Утилизация вторичных материальных ресурсов в металлургии

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Улавливание пыли при производстве окатышей осуществляется в системах газоочистки, удаление уловленной пыли -- гидротранспортом. Фабрики окатышей расположены на горно-обогатительных комбинатах и имеют с ними общую систему водного хозяйства с использованием хвостохранилищ.

По характеру использования и степени загрязнения производственные воды фабрики следует разделить на две основные группы: условно чистую воду и загрязненные стоки.

Глава 1. ВОДНОЕ ХОЗЯЙСТВО ФАБРИКИ ОКАТЫШЕЙ

Улавливание пыли при производстве окатышей осуществляется в системах газоочистки, удаление уловленной пыли -- гидротранспортом. Фабрики окатышей расположены на горно-обогатительных комбинатах и имеют с ними общую систему водного хозяйства с использованием хвостохранилищ.

По характеру использования и степени загрязнения производственные воды фабрики следует разделить на две основные группы: условно чистую воду и загрязненные стоки.

Условно чистая вода, используемая для охлаждения различных узлов обжиговых машин, эксгаустеров, холодильников горна, дымососов, уплотнение сальников шламовых насосов, гидрообеспыливание и др. Здесь вода только нагревается, после охлаждения может повторно использоваться. Расход воды составляет 75-80 % общего расхода по фабрике. Загрязненные стоки образуются в результате смыва и транспортировки пыли из газа и воздухоочистительных аппаратов, мокрой уборки помещений, просыпи из обжиговых машин. Эти стоки после очистки могут быть повторно использованы с той же целью. Часть воды в процессе ее использования теряется безвозвратно: при увлажнении шихты в смесительных барабанах и сырых окатышей в окомкователях, при гидрообеспыливании, охлаждении возврата, готовой продукции и охлаждении воды в градирнях.

По составу и количеству образующихся сточных вод фабрики окомкования мало отличаются от агломерационных производств.

Удельный расход воды на фабриках по производству окатышей составляет 5,3-17,0 м³ на 1 т продукции, в том числе условно чистой воды (на охлаждение оборудования) 3,5-7,4 м³/т, загрязненной (на гидротранспорт и гидроуборку) 1,8-9,6 м³/т, безвозвратные потери (на увлажнение шихтовых материалов, гидрообеспыливание, испарение и др.) 0,18-0,43 м³/т. Общий расход сточных вод, образующихся на современных фабриках окомкования, достигает 5000 м³/ч, в том числе загрязненных 2000 м³/ч. Концентрация взвешенных веществ достигает 1800 мг/л. Удельное количество механических примесей, поступающих в сточные воды, составляет 30--40 кг на 1 т окатышей. Крупность взвешенных частиц -- менее 300 мкм. Количество таких частиц составляет 99 % от общего содержания взвеси. Из них 30 % имеют размер менее 50 мкм, в том числе 5 % менее 5 мкм. Плотность взвеси составляет 4,0 г/см³.

Очистку сточных вод окомковательных фабрик от взвешенных веществ рекомендуется осуществлять в две стадии по аналогии с агломерационными фабриками.

ГЛАВА 2. ПРОКАТНЫЕ ЦЕХИ

В прокатных цехах стальные слитки прокатываются в металл самого разнообразного профиля. Технологический процесс прокатки разделяется на два основных цикла: нагрев слитков перед прокаткой в нагревательных печах или нагревательных колодцах и прокатка нагретых слитков.

У нагревательной печи водой охлаждаются рамы и заслонки, глиссажные (подовые) трубы, а также фурменные устройства. Схема водопровода нагревательной (методической) печи показана на VII.32. Расход воды на нагревательные печи зависит от их типа, производительности, величины нагреваемых слитков (чем крупнее слитки, тем меньше удельный расход воды) и составляет на 1 т проката от 0,3--0,5 м3 для нагревательных колодцев в цехах блюмингов до 8 м3 для нагревательных печей при мелкосортных станах. Коэффициент часовой неравномерности расхода воды на нагревательные печи принимают равным 1,05. Вода в нагревательных колодцах и печах нагревается на 8--15° и не загрязняется. Поэтому ее обычно не смешивают с водой, отходящей от прокатных станов, и после охлаждения на градирне используют в системе оборотного водоснабжения.

Необходимый напор в водопроводной сети у нагревательных колодцев и печей равен 20--25 м.

Прокатный стан представляет собой целый комплекс механизмов. Основной частью стана является рабочая клеть, состоящая из станины и валков с приводом (VII 33). Нагретые слитки металла поступают из нагревательных печей к прокатному стану по рольгангам. Неоднократно проходя между валками, слиток обжимается по сечению и вытягивается в длину, превращаясь в длинные балки, прутья, полосы или листы Требуемый окончательный профиль получают путем последовательной прокатки металла через ряд валков, имеющих соответствующую калибровку Станы имеют по две-три и более клетей.

Аналогичным образом изготовляются катаные трубы: нагретая металлическая болванка прошивается стержнем с наконечником и оправляется с наружной стороны валками, в результате получается труба.

В прокатном цехе основная масса воды расходуется на охлаждение валков и подшипников во избежание чрезмерного их нагревания при постоянном соприкосновении с раскаленным металлом; валки поливают водой из расположенных над ними дырчатых труб или желобов. Наиболее ответственно охлаждение подшипников из текстолита или лигностона, на которые передается основная нагрузка валков при прокатке металла; вода служит одновременно смазкой подшипников, поэтому в ней не должно быть механических примесей.

Вода, поливаемая на валки, охлаждает их и смывает окалину, осыпающуюся с прокатываемого металла. Сточная вода поступает под клеть в канал. Основную массу окалины от многих крупных станов можно удалять в вагонетках, устанавливаемых под воронками, через которые ссыпается окалина. На большинстве современных станов ссыпающуюся под стан окалину транспортируют водой до цеховых отстойных ям; для транспортирования окалины расходуется вода, используемая последовательно или повторно (иногда после охлаждения печей). Из отстойных ям крупную окалину выгружают грейферным краном на железнодорожные платформы. Вода расходуется на смыв и транспортирование окалины непрерывно. После цеховых (первичных) отстойников воду дополнительно очищают от мелкой окалины и масла во вторичных отстойниках и затем подают на повторное использование. На некоторых заводах вместо вторичных отстойников стали применять открытые гидроциклоны.

Вода в прокатном цехе расходуется также на охлаждение масла и воздуха (для крупных электродвигателей) в закрытых трубчатых холодильниках. Желательно, чтобы температура охлаждающей воды была не выше 25° С. В некоторых случаях вода идет еще на увлажнение воздуха, подаваемого в машинное отделение или цех. Для этой цели используют воду, обладающую качествами питьевой воды.

Водой охлаждаются многие вспомогательные механизмы -- пилы, ножницы и т. п., а также инструменты.

Режим расходования воды на прокатных станах и ее количество весьма различны ввиду разнообразия станов, а также ввиду того, что на одном и том же стане могут прокатываться разные сорта и профили металла.

В некоторых прокатных цехах имеются отделения обработки металла кислотой, где вода расходуется для приготовления раствора кислоты (травильные ванны), периодически заменяемого по мере уменьшения его концентрации (с 20 до 3--5%), для приготовления известкового раствора, также заменяемого периодически, и для промывки металла после травления. В зависимости от типа оборудования травильных отделений и других причин расход воды на травление может колебаться в весьма широких пределах.

Сточные воды из травильных ванн содержат кислоту и железо и в современных условиях направляются на установку по извлечению из них железного купороса. Стоки от промывки металла после травления поступают на нейтрализацию известью и осветление; сюда же поступает и известковая вода. Нейтрализованные и осветленные сточные воды от промывки металла обычно используются на те же цели с устройством самостоятельного цикла оборотного водоснабжения.

Примерное среднее потребление воды (в м3 на 1 т проката) для нагревательных колодцев, печей и прокатных станов (включая гидравлическое удаление окалины) составляет: крупный сорт и товарные заготовки-- 25, прокат сортовой разный -- до 53, прокат горячий листовой-- 40, прокат мелкосортовой -- 63, прокат проволочный -- 76, трубы катаные -- от 20 до 90. При этом требуется 4--5% свежей воды. Коэффициент часовой неравномерности расхода воды на прокатные станы колеблется в пределах от 1,15 до 1,5.

Водоснабжение прокатных цехов оборотное, обычно с раздельной (по разным трубам) подачей воды: к нагревательным печам -- чистой воды, к прокатным станам -- загрязненной воды (VII.34).

В прокатных цехах основное внимание должно быть обращено на обеспечение бесперебойности поступления воды к нагревательным печам. Вода протекает здесь по подовым или глиссажным трубам, по которым непрерывно передвигаются слитки стали, нагреваемые перед прокаткой. В случае прекращения поступления воды к нагревательным печам через непродолжительное время (как только испарится оставшаяся в трубах вода) глиссажные и подовые трубы сгорают, и продвижение стальных слитков в печи прекращается. В результате нарушается весь цикл прокатки металла, а нагревательные печи требуют ремонта. С целью повышения надежности водоснабжения нагревательных колодцев и печей создается запас воды, хранимый в водонапорной башне и обеспечивающий питание системы водой в течение 20--30 мин.

Прекращение подачи воды к прокатным станам также недопустимо, хотя оно и не представляет здесь такой опасности, как для нагревательных печей. В случае прекращения поступления воды прокатные станы должны быть остановлены во избежание порчи подшипников и валков; допустимо лишь кратковременное снижение подачи воды на 25--30%.

Аналогично потребление воды и в метизных цехах (цехах по изготовлению металлических изделий). Здесь вода расходуется на охлаждение деталей нагревательных, отжигательных и термических печей, иногда на закалку обрабатываемых деталей в количестве от 15 до 500 м3 на 1 т изделий. Применяется система оборотного водоснабжения.

Глава 3. ОБЗОР ТЕХНОЛОГИЙ ПЕРЕРАБОТКИ ШЛАКА

переработка окатыш шлак удобрение

Шлаки являются одним из наиболее ценных вторичных материальных ресурсов. Доменный шлак используется для производства гранулированного шлака (более 50%), щебня(17%), пемзы(3%), шлаковаты из расплава; высокоглиноземистый клинкер и литые изделия производят в небольшом объёме.

В целом в настоящее время перерабатывается около 84% доменных шлаков. Часть шлака продолжает уходить в отвалы. Для складирования отходов и их хранения отчуждены тысячи гектаров полезных земель, на транспортировку шлака от доменных цехов до отвалов и их содержание ежегодно расходуется колоссальное количество денежных средств, загрязняется окружающая среда. Поэтому переработка шлака и его использование остается актуальной проблемой для экологии и всего агропромышленного комплекса Украины.

Производство гранулированного шлака

Грануляция - это процесс переработки шлакового расплава в остеклованные гранулы, посредством резкого охлаждения водой, паром, воздухом или другим газом.

Грануляция расплавов может производиться у плавильного агрегата или на центральной установке с транспортировкой шлака к ним в чашах.

Способы грануляции позволяют при сравнительно небольших капитальных затратах обеспечить быструю переработку значительных количеств шлаков.

Припечная грануляция дает возможность локализовать и обезвредить парогазовые выбросы, обеспечить полную переработку шлаков в жидком виде.

В зависимости от расходов воды различают три вида грануляции: мокрая, сухая и полусухая. В основном, получили развитие водные способы грануляции.

Она основана на свойстве раскаленных шлаков растрескиваться под действием термических напряжений, а также разбрызгиваться за счет микровзрывов при соприкосновении расплава с водой с образованием гранул шлака. К мокрым способам переработки шлака относится бассейновый и желобной способ переработки шлака. К полусухим способам относят барабанный и гидрожелобной способы

Грануляция шлака в бассейнах (рис. 1.1) - самый старый и простой способ.При бассейновом способе расплав из ковша сливают в бассейн с водой. Выгрузка осуществляется грейферным краном на площадку для вылеживания и обезвоживания или подают непосредственно в вагоны. Однако гранулированный шлак, полученный мокрым способом, при сливе из ковша в заполненный водой бассейн содержит 25 - 30% влаги, которая не только является балластом, но и при хранении и транспортировке в зимнее время затрудняет и удорожает погрузку и выгрузку, является причиной смерзания масс. Расход воды при такой грануляции составляет около 3 м³/т, и для сушки продукта перед помолом требуется дополнительная затрата тепла (топлива).

При желобном способе процесс грануляции осуществляют в желобах водой, подаваемой под низким давлением. Установки желобной грануляции включают шлакоприемную ванну, желоб длиной от 3 до 20 м, установленный с уклоном от 5 до 15о, сопловые насадки для подвода воды в желоб под давлением 0,15 - 0,5 МПа. Под действием напора воды шлаковая пульпа с желоба транспортируется либо в бассейн, либо непосредственно на склад. Готовая продукция отгружается экскаватором.

1-пульт управления; 2-шлаковозный ковш; 3-откос; 4-грейферный кран; 5-железнодорожный вагон; 6-бассейн

Схема данного способа представлена на рис.1.2

1-ковш; 2- приемная ванна; 3- гидронасадка; 4- желоб; 5- гранулированный шлак

Полусухая грануляция прогрессивна, поскольку расход воды меньше (до 2м³/т гранулята), влажность продукта ниже (7 - 15%). А производительность больше. В настоящее время наибольшее практическое применение имеют гидрожелобной и барабанный способы.

Гидрожелобной способ грануляции заключается в дроблении расплава ограниченным количеством воды, подаваемым под большим давлением на желоб, куда сливается расплав с ковша. Обезвоживание граншлака происходит на складе, оборудованном грейферным краном. Стекающая вода поступает в отстойник, а оттуда - перекачивается в систему оборотного водоснабжения.

Технологическая схема грануляции шлак на гидрожелобных установках (рис. 1.3), которая включает следующую цепь аппаратов: шлакоприемную ванну, примыкающую к стальному гидрожелобу длиной 9-10,5 м, установленному под углом 3^о с подъемом к концу. С торца гидрожелоба смонтирована гидронасадка, выполненная из отдельных отверстий или щелей. Вода, подаваемая в гидронасадку под давлением 0,4-0,8 МПа в количестве 2,5-3,5 м³/т шлака, подхватывает стекающий в гидрожелоб жидкий шлак, дробит его на капли, охлаждает и отбрасывает на расстояние до 40 м. Шлак на складе штабелируется грейферными кранами. При этом происходит частичное обезвоживание продукции, а стекающая по бетонному дну склада вода возвращается в систему оборотного водоснабжения, состоящую из отстойников, приемного резервуара и насосной станции. Наряду с большими преимуществами гидрожелобная грануляция не обеспечивает нормальных экологических требований (затопление и обводнение прилегающей территории, наличие вредных парогазовых выбросов).

1 - шлаковозный ковш; 2 - шлакоприемная ванна; 3 - гидронасадка; 4 - желоб; 5 - гранулированный шлак.

Наиболее распространенные во Франции, Бельгии и Германии грануляция несколько отличается от гидрожелобного способа и осуществляется по следующей схеме. Из приемного желоба струя шлака поступает в закрытую камеру, в передней части которой установлена гидронасадка. Из камеры шлак поступает в нижний желоб, где подвергается дополнительной обработке водой, транспортирующей готовую продукцию в бассейн. Дно бассейна выполнено в виде решетки, под которой насыпан фильтрующий слой из гравия разной крупности. Опора фильтрующего слоя имеет отверстия для стока воды. Забивание гравийного фильтра предотвращается за счет того, что через него периодически снизу вверх сквозь отверстия для стока воды продувают воздух. При этом сливную магистраль перекрывают, а бассейн заполняют водой. Содержание взвеси в очищенной воде составляет около 3,5 мг/л, что в значительной мере упрощает эксплуатацию системы оборотного водоснабжения.

При барабанной грануляции (рис. 1.4) имеется шлакоприемная ванна, под которой проложен широкий лоток со щелевыми соплами для подачи воды под струю шлака с давлением 0,2 - 0,5 МПа в количестве 0,8 - 1,0 м³/т шлака. С лотка шлак с водой подается на лопастной грануляционный барабан длиной 1,5 - 2,0 м.

При вращении барабана со скоростью 250 - 600 об/мин лопасти разбивают поток шлака и воды на мелкие частицы шаровидной формы и отбрасывают их на 20-40м. Готовая продукция отгружается грейферным краном потребителю.

Все барабанные установки в основном аналогичны, различен лишь способ подвода охлаждающей воды. Недостатками барабанного способа грануляции являются наличие вращающихся механизмов (частые ремонты) и пониженное качество продукции (образуется большое количество шлаковых волокон).

1 - коркопробиватель; 2 - шлаковозный ковш; 3 - шлакоприемная ванна; 4 - направляющий лоток со щелевыми водяными соплами; 5 - лопастной барабан; 6 - грейфер

Рисунок 1.4 - Схема установки для грануляции доменного шлака барабанным способом

Общими недостатками мокрых и полусухих способов грануляции являются несовершенство систем оборотного водоснабжения, загрязнение окружающей среды, получение гранулированного шлака повышенной влажности, потери физического тепла шлак. Эти недостатки могут быть устранены путем снижения расхода воды на грануляцию за счет совершенствования систем подачи воды (оптимизация скорости истечения при использовании сопел различных конструкций и подбора давления; разработка оптимальных конструкций желобов барабанов с целью интенсификации процесса дробления и охлаждения расплава и т. п.) и улучшением систем оборотного водоснабжения (интенсификация осаждения взвесей и охлаждения воды). Снизить потребление воды и влажность готового продукта можно также при применении водовоздушного способа грануляции, при котором начальная стадия дробления и охлаждения шлака осуществляется при использовании небольшого количества воды (до 0,5 м³/т шлака), а окончательная грануляция осуществляется за счет подачи сжатого воздуха (до 100 м³/т).

При мокром и полусухом способе грануляции физическое тепло шлака в основном расходуется на испарение воды и безвозвратно теряется.

Выход доменных шлаков колеблется от 0,4 до 0,65 т/т чугуна. В одной тонне шлака содержится около 1,7 ГДж тепловой энергии. При коэффициенте использования теплоты 0,6 в результате использования доменных шлаков возможна годовая экономия условного топлива в размере 2 млн. т. Высокий потенциал теплоты шлаков обеспечивает получение энергоносителей любых параметров.

На припечных установках дробление расплава осуществляется в грануляторе, состоящем из короткого лотка и гидронасадки. Гранулы поступают в бункер - отстойник, откуда эрлифтом или насосами перекачиваются в обезвоживатели. Обезвоживание осуществляется в бункерах, оборудованными фильтрующими решетками с дополнительным дообезвоживанием на открытом складе. Припечные установки расположены на крупных доменных печах, таких как печь №9 (5000 м³) на КГГМК «Криворожсталь». Все припечные установки герметично закрыты. Образующиеся пары выводятся через трубу. Для предотвращения выделений сернистых соединений предусмотрена подача в систему оборотного водоснабжения известкового раствора.

Установки припечной грануляции шлака построены на доменных печах металлургических заводов Японии, Франции, Германии, Чехии и других стран.

На заводах Японии распространен способ грануляции, разработанный фирмами «Раза трейдинг» и «Ниппон кокан». Выпускаемый из печи шлак поступает в гидрожелоб, куда подается вода на грануляцию. Шлаководяная пульпа скапливается в приемном бункере, откуда насосом перекачивается в обезвоживающие резервуары, представляющие собой бункера с конической нижней частью, стенки и дно которых перфорированы. Фильтрация осуществляется через слой гранулированного шлака. Вода после фильтрации вновь подается на грануляцию. Над приемным бункером установлен зонт с вытяжной трубой для удаления пара. Насосы обладают высокой износостойкостью, их отдельные части легко заменяются.

Установки не требуют больших площадей, обеспечивают переработку всех типов шлаков, а также локализацию и отвод токсичной парогазовой смеси.

В Германии аналогичный способ грануляции разработан фирмой «АИО - Штальбау» и «Эстель НВ Хеш-Хооговенс» и применяется на многих доменных печах. Его особенностью является охлаждение воды в градирне перед подачей на грануляцию, что способствует повышению плотности и снижению влажности гранулированного шлака.

Во Франции на заводе фирмы «Юзинор» (г. Дюнкерк) шлак гранулируют в гидрожелобе и затем пульпу насосами транспортируют на расстояние 50 м в бассейны с фильтрующим дном. Из бассейнов гранулированный шлак выгружают грейферным краном.

Грануляция шлака на заводе фирмы «Аугуст Тиссен-Хютте» в Швельгене, Германии, отличается тем, что пульпа передается в бассейны с фильтрующим слоем самотеком по закрытым желобам. Таких бассейнов емкостью по 1000 м³ - шесть. Фильтрующий слой площадью 200 м² и толщиной 0,7 м состоит из нескольких слоев гравия различной крупности. Отфильтрованная вода проходит через градирню и опять подается в систему оборотного водоснабжения. Предусмотрена очистка фильтрующего слоя путем продувки воздухом. Из бассейна шлак грейферным краном перегружают в бункер или на склад. Влажность гранулированного шлака 8 - 12% .

В Чехии (г. Кладно) разработана система грануляции, при которой пульпа тангенциально вводится в циклонный отделитель. Гранулят, выходящий из конусной части отделителя через регулирующий затвор, поступает на вибрационный конвейер, где окончательно обезвоживается и ленточным конвейером подается в отгрузочный бункер. Отделенная вода удаляется по кольцевому коллектору в оборотный цикл. Установка занимает небольшую площадь, проста и дешева в эксплуатации. Однако ее производительность невелика.

Фирмами «Сидшар» (Бельгия) и «Поль Вюрт» (Люксембург) совместно разработана компактная система INBA для непрерывного гранулирования шлака с «динамическим» фильтрованием воды при помощи горизонтального барабана-фильтра. Шлаковый расплав гранулируется водой. Шлаковая пульпа стекает в приемный бункер, откуда равномерно подается в INBA-фильтр, представляющий собой вращающийся фильтрованный барабан, обтянутый мелкой проволочной сеткой.

Первый промышленный опыт припечной грануляции в странах СНГ был получен на Салдинском металлургическом заводе в 1964 году. В настоящее время припечные установки работают на крупных доменных печах металлургических комбинатов «Криворожсталь», Новолипецкого (НЛМК) и Череповецкого (ЧерМК).

На печах вместимостью 2000 и 2700 м³ комбината «Криворожсталь» уборка шлаковой пульпы производится насосами (гидротранспорт), а на остальных - с помощью эрлифта (пневмогидротранспорт). Ввиду нерешенности вопросов обезвоживания шлаковой пульпы (обезвоживание осуществляется на складе) и сложности эксплуатации из-за абразивного износа длинных трубопроводов при гидротранспорте предпочтение отдается технологии придоменной грануляции шлака с пневмогидротранспортом пульпы, осуществленной на доменных печах объемом 5000 м³ (комбинат «Криворожсталь»), 3200 м³ (НЛМК) и 5500 м³ (ЧерМК).

На доменных печах объемом 2000 и 2700 м³ грануляция осуществляется в гидрожелобе. При этом нередко происходили взрывы из-за попадания со шлаком значительных масс чугуна. Взрывов удалось избежать, укоротив гидрожелоб.

Особенностями технологии грануляции шлака на доменной печи объемом 5000 м³ является подача слабоосветленной оборотной воды на грануляцию грунтовыми насосами, транспортировка шлаководяной пульпы эрлифтами в обезвоживатели карусельного типа и выгрузка гранулированного шлака из обежвоживателей на ленточные конвейеры, с помощью которых передается в вагоны или на склад, оборудованный мостовыми кранами.

При эксплуатации припечных грануляционных установок выявлены следующие недостатки: вследствие цементации шлака затрудняется обслуживание систем оборотного водоснабжения и оборудования; влажность 15 - 20 %; часть грануляционной воды поступает в канализацию; не решены вопросы обезвреживания парогазовых выбросов.

Рядом преимуществ обладают грануляционные установки доменной печи №6 НЛМК, где применена эрлифтная подача воды на грануляцию, а призматические емкости (приемный бункер и колодцы эрлифтов) заменены коническими. Эти установки менее трудоемки в обслуживании, чем на доменной печи №9 комбината «Криворожсталь». Склад гранулированного шлака выполнен в виде открытой бетонной площадки, на которую с высоты 20 м ссыпается шлак с конвейеров на два конуса. Отгрузка производится экскаваторов с использованием бульдозеров. Такой склад имеет малую вместимость и не дает возможность достаточно обезводить гранулированный шлак, так как экскаватор зачерпывает его в нижней части конуса, куда стекает влага. Склад гранустановок доменной печи №9 комбината «Криворожсталь», оборудованный крановой эстакадой, более удобен в работе.

Эрлифты для подачи воды на грануляцию имеют эксплуатационные преимущества, обусловленные отсутствием запорной аппаратуры и вращающихся рабочих элементов, работающих в абразивной среде.

При водо-дутьевой припечной грануляции дробление расплава на гранулы и их транспортировка осуществляется потоком дутья воздуха или азота. В полете капельки расплава охлаждаются. Для более интенсивного охлаждения подается незначительное количество воды. На сетке образуется слой гранул, через который фильтруется вода. Далее вода попадает в сборный резервуар, проходит через градирню и вновь подается на грануляцию. Расположенные аксиально в барабане лопасти поднимают гранулированный шлак из водяной ванны и погружают его через распределитель на ленту конвейера. Парогазовая смесь отводится в вытяжную трубу.

Производство щебня из доменного шлака

Щебень из доменных шлаков предназначается для устройства всех видов покрытий, оснований и подстилающих слоев дорожных одежд. Нулевую фракцию - шлаковую мелочь, обладающую вяжущими свойствами, применяют для устройства монолитных шлакобетонных оснований и покрытий.

Щебень получают медленным охлаждением шлака. Его производят из жидких шлаков (литой щебень), остывших ковшевых остатков или из отвальных шлаков.

Литой щебень получают при сливе расплава из шлаковоза в траншею слоями толщиной 80 - 100 мм. После затвердевания в течение 20 - 30 мин поверхность шлака орошают водой. Следующую партию шлака сливают в эту траншею после испарения влаги с поверхностного слоя. После выдержки в течение двух суток шлак разрабатывается экскаватором и направляется на дробление. Сортированный щебень транспортируется по фракциям в штабеля готовой продукции, из которых отпускается в транспорт потребителя.

Получение шлакового щебня из ковшовых остатков является технологическим завершением полного использования шлака. Ковшевые остатки, образующиеся возле стенок и на поверхности ковша при перевозке шлака, составляют 25 - 30% от жидких шлаков, которые поступают на переработку на отдельно стоящих установках. Они перерабатываются на щебень. Их отделение представляет траншею для приема остатков, оборудованном магнитно-грейферным краном для предварительного дробления и извлечения крупного металла. Выбивка остатков проводится путем удара груза по днищу чаши. Куски шлака отправляются в дробильно-сортировочное отделение.

Схемы получения щебня из отвальных шлаков представляют собой разновидности существующих дробильно-сортировочных установок. Отличаются они лишь применением передвижных агрегатов. Шлаковые отвалы могут разрабатываться как металлургическими предприятиями, так и строительными организациями - потребителями щебня. При дроблении щебня из отвального доменного шлака образуется до 15 - 20 % песка. Песок полностью используется при изготовлении бетона и гипсобетона. В производстве железобетонных труб шлаковый песок заменил обычный песок и мелкий щебень, в производстве гипсошлаковых прокатных перегородок - весь обычный песок. Щебень и песок из доменных шлаков применяются в качестве заполнителей в жаростойком бетоне, заменяя щебень из боя шамотного кирпича, который в три раза дороже.

Производство шлаковой пемзы из доменного шлака

Шлаковая пемза получается при обработке шлакового расплава ограниченным количеством воды, воздуха или их смеси, что приводит к его вспучиванию. В результате процесса образуется поризованный кристаллический продукт. Существует несколько способов поризации расплава.

Получение шлаковой пемзы в струйных аппаратах основано на использовании кинетической энергии для эжекции, перемешивании и дроблении компонентов. В струйном аппарате (рис. 1.5) струя энергоносителя 2 (сжатый воздух или пар) эжектирует воду 3, а образующаяся эмульсия с высокой кинетической энергией воздействует на струю стекающего с приемной камеры 1 шлака, разбивая его, вспучивая и охлаждая. Вспученный шлак 4 с высокой кинетической энергией вылетает из аппарата в виде снопа раскаленных гранул, ударяется о водоохлаждаемый экран 5, конгломерируется и опадает с него в виде плоских кусков на пластинчатый транспортер 6. Во время движения на транспортере полученный продукт слипается и окончательно охлаждается, образуя застывшую массу. Эта масса поступает на дробление и сортировку, а полученный песок и шлакопемзовый щебень транспортируются в соответствующие штабеля. Струйные аппараты обладают следующими преимуществами: относительная долговечность из-за отсутствия движущихся частей, контактирующих с расплавленным шлаком; простота конструкции, обусловливающая дешевизну изготовления и обслуживания.

Рисунок 1.5 - Схема струйного аппарата для получения шлаковой пемзы

Гидроэкранный способ является разновидностью получения пемзы с помощью струйных аппаратов. Гидроэкранный включает слив шлака через приемную ванну на желоб, в торец которого подают ограниченное количество воды для поризации и охлаждения расплава. Поризованная масса для формирования равномерной пористой структуры отбрасывается на экран. Полученный полупродукт попадает в приямок, где частично кристаллизуется и грейферным краном перегружается на промежуточный склад для полного охлаждения и окончательной кристаллизации. Схема данного способа представлена на рис.1.6. Достоинством гидроэкранного способа производства шлаковой пемзы является сравнительная простота, надежность работы вспенивающего агрегата и возможность изготовления пемзы из распадающихся доменных шлаков. Пемза имеет равномерную мелкопористую структуру с умеренной плотностью. К недостаткам указанного способа можно отнести сравнительно большой расход воды (не менее 1 м ³ на 1 м ³ шлакового расплава), невысокую производительность из-за длительного слива шлака (около 15 мин), сложность конструкции и недостаточную стойкость пластинчатого транспортера.

1-шлаковый ковш; 2- приемная ванна; 3- вода; 4- желоб; 5- экран; 6- приемный бункер

Рисунок 1.6 - Схема гидроэкранного способа получения шлаковой пемзы

При водовоздушном способе расплав через водоохлаждаемый лоток подается в струйный аппарат, где разбивается на гранулы водовоздушной смесью. Затем шлак попадает в камеру смешивания, где вспучивается. Пластичная масса отбрасывается на поверхность экрана, агломерируется и падает на пластинчатый транспортер или непосредственно на склад, где заканчивается процесс образования пористой структуры. Вододутьевые аппараты для производства шлаковой пемзы имеют ряд существенных недостатков - особенно это относится к работе транспортера. Отсутствие регулирования поступления на установку определенного количества расплава в единицу времени, засорение атмосферы шлаковатой и газами, которые образуются в процессе взаимодействия водовоздушной смеси с расплавом, осложняют работу установки. Получающаяся на вододутьевых установках пемза имеет низкую механическую прочность.

Сущность траншейно - брызгального способа сводится к обработке шлака при сливе из ковша водой, подаваемой через брызгало. Поризованная масса падает в траншею, кристаллизуется при толщине слоя пористого шлака 100 - 300 мм. После застывания слой поливают водой, и на увлажненную поверхность производится слив второго слоя шлака. Пористый шлак из заполненной траншеи отгружают на транспортеры для последующего дробления и сортировки. После рассева на грохотах по фракциям готовый продукт системой транспортеров подают на открытый склад для хранения и отгрузки потребителям.

Технологическая схема бассейнового способа получения пемзы состоит из одного - двух бассейнов-ванн, в которых сливаемый из ковшей шлак при 1260 - 1320^оС обрабатывается водой при расходе ее 0,2 - 0,4 м³/т шлака под давлением 0,08 - 0,1 МПа. Данный бассейн имеет сборное дно, через отверстие которого подается вода. Бассейн имеет систему подъема, механизмы открывания и закрывания борта и систему водоподачи. В бассейне осуществляется поризация и частичная кристаллизация вспученной массы. Затем бассейн наклоняется, и пемза попадает в приямок, откуда грейфером перегружается на промежуточный склад, где окончательно кристаллизуется. Закристаллизованная масса дробится на определенные фракции. Готовая продукция (шлакопемзовый щебень и песок) системой транспортеров распределяется по штабелям, откуда отгружается потребителям. Преимуществом бассейнового способа является высокая производительность установки за счет быстрого слива шлака, а недостатком - возможность взрывов при попадании в ванну с водой расплавленного чугуна из шлаковозов, а также быстрый выход из строя донных плит.

Гидробарабанный способ производства шлаковой пемзы из доменного шлака позволяет получать шлаковую пемзу, отличающуюся легковесностью, достаточной механической прочностью, однородной мелкопористой структурой, высокой морозостойкостью и устойчивостью против силикатного распада. С целью сокращения выделений в атмосферу сернистых соединений и получения шлаковой пемзы в виде гранул применяется лопастной барабан. Масса шлака разбивается лопастями на отдельные гранулы и отбрасывается на площадку вблизи барабана. При этом происходит частичное слипание гранул, перфорирование пор в более мелкие, однородные. После вспучивания массы в струйном аппарате она попадает в барабан, и образуются гранулы сферической формы. Способ отличается небольшим выделением сернистых соединений из-за незначительного контакта шлака с водой и его быстрого охлаждения.

Производство шлаковой пемзы сопровождается образованием в парогазовой смеси сернистых соединений, намного превышающих ПДК. При выгрузке поризованной массы, а также в период ее охлаждения образуется пыль, содержание которой доходит до 3 - 4 г/м³. Поэтому при решении вопросов защиты воздушного бассейна необходимо учитывать возможность локализации выбросов. Например, при траншейно-брызгальном способе эту проблему не решить из-за больших площадей пылегазовых выделений, а над гидроэкранными и другими компактными установками можно смонтировать паросборники и местные отсосы с последующей очисткой в громоздких и неэкономичных скрубберах.

Снижения выделения вредных выбросов можно достичь, интенсифицируя охлаждение пемзы еще до начала вылеживания ее на площадке, а также используя безводные способы производства шлаковой пемзы.

Производство минераловатных изделий из доменного шлака

Минеральная вата представляет волокнистый материал, полученный из силикатного расплава металлургических шлаков. В настоящее время минераловатные изделия как тепло- и звукоизоляционные материалы широко используются в строительстве. Теплоизоляционные свойства минеральной ваты и изделий из нее обусловлены их структурным строением - высокой пористостью. Сырьем для производства минераловатных изделий являются кислые доменные шлаки, богатые кремнеземом и глиноземом. Минераловатную вату получают, воздействуя энергоносителем (газообразным ли механическим) на струю силикатного расплава. При этом происходит распад расплава на элементарные струйки, их фонтанирование из капель и вытяжка. Минеральная вата изготавливается из жидких шлаков (ванный способ) или переплава твердого кускового шлака (ваграночный способ).

Наиболее эффективным является ванный способ, позволяющий использовать жидкий шлаковый расплав. Данный способ приводит к экономии топлива. Шлак сливают в печь - шлакоприемник, куда вводят в случае необходимости окисляющие добавки. В качестве этих добавок используют бой стекла, шахтную горелую породу, базальт и диабаз.

При ваграночном способе плавку твердых кусков шихты осуществляет в вагранке. Расплав выпускают на центрифугу для раздува на волокна. Шлаковые волокна поступают в камеру волокноосаждения, куда подается распыленная связка. Сырой минерально-ватный ковер направляется в камеру полимеризации, где при температуре 160 - 200^оС связка затвердевает. Далее ковер в специальной камере охлаждается до 30 - 40^оС и на выходе разрезается ножами на плиты. В качестве связки при производстве минераловатной продукции используют фенолформальдегидные смолы. Полимеризация и сушка ковра осуществляется продуктами сгорания топлива, циркулирующими из подподовых топок.

Переработка доменных шлаков на сельскохозяйсвенные удобрения

Многочисленные эксперименты показали, что доменные шлаки не уступают обычным известковым удобрениям, а в некоторых отношениях превосходят их. Главным компонентом этих шлаков является известь, которая прочно связана в силикатных соединениях. Это препятствует быстрому ее вымыванию, наблюдаемому при применении обычных известковых удобрений, повышая тем самым абсорбционную способность почвы. Известьне только способствует питанию растений. но и снижает кислотность почвы, разрыхляет ее, способствуя удержанию влаги,возбуждает жизнедеятельность полезных микроорганизмов. Легко распадающиеся силикаты кальция шлака оказывают почти такое же нейтрализующее действие, как окись или карбонат кальция. При известковании доменным шлаком в почву вносится существенное количество окиси магния, необходимого для нормального развития картофеля, сахарной и кормовой свеклы, люцерны и других культур. В шлаке содержится окись марганца, недостаточное количество ее в почве вызывает заболевания растений. Магний и другие микроэлементы принимают участие в фотосинтезе.

Помимо окиси кальция и магния, доменные шлаки содержат фосфаты, кремнезем, глинозем, железо, серу, а также следы ряда элементов, которые полезны для растений. В частности, кремнезем хорошо усваивается растениями и повышает прочность стеблей. Установлено, что растения, выращенные на почвах, где в качестве удобрения применялся доменный шлак, имеют большую сопротивляемость против заражения болезнями, чем растениями, выращенные без таких удобрений.

Молотые основные доменные шлаки способствуют улучшению структуры как легких, так и тяжелых почв. Шлаки разрыхляют плотную структуру тяжелых почв, улучшая тем самым проникновение воздуха и влаги. В легких почвах шлак вызывает некоторую связанность комков благодаря образованию коллоидных веществ, не уступая по своему действию известковому мергелю.

Однако в настоящее время сами шлаки редко применяются как известковые удобрения, а используются для переработки на удобрения, в частности для получения известковой муки.

Доказана эффективность применения доменных шлаков в сельском хозяйстве в виде гранул, так как влияние извести шлака длится 10 - 15 лет и за этот срок крупные зерна успевают разложиться. Крупнозернистый гранулированный шлак отличается повышенным содержанием частиц размером 1 мм, а также наличием частиц размером 2,9 - 10 мм, не пылит, не подвергается слеживанию, может вноситься как в зимних, так и в летних условиях и дешевле известковой муки, полученной из доменного шлака.

Производство литых изделий из доменного шлака

Из доменных шлаков производят брусчатку для дорожного строительства, шлаковые и металлошлаковые трубы, плиты и детали трубопровода.

Производство брусчатки осуществляется полигонным способом. В литейную яму устанавливают металлические формы, в которые засыпают измельченный шлак, верх накрывают пластинами и заливают расплав.

Литейные шлаковые трубы получают центробежным методом и намораживания. При центробежном способе шлак заливается поочередно с металлом во вращающуюся изложницу. По способу намораживания шлак заливают в холодный металлический кожух.

Производство шлакоситала

Шлакоситал - материал, получаемый катализированной кристаллизацией шлаковых стекол. Шлакоситал получают из граншлака. В шихту вводят доменный граншлак, кварцевый песок и нуклиаторы, оксиды и сульфиды хрома, титана, марганца, цинка и железа. Шихта плавится в ванной печи непрерывного действия, и полученная стекломасса поступает на передел.

CПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Черепанов К.А., Черныш Г.И., Динельт В.М., Сухарев Ю.И. Утилизация вторичных материальных ресурсов в металлургии. - М.: Металлургия,1994.- 224 с.

2. Переработка шлаков и безотходная технология в металлургии/ М.И.Панфилов, Я.Ш.Щкольник, Н.В.Орининский, В.А.Коломиец и др. - М.: Металлургия, 1987. - 238 с.

3. Гиндис Я.П. Технология переработки шлаков. - М.: Стройиздат.- 1991, - 280с.

4. Брызгунов К.А., Гаврилова О.Н. Металлургические шлаки Донбасса. - Донецк: Донбасс, 1989

5. Денисенко Г.Ф., Губонина З.И. Охрана окружающей среды в черной металлургии. - М.: Металлургия, 1989

Размещено на Allbest.ru