожского бассейна в свое время подтверждена технико – экономическими расчетами института «МЕХАНОБРЧЕРМЕТ».

Основные сталеплавильные шлаки имеют следующий химический состав ( в  %) : при выплавке низкоуглеродистых марок стали (CaO + MnO + MgO) – 60%       ( SiO2 + P2O5 + Fe общ.) 30-32%, а при выплавке углеродистых марок сталей – соответственно 65% и 35%. Среднее содержание железа в электросталеплавильных шлаках 8-17%. Основными критериями пригодности Fe –содержащих шлаков и шламов является химсостав и влажность, определяющих их сыпучесть, транспортабельность, возможность дозирования, способность равномерно распределяться в массе шихты и др.
 

Периоды плавки CaO SiO2 Mn FeO MgO Al2O3 CaF2 CaC2 S P2O5
После расплавления  
30-45
 
15-25
 
5-10
 
8-20
 
5-10
 
3-5
 
-
 
-
 
0.1-0.2
 
0.7-1.2
В конце окислительного периода  
40-50
 
15-20
 
5-10
 
2-5
 
5-10
 
2-5
 
-
 
-
 
0.1-0,3
 
0.3-0.8
Белый шлак  
55-60
 
15-20
 
0.4
 
0.5
 
8-15
 
2-5
 
10-15
 
1.0
 
0.3-0.5
 
-
Карбидный шлак  
55-65
 
10-15
 
0.4
 
0.5
 
8-15
 
2-5
 
10-15
 
2-4
 
0.4-0.7
 
-
Полукислый шлак  
15-20
 
20-35
 
2.0
 
2.0
 
25-35
 
8-12
 
-
 
-
 
-
 
-
 
 
Табл. 1 Ориентировочные химические составы шлаков электростали в %
 
Таблица дана для сравнения с отвальным в карьере при определении усредненного железосодержания в составе.
 
На сегодняшний день на разработанных и внедренных нами валковых прессах можно брикетировать более 250 тонн сырья в сутки c  прогнозируемым (с точностью до 0,5%) по составу входящих компонентов экологически чистым методом. На данном этапе предлагаемая технология является передовой в области энергосбережения, высоко прогнозируемой по конечному продукту (химсостав и содержанию серы и фосфора). Производительность прессового оборудования позволяет использовать линии, без затрат на  капитальное строительство, по выпуску многих продуктов (составов), в том числе рудно-топливных, в которых углеродная масса является и связующим флюсующих добавок.
 
Используя различные методы прессования были использованы вальцевые пресса холодного брикетирования с на основе Немецких технологий предварительной подпрессовкой компании «Гумбольд», и достигнуто получение брикета из всех мелких или сравнительно мелких ( до 10мм ) отходов черной металлургии. Часть разработанных процессов прошли опытно-промышленную проверку. Так же детально разработан процесс трмобрикетирования двух и трех компонентных шихт с различными добавками. 

В качестве вяжущего восстановителя были использованы недефицитные виды традиционных восстановителей и углеродосодержащие отходы производств ( уголь, кокс и др).  В тех случаях, когда необходимо получать брикеты повышенной прочности и пористости, может быть предложена термическая обработка и горячее брикетирование. Применяемые в качестве флюса, мягкие карбонатные породы, при обжиге образуют более 30% мелкой фракции (менее 10 мкм). Использование такого материала в сталеплавильном производстве невозможно без брикетирования (в США на более 60 промышленных установках брикетируется в холодном и горячем состоянии). Фирма «Крупп» Германия по соглашению с «Хеккет инжиниринг» США выпускает 400 т. тонн брикетов в год от мелочи окатышей рудных отходов   до влажных шламов мокрой газоочистки. Металлизованые брикеты используются в сталеплавильном и литейном производстве, в которых обеспечивается удаление большей части Zn и Pb. Степень удаления свинца может достигать 99%. Упрочненные при обжиге мелкие брикеты содержат 70% железа при степени металлизации 92-95%.

На наш взгляд заслуживает внимание, на первоначальном этапе внедрения технологии брикетирования, опыт Фирмы «Хутт» Германия. Шихту прессуют в вальцовых прессах высокого давления производительностью 30 т/час. Состав шихты 63% мокрых и сухих пылей. причем шламы предварительно обезвоживаются. Особый интерес представляют работы проведенные в Швеции получения безобжиговых брикетов (способ «Гренгколд») при связующем на основе шлакопортланд цемента, с полследующей выдержкой готовых брикетов до 2-х недель для набора прочности на складе. Интерес к этой технологии в том, что наличие в железосодержащем сырье до 15% SiO2 и в рудном концентрате 4-6% SiO2, можно считать что, при этом процессе получают офлюсованные окатыши. Для ускорения процесса твердения брикетов можно вводить химически активные добавки (примечание нашего опыта). Первая в Швеции такая большая фабрика 1,6 млн. т была введена в эксплуатацию в 1970г. Эти окатыши прошли серию промышленных испытаний в Европе (Англия, Германия) и показали хорошие результаты до 30% в шихте. В целом этот простой метод является очень перспективным для различных видов шихты и дешевле на 20% агломерата и на 30% обожженных окатышей. Второе преимущество этой технологии в том, что она является первым этапом для обжиговой технологии и для восстановления железа перед плавкой в электропечах.
 

Общие требования к брикетам для электроплавки:

  1. При высоких температурах брикеты не должны разрушаться  до начала плавления.
  2. Сопртивление сжатию не менее 25кг/см2, максимум 75кг/см2.
  3. Прочность при сбрасывании не должна превышать 5%.
  4. Сопротивление истиранию не менее 80%.
  5. Восстановимость брикетов.
  6. Пористость
  7. Связующие вещества. Должны обеспечивать вышеуказанные параметры при минимальном их количестве и не вносить изменения в химсостав шихты.

Разработка технологий и оборудования для брикетирования ИК "ЭКОЭНЕРГИЯ"

Опыт работы ИК "ЭКОЭНЕРГИЯ" с 1999г. по брикетированию сырьевых материалов и отходов черной металлургии и угольной промышленности. Экспериментальная производственная база позволяет выполнять проектные разработки по брикетированию и составление технологических регламентов производства. Изготовление брикетных прессов с требуемыми характеристиками. Пусконаладочные работы оборудования.
 
Основные технологии производства брикетов:

  • железорудных марганцевых и др. руд и концентратов; 
  • прокатной окалины;
  • шламов аглодоменного, сталеплавильного, ферросплавного производств; 
  • красных шламов глиноземного производства;
  • отсевов металлических ферросплавов;
  • продуктов переработки шлаковых отвалов;
  • коксовой мелочи;
  • угольных штыбов и шламов.

Валковые прессы ИК «ЭКОЭНЕРГИЯ»

 
Производительность,  т/ч   5...100
Давление прессования, МПа до 125
Усилие прессования, кН  
до 1000
Диаметр валков, мм до 1200
Ширина рабочей части валков, мм до 600
Мощность привода, кВт до180
Частота вращения мин-1
0,5...15
Форма и размер брикета  В зависимости от материала
Объем брикета, см3
до100
 


Опыт плавки в металлургических печах.

Опытные плавки вышеуказанных брикетов проводились на металлургических предприятиях Днепропетровской области. Данная публикация не имеет своей целью проведение сравнительного анализа, поэтому в ней не приводятся таблицы опытных плавок. Можно отметить, что технология выплавки, раскисления и разливки соответствовали действующим на предприятии техническим нормативам. 

Брикеты из силикомарганца MnC 17 были включены в шихту для выплавки сталей марок  3пс,3сп, 20 и 20сп. Вышеуказанные марки стали раскисленные ферросиликомарганцем имели такое же остаточное содержание Мn на повалке, как и опытные плавки. После раскисления, содержание Si и Мn в опытных и сравнительных плавках было в норме     (0,42-0,57 по Мn и 0,06-0,1 по Si ). Растворимость брикетов удовлетворительная, искрение металла в изложницах после окончания их наполнения не превышало 15 сек., что отвечает требованиям ТН. Поверхность основной части слитка ровная. Замечаний по разливке не было. Из-за разницы содержания Мn в SiМn (72,8% против 63,5% Мn в брикетах) отмечался увеличенный расход брикетов на 0,5кг/тн стали. В остальном брикеты ведут себя как кусковой силикомарганец. Поведение брикетов ферросилиция аналогично поведению брикетов ферросиликомарганца в процессе раскисления стали.

Введение брикетов в состав шихты в количестве 210кг на 1тн металла позволяет снизить себестоимость продукции. Как показал анализ плавок, железо из брикетов удовлетворительно усваивается и восстанавливается жидким металлом, что подтверждается высокими показателями выхода годного металла, а так же относительно низким содержанием железа в шлаке после окончания периода плавления. После плавления в опытных плавках шлак имеет повышенную основность, что указывает на возможность снижения расхода извести в завалку. Ввод в состав брикета углерода играет роль науглероживателя.

Первая опытная партия углеродо-карборундовых брикетов (УКБ) в количестве 3тн использовалась в качестве науглероживателя вместе а коксовой мелочью и чугуном в кислородно- конвертором производстве. На опытных плавках УКБ присаживались в ковш на сливе металла в количестве от 0,1тн до 0,6тн (в среднем 0,44тн). Следует отметить удовлетворительный сход брикетов по тракту подачи сыпучих материалов.

Вторая партия брикетов в количестве 5тн была использована в семи опытных плавках. Всего было использовано 46,6тн брикетов. 

Выплавляемая сталь с применением брикетов:45трМ, ст В, ОС, 09Г2С, 3сп и 18 плавок полуспокойных марок. Всего 43 плавки. 

Анализ результатов опытных сравнительных плавок показал, что при близкой окисленности металла в конверторе перед сливом использование 100кг УКБ брикетов вносит в металл:

  • Углерода - 0,019% или 19,1 кг чистого углерода;
  • Кремния – 0,01%   или 10,4кг чистого кремния;
  • Наблюдается снижение угара марганца (расход чистого марганца снизился на 0,01% против сравнительных плавок (24кг – 37кг);
  • Углерода - 0,019% или 19,1 кг чистого углерода;
  • Кремния – 0,01%   или 10,4кг чистого кремния;
  • наблюдается снижение угара марганца (расход чистого марганца снизился на 0,01% против сравнительных плавок (24кг – 37кг);
  • наблюдалось снижение расхода чугуна и металлошихты на 11,4кг/тн и 4,8 кг/тн соответственно.

При этом исходные условия проведения опытных плавок уступали сравнительным (температура чугуна на 8 град.С ниже, количество лома в завалку на 1,9тн больше). На плавках с использованием УКБ наблюдается увеличение веса плавки в среднем на 1,2тн.

Результаты выплавки стали с применением в шихте брикетов указывают на следующее:  

  1. Ввод брикетов в завалке рекомендуется в нижних слоях шихты. Подача брикетов в шихте над слоем флюсов нежелательна, поскольку увеличивает время завалки и приводит к всплыванию части брикетов совместно с известью в шлак и замедленному их усвоению.
  2. В начале опробования в плавках брикеты использовали вместо части науглероживателя (боя электродов), все последующие плавки проводились с заменой брикетами в шихте части твердого чугуна. Полученные показатели свидетельствуют о возможности замены в шихте одной тонной брикетов от 1,0 до 1,5 тн. твердого чугуна, но этот результат необходимо уточнить возможными дополнительными проверками и расчетами.
  3. Железо из окалины, введенной в качестве компонента в состав брикета, восстанавливается и усваивается жидким металлом, что подтверждается относительно низким содержанием закиси железа в шлаке после окончания периода плавления. Шлак по расплавлении имеет повышенную (в сравнении с плавками на «традиционной» шихте) основность, указывающую на определённую возможность снижения расхода извести (известняка) в завалку.
  4. Для получения заданной массы плавки при использовании и шихте брикетов,содержащих 42-43% Fе, вместо части чугуна требуется на каждую тонну брикетов дополнительно вводить в шихту 0,55-0,60 тн. стального лома.
  5. Для опробования на плавках израсходовано около 146 тн брикетов.

Экономическая эффективность и выбор технологии брикетирования.

Московским горным институтом проводились сравнительные исследования различных схем брикетирования железосодержащих шихт. За основу были предложены наиболее перспективные технологии.  Для всех схем проведены расчеты капитальных вложений при брикетировании 1,5 млн.т  в  год на вальцевых прессах одинаковой производительности:
                    

  • метод горячего брикетирования без связующих (1,9млн. долл.),
  • использование извести и закрепление брикетов паропрогревом (2,3 млн. долл.),
  • использование извести и карбонизация дымовыми газами (2,1 млн. долл.),
  • применение в качестве связующего чугунной стружки с упрочнением в естественных условиях. (1,9млн. долл.).


Эти цифры могут быть использованы как сравнительные, для определения   затрат на капитальное строительство, но  не приоритетными при выборе  технологии.            

Основные вопросы для разработки  технического задания.

  1. Химический состав шлаков
  2. Количество в отвалах, тыс. т.
  3.  Суточное производство стали в печах, т.
  4. Марка и объем печей.
  5. Способ завалки.
  6. Состав применяемой шихты для плавления.
  7. Футеровка печей.
  8. Качество сырья.  Побочные элементы.  Влажность.
  9. Компоненты неметаллической части шихты.
  10. Производится ли подготовка (обогащение) на месте.
  11. План территории.
  12. Расстояние до отвалов.
  13. Дополнительные материалы в процессе разработки проекта.