Особенности технологии переработки доменных и сталеплавильных шламов

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время разработаны различные технологии комплексной переработки шламов (пылей); часть из них реализована в промышленном масштабе за рубежом. У нас такие технологии разрабатываются на уровне исследовательских работ и полупромышленных испытаний. Промышленного производства металлизованных окатышей из шламов (пыли) аглодоменного и сталеплавильного производств пока нет; эти материалы используются лишь как компоненты аглошихты.

Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ ДОМЕННЫХ И СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ШЛАМОВ

В настоящее время разработаны различные технологии комплексной переработки шламов (пылей); часть из них реализована в промышленном масштабе за рубежом. У нас такие технологии разрабатываются на уровне исследовательских работ и полупромышленных испытаний. Промышленного производства металлизованных окатышей из шламов (пыли) аглодоменного и сталеплавильного производств пока нет; эти материалы используются лишь как компоненты аглошихты.

Разработана технология использования шламов доменного, мартеновского, конвертерного и частично электросталеплавильного производств на Челябинском металлургическом комбинате (ЧМК).

Отделение подготовки к утилизации железосодержащих шламов работает последующей схеме: шламы из радиальных отстойников после сгущения до 600 г/л поступают в вакуум-фильтры, а после них (с влажностью 36%) в сушильные барабаны; затем шламы с влажностью 10% подаются на аглофабрику. Известно, однако, что использование шламов в качестве компонента аглошихты осложняется нестабильностью их химического и гранулометрического состава, что требует разработки технологии рекуперации этих материалов в каждом конкретном случае. Использование в аглошихте таких тонкодисперсных материалов, как шламы сталеплавильного производства, приводит к ухудшению газопроницаемости спекаемого слоя и вследствие этого к снижению производительности агломашины. Кроме того, увеличивается вынос весьма мелких частиц (размером 10 мкм), которых в шламах содержится до 30-40%, что значительно снижает эффективность работы газоочистных установок.

Использование шламов препятствует высокое содержание в них цинка (в конверторных шламах его 1%, в остальных 0.4 - 0.6 %), причем при кругообороте цинка в печи агломерат - доменная печь - шламы доменных газоочисток его количество в последних возрастает.

Институтом "Уралмеханобр" совместно с Карагандинским металлургическим комбинатом разработана новая технология утилизации железосодержащих шламов в аглопроизводстве. По существующей схеме шламы аглофабрик 1 и 2, подбункерных помещений доменныхпечей 3 и 4, тракта шихтоподачи дробильно-сортировочной фабрики сгущают и обезвоживают (крупнозернистую фракцию на ленточных, тонкозернистую - на дисковых вакуум-фильтрах). Обезвоженные продукты объединяют и подают в шихтовое отделение аглофабрики 2. По новой технологии шламы после двустадийного сгущения с содержанием твердого 40-50 % подают в распыленном виде в первичные смесители аглошихты вместо технической воды. В результате шлам достаточно равномерно распределяется в объеме аглошихты, а вся шихта увлажняется до необходимого уровня при значительном сокращении расхода технической воды.

На Орско-Халиловском металлургическом комбинате была разработана и опробована технология получения во вращающейся печи окускованного продукта из смеси доменного и мартеновского шламов. Длина барабана 18 м, угол наклона 2 (диаметр не приводится). Шлам влажностью 30-70 % подавали в печь с помощью специальной форсунки, процесс спекания регулировали изменением скорости вращения печи, интенсивности подачи шлама и тепловой нагрузки.

Способ переработки пылей и шламов следует выбирать для каждого металлургического завода в соответствии с характеристиками образующихся отходов. В таблице 1 показаны особенности и разновидности этих способов.

С точки зрения переработки пыли и шламов заслуживают особого внимания способы, в которых извлекают цинк, свинец, соединения щелочных металлов (классификация исходного материала в аппаратах типа гидроциклонов, получение хлорированных и металлизованных окатышей).

Эти способы широко применяются в Японии, где в конце 60-х - начале 80-х годов большое внимание было обращено на производство металлизованных окатышей с использованием в качестве восстановителя угля. Как уже указывалось, общим для этих процессов является использование для восстановительного обжига окатышей вращающейся (трубчатой) печи. Отличаются они в основном технологией подготовки исходных материалов. В последние годы на таких установках вместе с вращающейся печью работает устройство типа аглоленты, на которой осуществляются сушка и предварительный нагрев окатышей теплом дыма, уходящего из трубчатой печи решетка - трубчатая печь.

Строительство таких установок довольно дорого, поэтому японской фирмой "Раса" был разработан альтернативный способ переработки пылей и шламов с большим содержанием цинка и других примесей - процесс Раса-НГП. Исследования фирмы "Син ниппон" показали, что цинк в доменных шламах сосредоточивается основном в наиболее тонкой фракции (около 20 мкм), железо сравнительно равномерно распределено во всех фракциях, а углерод - в наиболее крупных. На этой основе была разработана технология отделения наиболее тонкой фракции (содержащей соединения цинка ) с помощью гидроциклона. Сгущенный шлам направляется в вакуум-фильтры, затем в тарельчатый окомкователь для получения миниокатышей (1-5 мм), которые далее поступают на агломашину. Слив гидроциклонов с содержанием твердого 2% подают в отстойники, откуда через 3 ч шлам с концентрациейтвердых частиц 9% подается в фильтр-пресс, а осветленная вода возвращается в первичный отстойник. При содержании цинка на входе в гидроциклон 3-5 % в шламе, подаваемом на окомкование (а в дальнейшем на агломерацию), содержится цинка всего 1 %, в то время как в сливе гидроциклонов количество его достигает 8-15 %. Поскольку в сгущенном продукте, а следовательно, и в миниокатышах содержится довольно много углерода, удельный расход кокса при агломерации удается снизить до 2 кг/т чугуна, а количество цинка, поступающего в доменную печь с агломератом, составляет 0.2кг/т чугуна.

В процессе Раса-НГП используется специальный агрегат, с помощью которого с твердых частиц снимается (обдирается) поверхостный слой, содержащий соединения цинка. Капитальные и эксплуатационные затраты на строительство установки, работающей по этому процессу, в 10-15 раз ниже затрат в случае использования, например, способа СЛ-РН. Проектная производительность одной установки составляет 120 тыс. т в год (по исходному сырью).

Глава 2. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОЦЕССА ТРАВЛЕНИЯ

В наше время этот испытанный и красивый способ декоративной обработки кованых изделий почти забыт, хотя современная химическая промышленность предоставляет огромные возможности для его использования. Способ отлично подходит для отделки небольших предметов -- петель, замков, подсвечников и др. Травление бывает негативным и позитивным. Позитивное травление предполагает вытравливание орнамента в виде углублений. Негативное травление заключается в вытравливании фона, при этом рисунок остается на поверхности. Процесс травления происходит в три этапа: нанесение кислотоупорного защитного слоя на поверхность изделия, выполнение рисунка, процедура травления.

Для позитивного травления на предварительно отполированную и обезжиренную поверхность наносится кислотоупорное покрытие. После того, как оно высохнет, с помощью иглы наносится рисунок. Далее поверхность изделия защищают воском и погружают его в керамическую ванну, заполненную специальным травильным раствором. При негативном травлении на поверхность изделия наносится рисунок или орнамент, затем тонкой кисточкой он покрывается защитным слоем. Когда кислотоупорное покрытие высохнет, рисунок ретушируют с помощью иглы. Дальнейший процесс не отличается от процедуры позитивного травления. Кислотоупорное покрытие состоит из двух частей парафина, одной части битума и двух частей мастичной смолы. Данную смесь следует растворить в скипидаре. Травильные растворы представляют собой разбавленные кислоты. Для травления стали применяют 10% раствор серной кислоты. Травление меди и латуни выполняют разбавленной азотной кислотой. Вода добавляется в кислоту до появления в капле раствора мелких пузырьков. Если пузырьки образуются очень интенсивно, то раствор слишком крепкий, и следует добавить еще воды. После того как кованое изделие протравилось на необходимую глубину, его извлекают из раствора и тщательно промывают чистой водой. После слабого подогрева изделия защитное покрытие можно удалить скипидаром.

Специалисты компании Master Company могут украсить вытравленные орнаменты золочением. Самый простой способ золочения заключается в обработке рисунка золотым эфиром. Для его приготовления насыщают царскую водку, находящуюся в бутыли, сусальным золотом, затем добавляют равный объем эфира, плотно закрывают бутыль и тщательно перемешивают содержимое. Эфир, поглощая золото, растворенное в царской водке, всплывает на поверхность. Насыщенный золотом эфир аккуратно сливают в стеклянный сосуд с притертой пробкой, где и хранят. Когда такой состав наносят кисточкой на вытравленный узор, эфир быстро испаряется, а золото прочно прилипает к поверхности. Затем необходимо отглянцевать позолоченную поверхность изделия с помощью стальной гладилки.

Сегодня этот метод золочения используется в основном при производстве реставрационных работ. Качество позолоты во многом зависит от тщательности подготовки поверхности предмета, предназначенного для золочения. Ее необходимо аккуратно очистить. Если золочению подвергается новое изделие -- поверхность обрабатывается наждачной шкуркой до получения чистой металлической поверхности. Если реставрируется старинное изделие художественных ремесел, поверхность очищается от ржавчины и обезжиривается. Существует несколько составов, пригодных для обезжиривания поверхностей старинных предметов. После очистки на поверхность наносится слой грунта, в качестве которого можно использовать некоторые краски, выпускаемые российской промышленностью: масляную суриковую краску О 2011, краску О 2004, краску на основе олифы "Плюмбиноль" О 2301. Тем не менее, если вы хотите получить действительно качественное и стойкое покрытие, придется изготовить грунтовку самостоятельно. Для этого при постоянном растирании смешиваются до однородной массы 150г свинцовых белил и 500г льняного масла, или 150г сурика, 50г олифы и 150г копалового лака. Однако самую лучшую грунтовку, с которой работают в нагретом состоянии, получают из 250 г натуральной канифоли, 450 г чешуйчатого шеллака, 260 г отмученного мела и 40 г мастиковой смолы. Все эти компоненты мастерами компании Master Company смешиваются и расплавляются при умеренном нагреве.

Грунтовочную массу наносят на предварительно разогретое до 100-120°С изделие. После того как слой массы затвердеет, поверхность обрабатывается самой нежной наждачной бумагой до идеальной гладкости. Если же в некоторых местах слой грунта оказался поврежденным, металл вновь покрывается грунтом, и производится повторная шлифовка. Только после того, как поверхность покрыта идеально ровным слоем грунта, можно приступать к золочению. Листки сусального золота очень тонкие и точно копируют поверхность грунтовочного слоя. Грунт протирается специальной позолотной олифой (выпускается под названием "Микситон"), олифа должна просохнуть при температуре 24°С в течение приблизительно 12 часов. Влажность и температура воздуха влияет на процесс сушки, поэтому его длительность может сильно колебаться. Степень высыхания олифы следует контролировать. Когда олифа просохла, на поверхность, подлежащую золочению, выкладываются тончайшие листики сусального золота. Они аккуратно расправляются сухими тонкими кисточками, размер и форма которых зависит от формы фрагментов, подлежащих золочению. Процесс золочения сусальным золотом требует аккуратности, старательности и огромного терпения.

Серебрение изделий осуществляется в специальных ваннах простым химическим способом. Широко известны два состава растворов для серебрения: 35 г цианистого калия и 10 г азотнокислого серебра на 1 литр воды или 1250 г хлористого натрия, 25 г азотнокислого серебра и 1250 г кислого виннокислого калия на 1 литр воды. В любом из этих растворов изделие металлизируется в нагретом состоянии.

Для покрытия изделий медью не обязательно использовать сложный требующий наличия специального оборудования метод гальванизации. Существует простой химический способ. Медь легко выделяется на чугуне, железе и стали, образуя вполне качественное покрытие. Для этого можно использовать раствор, составляющими которого являются 50 г концентрированной серной кислоты, 50 г сернокислой окиси меди и 1 литр воды.

Перед металлизацией поверхность следует тщательно очистить и обезжирить. После этого изделие на несколько минут погружается в раствор. Затем омедненный предмет извлекается из ванны, промывается водой и высушивается.

Инкрустирование по технологии исполнения очень похоже на золочение с той разницей, что золочению, как правило, подвергаются выступающие части изделия, в то время как инкрустирование выполняется в углублениях. Вытравленные согласно эскизу углубления заподлицо с основной поверхностью заполняют покрытиями разных цветов. Для получения инкрустационной массы в шеллаке и спирте растворяют сургуч до получения консистенции густой каши. Состав располагают в углублениях орнамента и оставляют для затвердевания. Затем выступающие излишки засохшей массы удаляют при помощи наждачной бумаги до получения ровной поверхности. Полученный декоративный слой глянцуют спиртом. Иногда производят инкрустирование металлом. При этом используется или гальванический метод покрытия, или способ, получивший название "Тула". В последнем случае углубления заполняются смесью серебра, серы, свинца и меди. На вытравленной поверхности небольших изделий можно, к примеру, расплавить латунь или медь, получив подобие метода "тауширования". Такой способ более сложен в исполнении. В давние времена им пользовались испанские и итальянские мастера для украшения лат и оружия. Он требует огромного опыта, большой аккуратности и сноровки.

ГЛАВА 3. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА БРИКЕТОВ КАК ЭФФЕКТИВНЫЙ СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ ОТХОДОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ

шлам травление брикет металлургический

В настоящее время процессы окускования и особенно брикетирования промышленных отходов получают широкое распространение за рубежом. 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 могут эффективно перерабатываться в доменном и сталеплавильном производствах, заменяя агломерат, окатыши, шлакообразующие материалы, обеспечивая экономию кокса, металлолома, раскисляющих и легирующих добавок. Разработана технология брикетирования колошниковой пыли и металлургических шламов, позволяющая получить брикеты с высокими качественными характеристиками:

- прочность на сжатие - 130 - 160 кг/см2 - брикеты таблеточной формы, выше 250 кг/брикет - брикеты подушкообразной формы

- прочность на истирание (ГОСТ 21289-75) - 92 - 99%

- прочность на сбрасывание (ГОСТ 21289-75) - 97 - 99%

- водопоглощение (ГОСТ 21289-75) - 1-3%.

В качестве связующих веществ используются продукты металлургического производства и отходы смежных отраслей промышленности. Брикеты по своим прочностным характеристикам не уступают агломерату и могут эффективно использоваться в доменном процессе. Кроме этого, брикеты практически не содержат мелочи, в то время как агломерат, производимый на отечественных предприятиях, содержит до 50% мелкой фракции крупностью менее 6 мм. Разработана технологическая схема производства брикетов (рис.). Подобрано необходимое оборудование. Разработан бизнес-план проекта. Капитальные затраты на сооружение брикетной установки производительностью 15 тыс. т в год.

Себестоимость производства 1 т брикетов на основе отходов ООО "Рельсы КМК" составляет 470 руб., в том числе расходы по переделу - 254 руб. Металлургическое предприятие при использовании брикетов в доменном процессе получает экономию в размере 5,8 млн руб. за счет частичной замены агломерата. Дополнительная экономия на предприятии образуется вследствие снижения экологических платежей за размещение отходов - 8,8 млн руб. Экономия от предотвращенного экологического ущерба составит 13,7 млн руб.

Рисунок - Технологическая схема производства брикетов: 1 - ёмкость для хранения смолы; 2 - плунжерный насос; 3 - расходная ёмкость; 4, 5 - бункеры для исходного сырья; 6 - смеситель; 7 - вальцевый пресс; 8 - ленточная сушилка; 9 - вентилятор;10 - колосниковая решётка; 11 - расходный бункер; 12 - склад готовых брикетов; 13 - бункер для готовых брикетов; 14 - циклон; 15 - ленточный питатель; 16 - ленточный конвейер; 17 - вытяжной зонт.

Технологическая ценность брикетов может быть значительно повышена в случае их последующей металлизации. Разработан способ получения самовосстанавливающихся брикетов при вводе в их состав твердых восстановителей, обеспечивающий возможность повышения степени восстановления и металлизации железа в брикетах с 16,4 до 94,6в ходе их термической обработки. Металлизованные брикеты могут быть эффективно использованы в конвертерном или электросталеплавильном процессах вместо металлолома. Кроме этого, при металлизации происходит удаление из брикетируемых материалов цинка на 90%, что делает вполне перспективным производство брикетов из доменных шламов.

Глава 4. ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ ТРАВИЛЬНЫХ РАСТВОРОВ

Процесс включает обработку H₂S0₄ или HCI, содержащих большие количества ионов Fe, с регенерацией кислоты и получением высокочистого электролитного железа или гидроокиси железа, с применением методов экстракции или диафрагменного электролиза. Поскольку большая часть железа, содержащегося в кислых сточных водах, находится в виде ионов Fe2+, широкое применение находит окисление ионов Fe2+ в Fe?+ сжатым воздухом или кислородом или Н202.

В случае выделения из сточных вод HCI процесс включает следующие стадии:

Превращение ионов Fe2+ в Fe3+ в окислительно-восстановительном электролизере, в котором отработанный раствор является анолитом, а католитом является раствор HCI, содержащий ионы Fe3+; таким образом в отработанном католите содержатся ионы Fe3+.

Экстракцию ноновРе3+ из анолита, полученного на стадии 1, органическим растворителем С с образованием комплекса между растворителем и FeCI3 в органической фазе и получением водного раффината.

Регенерацию растворителя С при контактировании его с водным экстрактантом для извлечения из него ионов Fe3+. Экстрактант, содержащий ионы Fe3+, используют в качестве католита на стадии 1,

Дили с применением процесса агломерации, в результате чего происходило загрязнение окружающей среды и потери значительной части углерода, содержащегося в отходах.

В типичном металлургическом процессе железную окисиую руду, флюс и восстановитель-кокс загружают в домиу, где сырье плавится и в результате восстановления окислов железа получается жидкий чугуи и шлак. В результате высокой температуры и большой скорости подачи воздуха (более 3 м/с) наблюдается большой унос мелкодисперсных частиц, которые улавливаются пылеулавливающей системой в сухом виде или в виде шлама.

Пыль, уносимая из доменных печей, состоит из смеси окислов железа, углерода, извести и золы. Ее удаление представляет собой серьезную проблему, поскольку па каждые 100 т произведенного железа образуется ~2,5 т пыли.

При переделке чугуна в сталь в мартеновской печи или в кислородном конверторе образуется пыль с высоким содержанием окислов железа. Однако ее удаление тоже связано с определенными проблемами, поскольку большинство частиц имеют размеры менее 1 мкм, а количество пыли составляет ~1,5 т иа каждые 100 т стали.

Отходы получаются и в процессе разливки стали. Стальные слитки, сутунки и другие полупродукты подвергают повторному нагреванию в печах и из них получают листы, полосы и другие структурные формы на непрерывных прокатных станах. В процессе прокатки происходит образование горячих окисленных частиц, известных как окалина. Эта прокатная окалина в основном состоит из магнитной окиси железа (Fe304) и содержит различные количества масла и смазки, т. е. ее удаление также представляет собой проблему.

Окислы металлов и органические соединения, входящие в состав этих отходов, являются ценными продуктами. Кроме того, свалка таких отходов все более ограничивается законодательством. Как уже упоминалось выше, применяющиеся методы агломерации наносят вред окружающей среде и поэтому требуют больших расходов на создание устройств, предотвращающих загрязнение. При спекании также происходит сгорание большого количества органических соединений, в результате чего снижается теплотворная способность получаемого продукта. Широко обсуждаемый метод горячего брикетирования не показал высокой экономической эффективности, он очень дорог и не позволяет агломерировать мелкие частицы углерода.

В некоторых процессах с целью получения цемента к отходам добавляют шлако-образующие компоненты, однако все получаемые продукты обладают недостаточной связывающей способностью при высоких температурах. Очевидно, что для предотвращения загрязнения окружающей среды необходимо использовать процесс агломерации, протекающий при низких температурах и в котором не используются большие количества газов. Процесс должен давать возможность извлекать все цепные продукты, а получаемый агломерат -- быть стабильным при высоких температурах, обладать хорошей прочностью и состоять из частиц примерно одинаковых размеров.

Процесс, разработанный X. В. Морисом и Дж. К. Пирсом (патент США 3 948644, 6 апреля 1976 г., фирма "Пеннсильвания Инженерше Корпорейшн"), предусматривает подачу газов, отходящих из печи для рафинирования стали, в газоочистную систему, в которой пыль удаляется и собирается в виде суспензии. Суспензию подвергают сушке, снова получая пыль, которую подают на хранение в накопитель.

Из накопителя пыль пневматически транспортируется к печи для рафинирования стали и через фурмы подается в расплавленный металл. Пыль с высоким содержанием окиси железа позволяет увеличить выход стали в печи для рафинирования. Схема этого процесса представлена иа рис. 92.

Новый процесс для использования пыли и соответствующая аппаратура могут быть использованы совместно с различными конверторными реакторами и печами, такими как кислородные конверторы с верхним и с нижним дутьем, мартеновские печи и др. Для краткости будет описай только процесс, связанный с кислородным конвертором с нижним дутьем, который на схеме обозначен цифрой /. Конвертор / имеет металлическую оболочку 2, футерованную огнеупорным материалом.

В нижней части конвертора / находится камера 5, имеющая два различных питателя (на схеме ие показаны), по которым газы, в том числе содержащие мелкодисперсные частицы, подаются к фурмам (иа схеме не показаны), выступающим со дна реактора. Конструкция с расположением фурм в дне реактора общеизвестна и не требует дальнейших пояснений. Достаточно указать, что каждая фурма состоит из двух концентрических трубок. Через Одну из них в расплавленный металл подается кислород, содержащий мелкодиспергироваиные материалы. Через другую трубку в расплав инжектируется углеводородный газ.

При контактировании с поверхностью расплавленного металла поступающий углеводород подвергается крекингу, являющемуся эндотермическим процессом и приводящим к охлаждению фурмы, которая сильно нагревается в результате реакции кислорода с компонентами расплава.

Кислород, содержащий мелкодисперсные частицы, подается к фурмам по трубопроводу 4, который проходит вдоль боковой стеики реактора к питателю, находящемуся в камере 5. Трубопровод 4 выходит из шарнирного сочленения 3, связанного со стационарным трубопроводом 7, который в свою очередь соединен с одним или

Рис. 92. Схема процесса переработки пыли из печей для рафинирования стали несколькими источниками газов. Углеводородный газ может подаваться к фурмам по трубопроводу 6, отходящему от шарнирного сочленения (иа схеме не показано) на задней стенке реактора /, соединенного с источником сжатого углеводородного газа, например пропана (на схеме не показан).

Реактор 1 закреплен на цапфенном кольце, позволяющем реакционному сосуду отклоняться от горизонтальной оси. Детали и привод отклоняющего механизма на схеме не показаны, поскольку они общеизвестны.

Превращение чугуна в сталь в конверторе происходит в результате инжектирования в горячий расплавленный металл кислорода совместно с другими газами и твердыми веществами, необходимыми для эффективного протекания металлургических реакций. В результате протекания процесса из реактора выделяются большие количества газов и дыма, которые поступают в вытяжной зонт, расположенный над выходным отверстием реактора. Зоит 8 соединен с трубой 9, по которой отходящие газы поступают в мокрый скруббер 10.

Применяемый скруббер имеет общеизвестную конструкцию. В ием происходит отделение твердых частиц, содержащихся в газе и их осаждение в виде суспензии в нижней части 11 скруббера. Газы выходят из скруббера по трубопроводу 12'и удаляются вентилятором 13 по трубопроводу 14 через дымовую трубу 15. В дымовой трубе имеется горелка 16 для сжигания окиси углерода и других горючих газов перед их выбросом в атмосферу. В некоторых установках вентилятор 13 направляет газы в газгольдеры с целью последующего использования в качестве топлива."

Суспензия из нижней части 11 скруббера 10 с высоким содержанием мелкодисперсной окиси железа подается па фильтр 17 известной конструкции. Там происходит отделение основной части воды, а сконцентрированная суспензия перекачивается насосом 19 по трубопроводам 18 и 20 иа вакуумный фильтр 21.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Конструкция вакуумного фильтра общеизвестна. В нем происходит удаление остаточных количеств воды из суспензии, после чего подсушенный материал по трубопроводу 22 подается в сушитель 23 для окончательной сушки. Сушитель 23 обогревается с помощью горючего и может иметь различные конструкции.

Материал после сушки по трубопроводу 24 подается в сепаратор 25. В данном случае может быть использован сепаратор циклонного типа, в котором помимо дальнейшей сушки материала происходит разделение частиц различной массы. В рассматриваемом примере, однако, производить разделение не требуется и мелкодисперсный материал из сепаратора 25 по трубопроводу подается в емкость для хранения 31. Этот материал является конечным продуктом для той части системы. Между сепаратором 25 и емкостью 31 в случае необходимости могут быть размещены дополнительные бункеры или другие емкости для хранения материала.

Мелкодисперсный материал с высоким содержанием окиси железа поступает в емкость 31 через газозатворный клапан 30, расположенный в верхней части сосуда. Во время поступления материала емкость 31 находится при атмосферном давлении. Давление в емкости для хранения 31 может быть создано путем подачи сжатого газа (источник его на схеме не показан) по трубопроводу 34. Обычно для этой цели используют сжатый кислород. Газ проходит через регулировочный вентиль 35 и по трубопроводу 36 поступает в емкость 31.

По ответвлению 33 сжатый газ подается в камеру 32, в которую из емкости для хранения по линии 37 поступают также частицы мелкодисперсного материала. Газ захватывает мелкодисперсные частицы с высоким содержанием окиси железа и по трубопроводу 7 через шарнирное сочленение 3 поступает к фурмам в нижней части конвертора где происходит инжектирование мелкодисперсного материала в расплавленный металл.

Значительная часть инжектируемой окиси железа восстанавливается до чистого железа, что приводит к увеличению выхода стали. Таким образом, окись железа, выходящая из конвертора после предыдущей плавки в виде дымовых частиц, возвращается для повторного использования в последующей плавке.

Для сушки материала, проходящего между скруббером 10 и емкостью для хранения 31, могут быть использованы самые различные устройства, их конструкция не имеет большого значения. Они должны обеспечивать достижение только одной цели -- получение сухого мелкодисперсного материала, который может быть легко инжектирован в конвертор для повторного использования. Описанный метод может быть использован для конверторов или печей любого типа, в которых имеется возможность для инжектирования порошкообразного материала.

Более того, такой мелкодисперсный материал может быть получен при работе другого типа агрегата для рафинирования, такого как мартеновская печь, домна или кислородный конвертор с верхним дутьем. Он подается через клапан 27, трубопровод 26 и бункер 28 в емкость для хранения 31, а оттуда может быть направлен к фурмам для подачи в реактор /.

Таким образом, важным преимуществом этого процесса является удаление пыли, образующейся в ходе металлургических процессов, без загрязнения окружающей среды, путем ее рециркуляции в реактор через заглубленные фурмы. Данный способ может быть применен для любых типов металлургических реакторов, которые могут быть оборудованы такими фурмами.

Процесс, разработанный Дж. В. Крайгером и К- Е. Яблонски (патент США 4 003736, 18 января 1977 г.; фирма "Бетлехем Стал Корпорейшн"), предназначен для производства прочных, стабильных комков шарообразной формы из сухих дымовых частиц, содержащих железо и не менее ~8 % связанной извести (СаО) и окиси магния (MgO). Дымовые частицы поступают в комкующее устройство где к ним добавляют воду в количестве достаточном для полной гидратации извести и окиси магния и для получения комков с содержанием влаги 7--12 %. Время пребывания дымовых частиц в комкующем устройстве составляет не менее ~8 мин. Продукт представляет собой прочные стабильные круглые комки, пригодные для загрузки в сталеплавильные печи.

Аппарат для осуществления такого процесса показан на рис. 93. Окомковальное устройство /, закрепленное на основании 3, имеет привод 4 и диск 2; диск вращается по направлению часовой стрелки. Дымовые частицы, содержащие железо 5, подаются транспортером 11 на диск 2. Часть дымовых частиц попадает непосредственно в зазор между дном 5 и боковых стенок 6, а остальные падают на диск и прилипают к маленьким окатышам, образованным из частиц, попавших на диск ранее.

При вращении диска 2 с находящимися на нем частицами и маленькими окатышами происходит их опрыскивание водой из жиклеров 7, расположенных в различных местах над диском 2. При непрерывном опрыскивании водой происходит последовательное отложение одного слоя дымовых частиц на другом и в конце концов агломерация частиц с образованием комков. Подаваемая вода также гидратирует известь и окись магния. Время пребывания дымовых частиц на диске зависит от ряда параметров таких как угол наклона диска, скорость его вращения, скорость подачи дымовых частиц, желаемый размер комков и др.

Для достижения требуемой цели может быть использован любой известный метод комкования при условии, что к дымовым частицам будет добавлена вода в количествах достаточных для гидратации извести и окиси магния и для создания влажности получаемого продукта 7--12 %. Кроме того, дымовые частицы должны находиться на комковальном диске не менее ~8 мин. В результате соблюдения вышеупомянутых условий могут быть получены прочные, стабильные круглые комки 9, которые выводятся с диска 2 по транспортеру 10.

При контактировании с горячим воздухом происходит мгновенное испарение воды из капель и образование маленьких затвердевших сфероидов с более или менее гладкой поверхностью, состоящих из дымовых частиц. В результате процессов теплообмена и испарения воды температура дымовых частиц обычно повышается до ~ 138 °С; до этой же температуры охлаждается горячий воздух. Образующиеся твердые сфероиды сохраняют свою форму и выводятся из нижней части распылителя вместе с дымовыми частицами, не вошедшими в состав сфероидов, и подаются в циклон или другой подобный аппарат 16 для отделения сфероидов и дымовых частиц от

Диаметром 1--3 мм, которые могут быть возвращены для загрузки в сталеплавильную печь.

Процесс, разработанный Б. Е. Кэссом, Д. В. Коатом и Дж. Р. Квайгли, патент США 4 119455, 10 октября 1978 г.; фирма "Карад, Инкорпорейтед", предназначен для повторного использования железосодержащей пыли, образующейся в ходе металлургических процессов и улавливаемой в сухом виде или в виде шлама. В уловленной пыли создается такая влажность, чтобы сделать материал пластичным и поддающимся формовке с получением агломератов (обычно содержание влаги 8--16 %).газовой фазы. В результате образования сфероидов удельная поверхность дымовых частиц уменьшается до 0,8 м²/г.

Сухие дымовые частицы направляют в ударное устройство 18, где они подаются на горизонтальный вращающийся диск 20. Скорость его вращения составляет ~3500 об/мин и попадающие на него сфероиды и часть более крупных дымовых частиц сбрасываются с вращающегося диска и ударяются о мишень 19, расположенную на определенном расстоянии от края диска. Скорость, получаемая частицами сырья, достаточна для их дробления.

В результате дробления происходит образование новых сухих чистых ступенчатых поверхностей разрыва. Частицы средних размеров также частично дробятся, а дробление мелких дымовых частиц при ударе не происходит. Образование новых поверхностей разрыва повышает величину удельной поверхности дымовых частиц по Блэйну до 0,8--1,2 м²/г.

Полученные раздробленные дымовые частицы направляют в бункер 21 или другую емкость для хранения. По мере необходимости дымовые частицы выводят из этих емкостей для подачи в окомковальное устройство 22, например, в коническое или дисковое окомковальное устройство. Для получения комков в окомковальном устройстве предусмотрено добавление влаги.

К сухой пыли добавляется вода; при использовании влажной пыли содержание воды в материале может регулироваться путем добавления сухого вещества. К смеси добавляют гидравлический цемент в количестве ~4--15 % и проводят формование агломератов, которые затем направляют для повторного использования в металлургических печах.

Процесс, разработанный И. Араи, Ю. Ямада, А. Митсута и К. Кадота (патент США 4 133756, 9 января 1979 г.; фирмы ч-Сумитомо Хеви Индастриз, Лтд." и "Сумитомо Метал Индастриз, Лтд.", Япония), предусматривает подачу постоянного количества осадка от фильтрования в сушитель с получением порошка, имеющего заданную влажность, который далее подвергается гранулированию. Схема процесса для обработки пыли, выходящей из различных типов металлургических печей, представлена на рис. 95.

Суспензии пыли, улавливаемой из доменной печи и из конвертора, по трубопроводам 1 и 2 поступают в смеситель 4. Для того, чтобы обеспечить содержание твердых веществ в получаемой суспензии 34--45 % в смеситель 4 по транспортеру 3 подается сухая пыль и вся смесь перемешивается мешалкой 5. Затем смесь по трубопроводу 6 направляют в резервуар 8.

В резервуаре 8 также имеется мешалка, например вращающаяся мешалка 7, поддерживающая гомогенность суспензии. Далее смесь по трубопроводу 9 подается в резервуар 10, где расположен барабанный ленточный фильтр 11. Фильтр может вращаться с переменной скоростью благодаря приводу 12. В результате фильтрования образуется твердый осадок, имеющий заданную влажность в том случае, если исходная взвесь также имела заданное содержание воды.

Остаток от фильтрования 15 по транспортеру 13 попадает в желоб 16, а затем в ротационный сушитель 17. Над транспортером имеется датчик 14, с помощью которого контролируется количество сырья, находящегося на транспортере и регулируется через привод с переменной скоростью 12 скорость вращения фильтра 11. В сушитель 17 поступает горячий воздух из генератора 26. В результате сушки получается сухой порошок 19, который выводится транспортером 18 для дальнейшей обработки.

Температура газов, отходящих по трубе 20, измеряется с помощью температурного детектора 21. В зависимости от температуры отходящих газов и скорости подачи сырья в сушитель регулируется количество топлива, подаваемого в генератор горячего воздуха по трубопроводу 23. Для этого в трубопроводе имеется регулировочный вентиль 24 с приводом 22.

Привод 22 получает сигнал от контрольного прибора 28, связанного с температурным детектором, и в зависимости от него регулирует открывание вентиля 24. Две впускные трубы 25 и 27 соединены с генератором горячего воздуха. По трубе 25 подается воздух для горения топлива, а по трубе 27 -- свежий воздух для регулировки температуры горячего воздуха.

Процесс, разработанный К- Маедой (патент США 4 134755, 16 января 1979 г.), предназначен для рециркуляции железосодержащих компонентов пыли, выходящий из металлургических печей, в частности от доменных печей и конверторов. При этом из пыли удаляются соединения металлов группы цинка и сами эти металлы, что позволяет предотвратить их отложение и накопление на стенках печи.

Отделение железосодержащих компонентов и удаление соединений металлов группы цинка проводится мокрым методом. Для отделения цинксодержащие частицы должны иметь меньшие размеры, чем железосодержащие; разделение проводится с использованием вакуума. Выделенный железосодержащий материал возвращается в печь. Схема процесса представлена на рис. 96.

Обычная доменная печь; через выхлопную трубу 2 соединена с электрофильтром 3 обычной конструкции, Такой же фильтр применяется и в случае конвертора или электропечи Электрофильтр 3 соединен трубопроводом 4 со скруббером Вентури мокрой очистки 5. Фильтр 3 и скруббер 5 связаны с концентрирующим аппаратом 7 трубопроводами 6 и 6'. Сливиая труба 5 соединяет концентрирующий аппарат 7 с аппаратом для обработки сточных вод 9, который в свою очередь связан трубопроводом 10 с аппаратом для повторной обработки 11.

Аппарат А для удаления металлов группы цинка и их соединений связан со сливной трубой 12 концентрирующего аппарата 7. В аппарат А входит дробилка 13, в которой сырье, подаваемое по трубопроводу 12, подвергается селективной пульверизации. При этом более мягкие цинксодержащие компоненты дробятся на более мелкие частицы, чем соединения железа. Выходное отверстие дробилки 13 через трубопровод 14 связано с вакуумным мокрым циклоном 15.

В тех случаях, когда частицы железа и цинка имеют различные размеры уже в концентрирующем аппарате, то материал по сливной трубе 12 и второй трубе 12 непосредственно поступает в вакуумный циклон 15. В тех случаях, когда частицы пыли в аппарате 7 покрыты шламом, то вместо дробилки 13 применяют смеситель для предотвращения слипания частиц, из которого сырье подается в вакуумный циклон 15.

Всасывающая труба 16 вакуумного циклона 15 соединена с заполненным водой резервуаром 17 таким образом, что под действием столба воды образуется вакуумная сифонная трубка. В верхней части трубы 16 расположен сифонный регулятор 18 для регулировки давления. Резервуар 17 соединен трубопроводом 19 с обычным аппаратом для обработки сточных вод 20, который в свою очередь трубопроводом 21 соединен с аппаратом 22, в котором производится обработка металлов группы цинка и их соединений.

Сливная труба 23 вакуумного циклона 15 соединена с фильтрпрессом 24, сливная труба которого 25 связана с аппаратом для обработки сточных вод 9. Транспортер 26 связывает фильтрпресс 24 с сушилкой 27, а транспортер 28 подает продукт из сушилки 27 в барабанный смеситель 29. Загрузочный бункер для сухого порошкообразного сырья 30 соединен со смесителем 29 транспортером 31.

Гранулятор 33 соединен со смесителем 29 транспортером 32, с аппаратом для кальцинирования 35 -- транспортером 34 и с агломерационным устройством -- транспортером 36. Агломерационный аппарат 37 с помощью транспортера 38 связан с доменной печью 1 или конвертором Г.

В описанной выше системе пыль, выходящая из доменной печи / или конвертора или электропечи содержащая ZnO, Zn, Fe_s0₃ и т. п., сначала осаждается в виде грубых частиц в электрофильтре 3, а затем собирается в виде мелких частиц в скруббере мокрой очистки 5.

Твердая фаза по пылесборным трубам 6 и 6' поступает в концентрирующий аппарат 7, где происходит седиментация и отделение твердой фазы от жидкости. Жидкая фаза через сливную трубу 5 поступает в аппарат для обработки сточных вод 9. Остаток твердой фазы отводится из этого аппарата по трубопроводу 10 в аппарат для повторной обработки 11.

Твердая фаза из концентрирующего аппарата по сливной трубе 12 подается на дробилку 13 механизма А для удаления металлов группы цинка и их соединений. Различия в твердости, хрупкости и др. свойствах Pb, Zn, ZnO и Fe₂0₃ позволяют осуществлять в дробилке 13 селективную пульверизацию. В результате частицы, содержащие Pb и Zn, имеют минимально возможные размеры, a Fe₂0₃ не пульверизуется и остается в виде крупных частиц. Сырье после дробилки 13 с помощью питателя подается в вакуумный сепаратор 15. В том случае, если разделение частиц разных материалов по размерам было достигнуто еще на стадии транспортировки в аппарат 7, то частицы пыли оттуда непосредственно подают в вакуумный сепаратор 15.

Всасывающая труба сепаратора 15 связана с расположенным иа более низком уровне резервуаром 17, в результате чего образуется сифонная трубка и поддерживается отрицательное давление в сепараторе, которое контролируется регулятором 18. Сепаратор всасывает более мелкие частицы, содержащие Pb и Zn, более сильно в результате чего они отделяются от грубых частиц Fe₂0₃; они оседают в сепараторе а затем поступают в резервуар 17 по сливной трубе 16. Оттуда их направляют в аппарат для обработки сточных вод 20 по трубопроводу 19. После разделения твердой и жидкой фазы твердые металлы группы цинка и их соединения обрабатывают в аппарате 22, в результате чего становится возможным их повторное использование.

Грубые частицы железосодержащего материала по сливной трубе 23 поступают на фильтрпресс 24 для разделения жидкой и твердой фазы. Жидкую фазу направляют по трубопроводу 25 в аппарат для обработки сточных вод. Твердый материал из аппарата 9 подается для повторной обработки в аппарат 11. Твердые железосодержащие компоненты из фильтрпресса 24 транспортером 26 подаются в сушильный аппарат 27. Оттуда их по транспортеру 28 направляют в смеситель 29. В некоторых случаях в смеситель добавляют исходное сырье в виде порошка; в результате перемешивания получается гомогенный материал. Этот материал по транспортеру 32 поступает в гранулятор 33, откуда полученные гранулы по транспортеру 34 поступают в аппарат 35, где происходит их кальцинирование и формование. Полученный продукт по транспортеру 36 подается в аппарат 37 для агломерации. Агломерат из аппарата 37 возвращают в доменную печь / или в конвертор или электропечь

Процесс, разработанный Л. Фиге, X. В. Хёле, В. Дж. П. Янсеном и К.-Х. Уль-рихом (патент США 4 189314, 19 февраля 1980 г.; фирма "Фрид. Крупп Хюттен-верке АГу>, ФРГ), предназначен для утилизации пыли и шлама, образующихся в доменных печах, с целью повторного использования в производстве стали.

Процесс включает формование из пыли и шлама гранул, в состав которых входит основная рудная порода и большое количество серусодержащих соединений; содержание металлов в гранулах превышает 80 %. Гранулы, в количестве до 10 /о (по массе) добавляют к жидкому чугуну. Добавку гранул проводят в загрузочный ковш для чугуна перед или одновременно с переносом жидкого чугуна в загрузочный ковш. В результате этого происходит удаление шлаков из чугуна, после чего его переливают в реактор для рафинирования.

Список литературы

1. Аксельрод JI.M. Огнеупорные бетоны нового поколения в производстве чугуна и стали/Л.М. Аксельрод //Огнеупоры и техническая керамика. 1998. - № 8. - С. 35.42.

2. Арбузова Т.Б. К вопросу об электропроводимости жаростойких бетонов. / Т.Б.Арбузова, А.И. Хлыстов, В.А. Николин. Огнеупоры 1994., №7, с 25.26.

3. А.с. СССР № 2159219 МПК С 04 В 35/43. Опубл. БИ № 32, 2000.Магнезиальная масса для футеровки металлургических агрегатов. /С.Л. Кабаргин, Д.А. Ермолычев, Л.М. Аксельрод и др. 4. А.с. СССР № 2102349 С04 В 9/12, опубл. Б.И. № 2, 1998. Способ получения вяжущего как заменитель портландцемента в производстве строительных материалов / А.Р. Борисов, М.М. Буньков, В.А. Моисеев и др.

4. 5. А.с. СССР № 1505915 МПК С 04 В 35/14. Огнеупорная масса для монолитной футеровки сталеразливочных ковшей. Опубл. 07.09.89. БИ №30.

6. А.с. № 2203247 С 04 В 35/14, 35/66 БИ № 2003. /А.Н. Погорелов, В.П. Скориков. Способ изготовления безобжиговых огнеупорных изделий применяемых в металлургической промышленности.

7. Александров С. Е. Литой щебень из доменных шлаков и бетоны на его основе/С.Е. Александров, В.А. Здоренко, И.В. Колпаков, П.А. Кривилев. М.: Стройиздат, 1979. - 208 с.

8. Бабкина ЛА. Высокоглинозёмистый мертель из лома огнеупорных изделий после службы в металлургических агрегатах/ Л.А. Бабкина, М.И. Прокопенко, А.В. Кущенко, Н. А. Степанюк. Огнеупоры. 1995., № 5, с. 28.

9. Бабушкин В.И. Термодинамика силикатов/ В.И. Бабушкин, Г.Н. Матвеев, О.П. Мчедлов-Петросян. М.: Стройиздат. - 1986. - 316 с.

10. Ю.Балкевич В.Л. Техническая керамика/ В.Л. Балкевич. М: Стройиздат. 1968.-412 с.

11. П.Белянский Д.С. Физико-химические системы силикатной технологии/ Д.С. Белянский, ВюВю Лапин, Н.А. Топоров. М., Промстройиздат. 1954.-482 с.

12. Бессмертный Н.П., Гоберис С.Ю. и др. Жаростойкий бетон повышенной термической стойкости. В кн.: Бесцементные жаростойкие бетоны на основе природного и техногенного сырья/ Труды ИГДаг. ФАН СССР 1988. Вып. 36. - С. 90.92.

13. Бесцементные жаростойкие бетоны на основе природного и техногенного сырья / ТБ. ИГ Даг. ФАНСССР.- 1988.-Вып. 36. 157 с. 14. Будников П.П. Огнеупорные бетоны на фосфатных связках/ П.П. Будников, Л.Б. Хорошавин. М: Металлургия. -1971.-171 с. 15. Будников П.П. Химическая технология керамики и огнеупоров/ П.П. Будников, В. Л. Балкевич, А.С. Бережной и др. М: Стройиздат. - 1976. -552 с.

16. Будников П.П. Химическая технология окисных огнеупоров и силикатных материалов/ П.П. Будников, Ф.Я. Харитонов. Киев: -Наукова думка. -1970. 500 с.

17. Бурмистров Г.Н. Материаловедение для каменщиков-огнеупорщиков и футеровщиков/ Г.Н. Бурмистров. М.: Стройиздат, 1982. - 206 с.

Размещено на Allbest.ru