Особенности применения брикетируемых железосодержащих отходов

Автор: И.Л. Гоник, В.П. Лемякин, Н.А. Новицкий
Источник: Журнал «Металлург» – № 6 июнь 2011 г. – С. 36-38

В настоящее время большое распространение получила технология брикетирования методом холодного прессования. В первую очередь это связано с тем, что брикеты в основном позволяют отказаться от обжиговых технологий, применяемых для обеспечения необходимой прочности агломерата и окатышей.

На кафедре «Технология материалов» ВолгГТУ проводятся исследования по разработке нового брикетированного шихтового материала с заданными свойствами из отходов металлургического производства. Брикетирование мелкодисперсных материалов является наиболее универсальным способом переработки ценных отходов металлургического производства, малопригодных для непосредственного использования в процессе выплавки стали. Это обусловлено низкой газопроницаемостью мелкодисперсных материалов, не позволяющей использовать их для производства агломерационной шихты без предварительной подготовки [1].

Известны способы производства брикетов с применением в качестве связующего компонента портландцемента. Такой брикетированный шихтовый материал используется рядом металлургических предприятий России и стран СНГ. Однако брикеты обладают невысокой восстановимостью, и, кроме того, брикетирование с использованием цементной связки приводит к увеличению количества шлака. Шихтовый материал, разработанный в ВолгГТУ, изготавливается с применением особого связующего вещества, благодаря чему брикетированная часть шихты не разрушается на начальном этапе плавки и обладает свойствами, благоприятными для максимального восстановления железа из оксидов и науглероживания расплава [2]. В качестве связующего используются жидкое стекло и многокомпонентная смесьоксидов на силикатной основе. Жидкое стекло играет роль первичной связки, придающей брикетам после сушки прочность, достаточную для их хранения, транспортировки и завалки в печь. Вторичная связка – это активное связующее на силикатной основе SiO₂–B₂O–CaO–K₂O, обеспечивающее прочность брикета при 1300-1450 °С. Связующее также способствует максимальному взаимодействию углерода с оксидами железа в ходе восстановительного процесса и науглероживанию восстановленного металла внутри брикета, а развитая реакционная поверхность компонентов брикета обеспечивает высокую скорость протекания этих процессов. В состав брикетированной шихты входят 70-75 мас. % железосодержащего вещества (окалина, пыль от фильтров газоочистки) и твердофазный восстановитель в количестве, необходимом для полного восстановления железа и науглероживания расплава, в качестве которого применяют углеродсодержащие материалы (электродный бой, коксовую мелочь, бой графитовых блоков)

При производстве (см. рисунок) самовосстанавливающихся оксидоуглеродных брикетов (ОУБ) исходное сырье – оксидсодержащие отходы железа и восстановитель – подсушиваются до влажности 7% и размалываются до фракции 1,0 мм.

Рисунок - Технологическая схема производства брикетов

Для помола и сушки целесообразно использовать барабанные сушила и шаровые мельницы. Материалы, необходимые для приготовления смеси (окалина, углеродсодержащие и шлакообразующие материалы, связка и др.), из промежуточных бункеров через дозаторы шнековыми транспортерами подаются в непрерывные лопастные смесители. Туда же поступает жидкое стекло. После перемешивания подготовленная. смесь транспортером подается на прессовое оборудование для формовки брикетов под давлением 10-15 МПа. Сырые брикеты направляются транспортером в проходную сушильную печь для сушки отходящими газами обжиговой печи или печей сушки материалов при 250-300 °С в течение 3-4 ч. После сушки ОУБ готовы к использованию в качестве компонента шихты для выплавки стали или чугуна [3].

Применение брикетов позволяет создавать и поддерживать в печи восстановительную атмосферу в течение всего периода плавления. В результате обеспечиваются благоприятные условия для протекания восстановительного периода плавки с получением восстановительного шлака с низким содержанием FeO [4].

Использование окалины различного происхождения увеличивает содержание железа в брикете, а также приводит к появлению в металле полезных примесей: Cu, Ni, Cr, Mn и др.

Шламы газоочисток, применяемые в качестве железосодержащего материала, содержат меньшее количество железа, поэтому одним из способов утилизации вновь образующихся и ранее накопленных шламов является их использование в брикете вместе с окалиной.

Изменение технологии выплавки стали с использованием брикетов, совмещающей в себе сталеплавильное и доменное производства, ведет к увеличению выбросов в атмосферу. Увеличение выбросов пыли, диоксида серы и фторводорода в период плавления в плавках с брикетами составляет в среднем 15-25%. Выбросы азота увеличились на 83%. Наиболее значительно возрастают выбросы монооксида углерода. Полное сгорание выделяющегося СО обеспечивает установка газокислородных горелок, что улучшает технико-экономические показатели плавки, приводит к интенсификации процесса и решает экологические проблемы.

В результате создания восстановительной атмосферы в печи в период плавления выбросы тяжелых металлов снижаются в среднем на 29% (Ni, Cr, Fe, Mn, V и др.).

Выбросы оксидов железа в первые 15 мин периода плавления на серийных плавках и на плавках с брикетами находятся на одном уровне. К 30-й минуте плавки объемы выбросов достигают максимума. К 35-й минуте объемы выбросов железа выравниваются и находятся на уровне 500 мг/с. Отсутствие пиковых объемов выбросов железа в плавках с брикетами вызвано интенсификацией реакций восстановления в ОУБ, а в газовом пространстве печи создается восстановительная атмосфера. Количество выбросов тяжелых металлов в атмосферу в период плавления для плавок с брикетами снизилось в два раза. Причинами снижения угара и выбросов тяжелых металлов в атмосферу также являются восстановительная атмосфера в печи и раннее появление жидкого металла и шлака, которые обеспечивают стабилизацию горения дуги.

Применение ОУБ снижает угар металлошихты на 30%. Общее количество металлошихты на плавку снижается в среднем на 5,0% по сравнению с обычными плавками, а период плавления сокращается на 10-30 мин для электродуговых печей и до 60 мин для мартеновских. За счет сокращения длительности плавки и увеличения выхода годного металла горячая производительность электро-дуговых печей в среднем увеличивается до 10%, а мартеновской – до 20%.

Выводы. Технология производства оксидоуглеродных брикетов (ОУБ) может быть реализована на металлургическом производстве любого масштаба. Применение предлагаемой технологии производства ОУБ позволяет использовать практически любые виды железосодержащих отходов и углеродсодержащих материалов. Использование в составе шихты ОУБ, которые содержат минимальное количество вредных примесей, повышает качество выплавляемого металла.

Библиографический список

1. Равич, Б.М. Брикетирование в цветной и черной металлургии. – М. : Металлургия, 1975. – 232 с.
2. Пат. 2083681 РФ, МПК6 С21С5/06, С22В1/24, 1/242. Брикет для производства чугуна и стали / Агеев Е.Е., Бондарев Ю.А., Булгаков В.Г. и др.; опубл. 10.07.1997.
3. Пат. 2102494 РФ, МПК6 С21В11/00, 13/00. Способ получения чугуна и стали в металлургических агрегатах / Агеев Е.Е., Бондарев Ю.А., Булгаков В.Г. и др.; опубл.20.01.98.
4. Агеев, Е.Е., Еланский, Г.Н., Лемякин, В.П. и др. Поведение оксидоугольных брикетов при электроплавке стали // Сталь. – 1999. – № 3. – С. 16–19.