Отчет по практике в ОАО «Кузнецкие ферросплавы»

Микрокремнезем (microsilica, silica fume) нашел широкое применение в строительной индустрии Европы и Америки с вовлечением его в бетоны нового поколения.

Первоначальный интерес к применению микрокремнезема (далее – МК) в бетонах был обусловлен проблемами охраны окружающей среды и усиленным контролем загрязнения атмосферы, а также необходимостью экономии энергии в промышленности строительных материалов за счет частичной замены цемента промышленными отходами. Первый опыт применения МК в бетоне отмечен в 1971 г. на металлургическом заводе Фиско в Норвегии. При этом, наряду с возрастанием водопотребности растворов и бетонов в присутствии МК, отмечалось некоторое увеличение прочности, возможность экономии цемента.

Новые возможности использования МК тесно связаны с прогрессом в области создания эффективных суперпластификаторов. Их сочетание с МК дало толчок к созданию бетонов нового поколения, повышенной удобоукладываемости по следующим направлениям:

– получение сверхвысокопрочных и высокопрочных бетонов (прочность на сжатие 80-100 МПа, а также до 240 МПа при автоклавной обработке);

– получение бетонов повышенной долговечности (стойкости к сульфатной и хлоридной агрессии, воздействию слабых кислот, морской воде, низким и высоким температурам);

– добавка микрокремнезема повышает водонепроницаемость на 25-50%, сульфатостойкость на 90-100 %;

– добавка 6 % микрокремнезема обеспечивает получение бетона марки по морозостойкости F300 при В/Ц=0,45;

– получение бетонов с высокой ранней прочностью: при расходе цемента и МК соответственно 594 и 100 кг/м3 получают бетон с прочностью: 1 сутки - 63 МПа, 28 суток - 124 МПа, 1 год - 127 МПа;

С применением микрокремнезема построен целый ряд сооружений, таких как комплекс высотных зданий в Чикаго (125-этажный небоскреб высотой 610 м), тоннель под Ла-Маншем, мост через пролив Нортумберленд в Канаде, мост через пролив Акаси в Японии с центральным пролетом 19990 м, в Москве при строительстве Московской кольцевой автодороги, комплекса «Москва – Сити», торгового комплекса на Манежной площади.

Существенным недостатком природного, неуплотненного микрокремнезема является его низкая насыпная плотность (0,17-0,20 т/м3), а также технологические свойства – низкая сыпучесть, очень большой угол естественного откоса (75-80˚). По гранулометрическому составу размер большинства частиц МК не превышает 1 микрона, а средний размер частиц составляет около 0,1 микрона, т.е. примерно в 100 раз меньше среднего размера зерна цемента. Частицы МК могут агломерировать в агрегаты размерами до 0,5 мкм. Это создает проблемы при перевозке, загрузке и выгрузке МК из тары, при транспортировании МК по технологическим линиям цементных и бетонных заводов, дозировании МК.

Для придания МК больших технологических свойств и снижения транспортных расходов его подвергают уплотнению.

 

6.1.2 Заводская установка уплотнения  микрокремнезема

 

Строительство заводской установки уплотнения МК на ОАО «Кузнецкие ферросплавы» осуществлено по контракту с фирмой «MicroPul France» (Франция).

Принципиальная схема установки уплотнения МК на ОАО «Кузнецкие ферросплавы» приведена в приложении И.

Технология производства микрокремнезема уплотненного огнеупорного включает в себя:

– улавливание ферросплавной пыли от производства высокопроцентного ферросилиция на сухих тканевых газоочистках печей;

– транспортировку уловленной ферросплавной пыли к заводской установке уплотнения пневмотранспортом;

трансформацию неуплотненного микрокремнезема в товарный микрокремнезем сухим способами;

– упаковку и отгрузку товарного микрокремнезема потребителю.

Особенностью установки является применение пневмотранспортировки пыли, собранной в бункерах камер фильтров сухих тканевых газоочисток, в накопительные силосы установки уплотнения. Бункера камер фильтров при этом оборудованы шлюзовыми питателями. Низ шлюзовых питателей с помощью течек соединяется с трубой пылепровода пневмотранспортной системы, проходящей под шлюзовыми питателями.

Система пневмотранспорта состоит из 3-х линий.

– линия А - включает в себя 11 бункеров камер фильтров газоочистки печи №1 и 11 бункеров камер фильтров газоочистки печей № 2, 3, 4;

– линия В - 22 бункера камер фильтров газоочистки печей № 6, 14;

– линия С - 16 бункеров камер фильтров газоочистки печей № 7, 8.

В качестве транспортного носителя пыли используется газ, забираемый из напорных газоходов грязного газа газоочисток печей с помощью высоконапорных центрифуг.

Пылевой поток подается на 3 фильтра-циклона (по 1-му фильтру на каждую линию пневмотранспорта), соединяющиеся через шлюзовые питатели с распределительными шнеками, установленными над силосами установки уплотнения. В циклонах происходит осаждение основной массы транспортируемой пыли. Газ с пылью от циклонов забирается 3-мя высоконапорными центрифугами и по возвратному трубопроводу подается в тот же напорный газоход, из которого забирался. По напорному газоходу этот газ в месте с остальным объемом отходящего от печи газа поступает на газоочистку печей. Таким образом, сама установка уплотнения не имеет выбросов как очищенного, так и неочищенного газа в атмосферу и не приводит к увеличению объемов выбросов в атмосферу газоочистками, поскольку общее количество очищаемого газа – не увеличивается.

Осажденная  фильтрами-циклонами пыль шнеками распределяется по 4 силосам (накопительным бункерам), объемом 500 м3 каждый, в которых производится ее уплотнение.

Принцип действия установки уплотнения МК заключается в эффекте окатывания исходных частиц микрокремнезема крупностью менее 1 мкм в вертикальном потоке воздуха, проходящим через слой микрокремнезема равномерным потоком, в сферические частицы диаметром 0,5-1,0 мм.

Уплотнение пыли производится за счет применения специальной конструкции днища силосов – «жидкие днища». Оно представляет собой двойное дно диаметром 3 м, выполненное в форме двояковыпуклой наружу линзы. Дно разбито на сегменты, в каждый из которых через кольцевую трубу подается сжатый воздух. Выше стального днища, внутри бункера, расположена решетка, на которую уложена ткань с мембранным покрытием. Проходя через ткань, воздух разбивается на множество очень мелких пузырьков. Пузырьки, проходя через слой пыли образуют, так называемый – «кипящий слой», в котором частицы пыли оказываются в подвешенном состоянии – не падают вниз и не улетают вверх.  При этом происходит интенсивная  хаотическая циркуляция частиц в кипящем слое и их закручивание пузырьками воздуха. Частицы неуплотненной пыли представляют собой длинные молекулярные цепочки, которые во время перемешивания в кипящем слое цепляются и запутываются друг за друга. Возникает эффект – «снежного кома»: чем дольше частица перемешивается, тем крупнее и плотнее она становится.

Более тяжелые, т.е. – более крупные частицы (и, следовательно - более уплотненный микрокремнезем) опускаются в более нижние слои кипящего слоя пыли. Более легкие – находятся в более высоких слоях. Забирая микрокремнезем через разгрузочную течку через определенное время из силоса можно получить вполне определенную степень уплотнения МК. При этом насыпная масса микрокремнезема увеличивается с 0,17 до 0,5-0,8 т/м3. Более длительная обработка воздухом позволяет получить больший эффект уплотнения.

Обычная степень уплотнения микрокремнезема для строительного производства составляет 0,5-0,55 т/м3. Верхняя граница степени уплотнения МК определяется способностью восстанавливать пуццолановые свойства МК в водной суспензии при изготовлении бетонов. Более высокая степень уплотнения приводит к потере части пуццолановых свойств уплотненного МК.

Уплотненный до нужной плотности МК через центральную течку в днище уплотнителя из силоса через отсекающие устройства подается в узел для упаковки МК в мягкие контейнеры – «биг-беги», либо на загрузку МК в авто- или железнодорожный транспорт.

Загрузка «биг-бегов» производится через два специальных узла, устанавливаемых непосредственно под двумя силосами. От двух других силосов МК передается к узлам загрузки в «биг-беги» поперечными шнековыми транспортерами.

Горловина «биг-бега» плотно надевается на загрузочную течку, при этом предусмотрен отсос из «биг-бегов» вытесняемых газов и подача их на газоочистку. Окончание загрузки «биг-бегов» определяется по показаниям весов. После заполнения биг-беги по рольганговым линиям транспортируются либо для складирования на накопительной площадке, расположенной с западной стороны основного здания установки уплотнения, для последующей загрузки в открытые полувагоны, либо - на погрузку с этой же площадки в автотранспорт.

Процесс управления установкой, включая - перекачивания пыли с газоочисток в накопительные бункера установки и процесс уплотнения МК производятся в автоматизированном режиме. Загрузку МК в «биг-беги», авто- и железнодорожный транспорт – в полуавтоматизированном режиме.

 

6.2 Шлам от «мокрых» газоочисток

 

6.2.1 Сбор и эвакуация шлама в  шламонакопитель

 

Шламовые воды после газоочисток закрытых печей по самотечным коллекторам поступают в приемный колодец отправочной насосной станции - НС-1, расположенную за цехом № 3. От станции шлам подают насосами по двум напорным шламопроводам диаметром 400 мм в шламонакопитель, в котором происходит отделение воды от взвеси и ее охлаждение. Осветленная вода через шахтные водозаборные колодцы поступает в водоприемник, из которого насосами 8НДВ приемочной насосной станции (НС-2) по двум водопроводам вновь подается в системы газоочисток печей. Таким образом осуществляется замкнутый цикл водооборота в системе газоочисток закрытых печей. Сброса шламов в окружающую среду не происходит. Цикл требует периодического пополнения свежей водой, поскольку часть воды теряется за счет испарения в системах газоочисток и с поверхности шламонакопителя.

Шламонакопитель расположен к юго-востоку от завода на расстоянии 1,5 км, в пойме р.Томи. В состав шламонакопителя входит две карты. Первая карта заполнена. Сброс шлама в первую карту не производится.

Шлам сбрасывается во вторую карту, которая введена в эксплуатацию в 1992 году. Её площадь составляет – 12 га, объем - 600 тыс. м3. Вторая карта расположена в 400-500 м от среза пруда охладителя ТЭЦ, в 250-300 м от садовых участков и в 1700 м от реки Томь. Схема шламоудаления и возврата осветленной воды представлена в приложении К.

Из шламонакопителя возможны утечки и дренирование шламовых вод. Поэтому для контроля за такими утечками вокруг шламонакопителя оборудованы 8 контрольных скважин (колодцев) для отбора проб грунтовых вод на содержание взвешенных частиц и сравнения качества отобранных проб воды с соответствующими нормами. Скважины расположены на расстоянии 8-15 м от шламонакопителя. Отбор проб производится регулярно - несколько раз в год.

 

6.2.2 Качественная характеристика шлама

 

Проведенные исследования показали, что по многим характеристикам пыль от закрытых печей аналогична пыли открытых печей (химический состав шлама приведен в таблице 9), кроме одной, но очень важной в экологическом отношении особенности − она адсорбирует находящиеся в образующихся газах продукты коксования самоспекающихся электродов и от этого становится токсичной для человека и непригодной для использования как добавка в бетон, цемент и т.д. По химическому составу пыль от закрытых печей отличается от пыли от открытых печей по содержанию углерода: в ней его 5,0-6,0 %, против 0,9-1,2 % у сравниваемой. Количество органических соединений в образовавшемся шламе (после трубы Вентури) довольно сильно изменяется (таблица 10), содержание некоторых из них уменьшается даже на порядок (например, цианиды), тем не менее в шламе, находящемся в шламонакопителе, их наблюдается значительное количество.

Таблица 9 – Химический состав проб шлама

Компоненты	Состав проб шлама, % масс.
	Шламоотделитель г/о печи №11 (осадок)	Шлаковые включения	Свеча чистого газа  г/о печи №11 (осадок)	Шламовый колодец закр. г/о (шлам)	Шламонакопитель (карта №1) (шлам)	Шламонакопитель (карта №2) (шлам)
SiO2	68,33 (67,85)	70,30	63,45 (66,52)	81,9	85,3	87,9 (90,9)
Al2O3	4,20 (4,45)	3,18	0,76 (0,60)	0,67	2,12	1,09 (0,79)
Fe2O3	5,89 (7,78)	4,06	2,12 (1,72)	0,95	5,28 (Fe)	1,15 (1,01)
CaO	4,59 (3,97)	3,93	0,75 (0,60)	1,56	0,54	0,82 (0,57)
MgO	391 (4,90)	5,38	3,52 (4,60)	3,22	1,13	1,58 (4,90)
Na2O	(4,33)		(3,65)			(1,09)
С	4,70 (5,22)	2,40	5,60 (5,88)	0,90	1,96	0,90 (0,96)
S					0,23
П.П.П.	(–)		(17,54)			(2,39)
Сумма	91,62 (98,5)	89,25	92,40 (101,1)	92,62	96,56	93,44 (99,0)