Промышленно пригодные варианты утилизации сухой металлургической окалины и технологии выпуска качественной металлопродукции

   В настоящее  время технология изготовления металлургических брикетов способом вибропрессования отработана на различных линиях отечественного и импортного производства.

 

    3. Классификация  металлургических  брикетов и их  технологическая  ценность.

   В тесном сотрудничестве с металлургами ряда предприятий, как на территории России, так и за её пределами, удалось определить область применения брикетов в металлургической промышленности и разработать соответствующие составы для конкретных предприятий России, Беларуси, Латвии, Украины, Бразилии, Мексики.

   В настоящее  время разработан и выпущен целый  ряд технических условий, отработаны составы металлургических брикетов, начиная от простых, в основу которых  входит практически весь перечень железо-углеродо-содержащих материалов, и, заканчивая эксклюзивными, где в качестве углерода применяются отходы древесного угля из эвкалипта для металлургических предприятий Бразилии.

   В таблице 1 представлены наиболее характерные образцы брикетов для различных переделов металлургической промышленности. 

                                                                     Таблица 1

     
По технологическому предназначению металлургические брикеты условно  можно разбить на три крупных  класса.

   К первому классу относятся самовосстанавливающиеся брикеты, то есть компоненты брикета состоят из оксидов железа и углерода, идущего на восстановление и науглераживание восстановленного железа. В условиях восстановительной и окислительной атмосферы это соотношение различно. Вторичным фактором регулирования соотношения углерод/оксиды железа является открытая пористость брикета, которая в одном случае привлекает восстановительный газ в печи для процессов, идущих в теле брикета, в другом, не дает доступа кислорода для дополнительного окисления углерода. Основным принципом работы брикетов данного класса является прямое восстановление оксидов железа углеродом за счет многочисленных и сильно развитых контактов этих составляющих внутри брикетов.

   В этом случае большую роль играет фракционный  состав компонентов, который должен быть достаточно мелким, то есть для кокса фракция - менее 3 мм, для оксидов - менее 5 мм. Данный тип брикетов в сталеплавильном переделе заменяет чугун или стальной лом и играет роль карбюризатора, в доменном – экономит кокс. Очень важно, чтобы содержание железа в брикете не было меньше композиционной шихты металлургического передела. Например, содержание железа в суммарной шихте доменных печей, работающих на передельном чугуне, составляет, в среднем, 44-45%. Применение железо-углеродо-содержащих брикетов с таким содержанием железа и выше не только экономит кокс, но и повышает производительность агрегата. Применение шламов, колошниковой пыли, пылей с электрофильтров, с этой точки зрения, ограничивается в составе брикетов.

   Возможность свободного изменения соотношения окислительных и восстановительных компонентов, а также фракционного состава обусловливает технологическую ценность и целесообразность применения предлагаемых нами металлургических брикетов в качестве составляющей металлошихты при выплавке чугуна и стали в различных металлургических агрегатах.

   Расчетное содержание компонентов для конкретного  металлургического передела позволяет  в значительной степени компенсировать затраты тепловой энергии и металлургического  кокса, необходимого для восстановления окисленных железосодержащих материалов.

   Наличие в брикете углерода и оксидов  железа с развитой межфазной поверхностью и необходимой пористостью обеспечивают восстановление оксидов железа в  теле брикета и раннее образование СО по сравнению с традиционными видами шихты.

   Окисление углерода представляет собой сложную  многостадийную гетерогенную реакцию, заканчивающуюся образованием газовой  фазы в виде смеси оксидов СО и  СО₂ с высокой энергетикой. Отсюда следует, что важнейшим показателем оксидо-железо-углеродо-содержащих брикетов являются скорость окисления углерода и, следовательно, скорость восстановления оксидов железа, что особенно актуально для сталеплавильного передела.

   Этот  показатель определяется фракционным  составом компонентов брикета. За счет развития твердофазных реакций восстановления железа углеродом в теле брикета при нагреве до 1150-1170°С оксиды железа восстанавливаются полностью, причем максимум скорости окисления углерода, равный 0,5% С/мин находится в интервале температур 1000-1050°С, при этом начало твердофазного взаимодействия происходит при температуре 800 0 С. При избытке оксидов в брикете, что важно при сталеплавильном переделе, окисление примесей чугуна происходит за счет кислорода оксидов, при постоянном барботировании ванны жидкого металла выделяющимися СО и СО₂. Для доменного передела соотношение углерода и окислов железа должно быть подобрано так, чтобы обеспечить как можно более полное их восстановление.

   Ко  второму классу относятся металлургические брикеты, в которые не добавляются углеродистые составляющие, то есть их основой является восстановленное железо, оксиды железа и флюсующее вяжущее. Технологическая задача этих брикетов состоит в создании фракционной шихты с высоким содержанием железа из мелкофракционных и тонкодисперсных материалов, к которым можно отнести отсев чугунной дроби, чугунную стружку, металлоотсевы, дробленую стальную стружку, окалину и т.п. В данном случае экономический эффект достигается за счет улучшения газодинамики процесса, повышения содержания железа в шихте, уменьшения потерь шихты. Данный тип брикетов наиболее приемлем для шахтных печей.

   К третьему классу относятся специальные брикеты и совмещенные с первым и вторым классами. Например, брикеты на основе прокатной окалины, имеющие высокое содержание железа общего, закиси железа (до 60%), применяются как промывочный железосодержащий материал металлоприемников доменных печей, брикеты на основе титаносодержащих компонентов (в т.ч. металлоотсев феррованадиевого производства), наоборот, для наращивания гарнисажа.

 

   4.Применение  в черной металлургии  брикетов из окалины.

   Технологический брикет рекомендуется к применению в следующих металлургических переделах.

   Доменное  производство:

   железотопливный брикет, как заменитель железосодержащего сырья( агломераты, окатышей, металлодобавок) и доменного кокса;

   железооксидный  брикет для промывки горна доменных печей (FeO 40-60%);

   железотопливный брикет с марганцем и кремнием для выплавки специальных марок  чугуна;

   специальный брикет для наращивания гарнисажа металлоприемника доменных печей.

   Сталеплавильное производство:

   железотопливный брикет, как заменитель чугуна, углеродистого  скрапа, углеродосодержащих и флюсов;

   железотопливный брикет с раскисляющими легирующими  добавками (Mn, Si,Al и т.п.);

   рудноизвестковый  брикет для шлакообразования и регулирования  температуры металлической ванны.

   Ферросплавное производство:

   композиционный  брикет для выплавки ферросплавов (с  FeSi, FeCr, FeS, Cr, SiMn, FeMn, Al и углеродом в виде коксовой и графитовой пыли и мелочи, порошкового древесного угля).

   Электросталеплавильное  производство:

   композиционный  брикет с легирующими добавками, с древесным углем только в  качестве восстановителя

   Литейное  производство на машиностроительных заводах:

   композиционный брикет с легирующими добавками, с древесным углем только в качестве восстановителя.

 

   Замасленная окалина прокатного производства, запасы которой только на металлургических предприятиях Урала оцениваются  в 30 млн т, может стать источником сырья. Содержание железа в окалине – около 70%, что гораздо выше, чем в руде или железорудном концентрате. Утилизация окалины в аглодоменном и сталеплавильном производстве невозможна по причинам нарушения норм пожарной безопасности и непредсказуемости хода техпроцесса.

   Технология  брикетирования окалины, среди авторов  которой – С. Сироткин, В. Кузнецов, В. Александров (ОАО «ПНТЗ», ООО «Экорус», г. Первоуральск, ООО «НТЦ «Трубметпром», г. Челябинск), позволяет выплавлять из нее высококачественный чугун.

   Традиционно замасленная окалина обезмасливается с получением сухой, легко утилизируемой окалины. Однако и химическое, и термическое обезмасливание – дорогостоящие процессы. Рациональное решение проблемы – окускование мелкозернистых и тонкодисперсных частиц окалины.

   Брикеты из окалины получают прессованием в пресс-форме, представляющей собой глухую цилиндрическую матрицу с двумя пуансонами. В качестве сырья используется смесь сухой окалины (влажность не более 10%) и замасленной окалины (содержание масла до 10%) с жидким стеклом. Первый этап – дробление, получение мелкодисперсного порошка. Затем его смешивают с жидким стеклом до однородной трехкомпонентной массы, при температуре 70-90°С. Следующий этап – прессование и получение брикета в форме чечевицы с цилиндрическим пояском массой 0,15 кг/шт. Затем – технологическая выдержка для упрочнения брикета. В готовых брикетах содержание масла не превышает 1%, что допустимо технологией доменного производства. На эту новую продукцию в 2003 г. разработаны технические условия ТУ 072600 – 001 – 38576343 – 03 «Брикеты из железосодержащей окалины». Определена цена 1 т брикетов на уровне цены окатышей Лебединского ГОКа. С комбинатом «Мечел» (Челябинск) заключен договор на поставку опытной партии брикетов в количестве 170 т.

   На  Первоуральском Новотрубном заводе (ПНТЗ) пущена опытно-промышленная линия брикетирования окалины, оснащенная 10 гидравлическими прессами модульного типа. Она проработала четыре месяца в опытно-промышленном режиме, выпустив около 100 т брикетированной окалины. Брикеты прошли все необходимые технологические испытания, в том числе на базе НТЦ ОАО «Мечел». Из брикетов можно получать качественный чугун. Мощность печей цеха № 17 – около 10 тыс. т/год, – столько же брикетов позволяет производить новая линия, в дальнейшем можно будет перерабатывать до 100 тыс. т/год.

   Совместно с сотрудниками кафедры «Обработка металлов давлением» УГТУ-УПИ ведется  отработка технологии обезмасливания окалины. Это позволит брикетировать  окалину в горячем состоянии.  

                              Гидравлический пресс

     

      

                                        Рис 4

   Возможно  брикетировать и многокомпонентные  системы из замасленной окалины, связующего и разнообразных добавок. Каждая из них в дальнейшем может  играть свою роль в процессе плавки: восстановителя, раскислителя, офлюсовывателя, десульфуратора, легирующего элемента. Технология вовлечет в переработку углеродсодержащее (уголь, кокс, электродный лом) и известьсодержащее (кальцит, доломит) сырье, а также отходы производства в виде шламов, пылей, мелочи, отсева. 

                                                   Цех по переработке окалины

   

                                                              Рис 5 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Заключение

   Рассмотренный технологический процесс утилизации сухой металлургической окалины и ее брикетирование , можно считать наиболее современным и эффективным способом переработки отходов металлургического производства. Данная технологическая операция необходима , так как дает ряд преимуществ: улучшение экологической обстановки в районах расположения металлургической промышленности , а так же возможность использования металлургических отходов в качестве сырья.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Библиографический список

1. Минаев А.А., Клягин Г.С., Ростовский В.И. Состояние и перспективы переработки железосодержащих отходов на металлургических предприятиях Украины./http://briket.ru.
2. Михеев В.А., Павлов А.М. Гидросбив окалины в прокатных цехах. – М.: Металлургия, 1964. 107 с.
3. Конспект лекций по дисциплине «Основы технологических процессов ОМД».2010г.
4. Северденко В.П., Макушок Е.М., Раввин А.И.  Окалина при горячей обработке металлов давлением. М.: Металлургия, 1977. 208с