Государственное предприятие «Украинский институт по проектированию металлургических заводов» является крупнейшей проектной организацией, осуществляющей проектные работы в Украине, странах СНГ и ряде зарубежных стран. Одним из основных направлений деятельности института является разработка мер по комплексной утилизации мелкофракционных железосодержащих отходов металлургического процесса. Разработки института защищены рядом патентов.

Последние разработки касаются комплексной утилизации отходов Енакиевского металлургического завода (г. Енакиево, Донецкой обл.).

Общее количество отходов завода, подлежащих утилизации, составляет 337 тыс.т/год, в том числе:

– шламы доменные – 63 тыс.т;

– шламы конвертерные – 78,0 тыс.т.;

– колошниковая пыль – 117,0 тыс.т;;

– аспирационная пыль ИОЦ – 29,0 тыс.т;

– пыль электрофильтров доменного цеха – 50,0 тыс.т.

В настоящее время шламы газоочисток доменного и конвертерного цехов по трубопро-воду сливаются в пруд-осветлитель.

Из пруда-осветлителя шламы перекачивают земснарядом в карты осушения, затем экскаватором выбираются из карт, перевозятся на погрузочную площадку, оборудованную железнодорожными путями. После дополнительного вылеживания на площадке шламы грузятся в железнодорожные вагоны и перевозятся на аглофабрику, где используют как добавку в шихту при производстве агломерата.

Расчетное содержание общего железа (Fe(общ.)) в смеси доменного и конвертерного шламов составят 44 – 45 %. Колошниковая пыль и отходы обжига извести непосредственно подаются на аглофабрику, где также используются при производстве агломерата.

В связи с реконструкцией доменного цеха в отходы поступает пыль, уловленная электрофильтрами, которая по своим физическим свойствам (мелкофракционный состав, плохая смачиваемость) не используется при производстве агломерата.

Предложено путем реконструктивных мероприятий организовать переработку мелкофракционных отходов металлургического процесса, которая включает обогащение шламов доменного и конвертерного цехов, смешивание их с сухими отходами, передачу полученной полусухой смеси на аглофабрику или (как вариант) ее брикетирование с использованием брикетов в качестве добавки в шихту при производстве чугуна.

Сухими отходами, которые смешиваются с обогащенными шламами, являются: колошниковая пыль, пыль аспирационных систем известково-обжигательного цеха и пыль электрофильтров доменного цеха.

Технологическим регламентом переработки жидких шламов предусматривается:

– извлечение из общей массы шламов частиц более 1.0 мм (пески);

– сгущение шламов;

– магнитная сепарация – выделение ферромагнитной части;

– гидродинамическая сепарация – выделение «породы» цинка (Zn).

– Предполагается, что в ходе этих операций удельное содержание Fe(общ) в переработанных шламах будет увеличено на 7 – 8 %.

По гранулометрическому составу в шламах ДЦ и ККЦ содержится по разным данным, от 0,6 до 4 % частиц размером более 1 мм. Считается, что эти частицы состоят в основном из SiO2. С целью выделения таких частиц в схеме предусматривается использование дугового сита.

При перемещении шламов по дуговому ситу с размером щели 1 мм частицы более 1 мм выделяются из общей массы и по желобу передаются на склад песка, где происходит их естественное обезвоживание. По мере обезвоживания, песок отгружается строительным организациям.

Шламы с размерами частиц менее 1 мм после дугового сита передаются в одноярусные сгустители для последующей переработки.

Для осуществления последующих операций по переработке необходимо чтобы шламы были сгущены до 25 – 30 % по твердому.

В ходе сгущения шламов часть из них размером частиц менее 5 – 7 мкм, в количестве 9,6 тыс.т, имеющие в своем составе повышенное содержание соединений цинка и щелочей, сливается в пруд-осветлитель, сгущенная до влажности 70 – 75 % суспензия поступает на магнитную сепарацию.

Шлам доменного цеха образуется в результате улавливания в мокрой газоочистке выносимой из доменной печи пыли. Последняя составляется из вещества плавильных материалов, в которых превалирует агломерат и кокс. В агломерате магнитная составляющая железорудной части – это FeО – Fe2O3 или Fe3O4.

Если принять степень извлечения магнитной части e=0,5, то в ходе магнитной сепарации будет извлечено 17,5% шлама по массе содержащего Fe3O4 и около 2,5% «прилипшей» пустой породы. С учетом этого обогащенный материал будет содержать Fe(общ.) 62 – 63%.

Аналогично по конвертерным шламам, из общей массы предполагается извлечь на магнитном сепараторе 17-18% магнитной части содержащей 63,7% Fe(общ.)

Технологическим регламентом предусматривается дополнительная обработка шламов, прошедших магнитную сепарацию, с помощью винтовых шлюзов. Винтовые шлюзы – это аппараты, работа которых основана на применении гравитационного метода обогащения полезных ископаемых. Аппарат представляет собой неподвижный винтовой желоб, закрученный вокруг вертикальной оси. Поперечное сечение желоба имеет определенную форму в зависимости от крупности обрабатываемого материала. При правильном выборе режимов отработки шлама на винтовом шлюзе возможно увеличение доли общего железа в сливаемой с центральной части прибора суспензии до 60 – 65 %. Шламы, прошедшие переработку в жидком состоянии (влажность до 70%), подвергаются обезвоживанию на вакуумфильтрах.

Обогащенные и обезвоженные шламы смешиваются с сухими отходами (колошниковая пыль, аспирационная пыль ИОЦ, пыли электрофильтров ДП) до влажности 10 – 12% и передаются на линию брикетирования.

Брикетирование – процесс получения кусков (брикетов) с добавкой и без добавки связующих веществ с последующим прессованием смеси в брикеты нужного размера и формы. В настоящее время получили развитие два основных способа формования брикетов:

– в линиях, оснащенных валковыми прессами;

– в линиях, оснащенных вибропрессом.

В данном случае возможен любой из вариантов. Получаемые брикеты по своему сырьевому (химическому) составу, размерам (крупности) и прочности отвечают требованиям и особенностям технологического процесса, в котором предполагается их использование.

Таблица №1 – Расчетный химический состав брикетов

Общий объем производства брикетов в условиях завода с учетом добавления связующего составит – 343200 т/год или 40,06 т/час. С учетом развития производства, доля брикетов в шихте при производстве чугуна не превышает 80 кг/т чугуна. Изменение компонентного состава доменной шихты при вводе в нее 343200 т брикетов по сухой массе приведено в таблице. При этом принято, что вводимое с брикетами железо позволит вывести из шихты ДП часть покупных окатышей.

Таблица №2 - Расчетный баланс основных компонентов при вводе в доменную шихту брикетов

Из таблицы видно, что при соблюдении баланса железа экономия окатышей составляет 262,03 тыс.т.

Наличие избытка СаО по балансу шлакообразующих позволяет вывести из плавки часть известняка, тыс.т/т:

– по сухой массе – 74,0;

– по влажной массе – 76,3.

Известняк содержит 43 % потерь массы при прокаливании, остальное – шлакообразующее. Следовательно, при экономии известняка выход шлака сократится на – 43,5 тыс.т/год.

Наличие в брикетах углерода (4,92 %), тесно перемешанного с оксидами железа и работающего как восстановитель, обеспечит экономию кокса в отношении 1:1 (зольностью кокса, учет которой увеличивает экономию, пренебрегаем).

Экономия кокса составит 16,88 тыс.т по сухой массе. Экономия кокса за счет сокращения расхода сырого известняка на каждые 100 кг сырого известняка, выводимого из доменной печи при плавке, составляет от 25 до 40 кг/т (см. А.А. Рамм, А.Д. Готлиб, М.А. Павлов и др.). Принимая экономию кокса по среднему, уменьшение кокса за счет вывода из шихты сырого известняка и сокращения выхода шлака в количестве 43,5 тыс.т составит – 14,4 тыс.т/год. При зольности кокса 10 % выход шлака за счет экономии кокса сократится на 1,41 тыс.т.

Суммарное изменение выхода шлака при вводе брикетов за счет экономии окатышей, сырого известняка и кокса составит:

40,63 – 1,92 + 18,93 – 43,5 – 1,41 = – 12,73 тыс.т

С учетом удельного расхода кокса на образование 1 т шлака в доменном процессе 150-200 кг/т (отчет ИЧМ г. Днепропетровск) экономия кокса за счет сокращения выхода шлака на 57,64 тыс.т составит:

12,73 * 0,175 = 2,23 тыс.т/год

Всего экономия материалов при вводе в шихту доменного цеха 343,2 тыс. т брикетов составит, тыс. т/год:

– окатышей – 262,0 тыс. т;

– сырого известняка – 76,3 тыс. т;

– кокса скипового сухого – 33,25 тыс. т тоже, в влажность 6 % – 35,24 тыс. т.

– В ходе переработки шламов содержание цинка в смеси снижается с 1670 т (0,495 %) до 630 т (0,2 %) с учетом этого при вводе брикетов, как добавка в шихту, из расчета 80 кг брикетов на 1 т чугуна, добавка Zn при этом не превысит 0,175 кг/т.

Предлагаемый технологический регламент запатентован в Украине и России.

ВЫВОДЫ

Строительство комплекса по утилизации мелкофракционных железосодержащих отходов Енакиевского металлургического завода является ресурсосберегающим и природоохранным мероприятием и позволит:

– обеспечить переработку всего объема отходов текущего производства, тем самым остановить накапливание отходов в отвалах;

– получить дополнительную экономию железоуглеродосодержащего сырья в количестве 297,3 тыс. т в год;

– повысить качество и производительность аглофабрики за счет исключения из ее шихты пылевидных материалов;

– уменьшить негативное воздействие отходов на окружающую среду. Срок окупаемости такого мероприятия составляет от 10 до 13 месяцев.