В последние годы в связи с образованием и накоплением значительного количества отходов и необходимостью решения экологических проблем возрастает значение их утилизации. Преобладающий в сталеплавильном производстве кислородно-конвертерный процесс должен развиваться в направлении материало- и энергосбережения.

К отходам конвертерного производства кроме металлов относятся и неметаллические ресурсы: вторичные огнеупорные материалы, шлаки, шламы и пыль. Особое внимание следует уделить шламам конвертерного производства, которые исследованы менее других вторичных ресурсов. Кроме этого шламы конвертерного производства являются наиболее трудноутилизируемыми. Трудности в утилизации этих шламов возникают из-за повышенного содержания в них цветных металлов, особенно цинка и свинца, содержание которых зачастую превышает в дефицитных цинковой и свинцовой рудах, которых на Украине практически нет. 

Цели 

• разработать мероприятия по снижению негативного воздействия отходов конвертерного производства на окружающую среду;

• разработать ресурсосберегающую технологию для конвертерного передела;

• усовершенствовать имеющиеся схемы подготовки вторичных материальных ресурсов конвертерного производства к утилизации, обеспечив тем самым более полную утилизацию данных отходов;

• доказать экономическую эффективность от внедрения ресурсосберегающих технологий и использования принципиально новых схем подготовки отходов к утилизации.

Задачи

• рассмотреть источники и металлургическую ценность вторичных материальных отходов конвертерного производства;

• рассмотреть процесс образования отходов производства;

• выявить зависимость количества образующихся отходов от вида используемых очистных сооружений и применяемой технологии выплавки конвертерной стали;

• сформулировать основные направления повышения экологической безопасности конвертерного производства;

• оценить экономический эффект при переходе конвертерного производства на более совершенную технологию производства стали и утилизации отходов;

• дать комплексную оценку разработанной технологии производства конвертерной стали и утилизации отходов производства.

Научная новизна работы заключается в том, что ранее расматривались вопросы, касающиеся утилизации отходов сталеплавильного производства в целом. Данная работа рассматривает ресурсосберегающие технологии и способы утилизации отходов конвертерного производства.

Практическая ценность работы заключается в том, что рассмотренные технологические мероприятия экологически и экономически целесообразно внедрять на металлургических предприятиях Украины тем самым повышая экологическую безопасность конвертерного производства.

АНАЛИЗ РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ И УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ УТИЛИЗАЦИИ ВТОРИЧНЫХ РЕСУРСОВ КИСЛОРОДНО-КОНВЕРТЕРНОГО ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ НА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЯХ УКРАИНЫ

Одним из путей снижения материалоемкости продукции и экономии сырьевых ресурсов является повышение уровня использования отходов производства, которые неизбежно образуются как в сфере материального производства, так и в сфере потребления. Производственный опыт показывает, что использование отходов конвертерного производства технически осуществимо и экономически выгодно.

Несмотря на проводимую работу уровень использования вторичных материальных ресурсов еще недостаточно высок по различным причинам, но в первую очередь из-за отсутствия объектов соответствующей подготовки, недостаточно разработанных технологий, отсутствия систематизированной литературы и прежде всего справочного характера.

В настоящее время основным методом использования шламов газоочисток конвертеров является добавка их к агломерационной шихте.

Для утилизации на аглофабрике конвертерный шлам должен быть предварительно обезвожен. В настоящее время наиболее рациональной схемой обезвоживания является схема, предусматривающая сгущение шламовой пульпы в радиальных сгустителях, фильтрование на вакуум-фильтрах и сушку в сушильных барабанах. При наличии на предприятии в достаточном количестве сухих отходов (известь, отсев агломерата и т. д.) сушку можно заменять смешиванием шламов с этими отходами.

Схема утилизации шламов конвертерного производства

Иногда конвертерный шлам на аглофабриках используется без механического и термического обезвоживания, непосредственно в виде густой пульпы после сгущения (300—700 г/л) в радиальных сгустителях или в гидроциклонах и радиальных сгустителях. Шлам в распыленном виде подается в смесительный барабан аглофабрики. Преимущество такого способа — низкие капитальные затраты и эксплуатационные расходы. Необходимым условием успешной эксплуатации схем является надежная автоматическая дозировка шлама в смесительный барабан в зависимости от влажности шихты и плотности сгущенного шлама.

Для возвращения шлама газоочисток в конвертер необходимо его предварительное окускование. Имеются также методы окускования, разработанные специально для конвертерных шламов.

Окускование шлама для конвертерного производства применяется в следующей схеме. Сточная вода газоочистки конвертерного цеха поступает в ловушку, где осаждаются наиболее крупные частицы. Перелив ловушки попадает через смесительную камеру в радиальный сгуститель. В смесительную камеру также подается известковое молоко. Слив радиального сгустителя направляется на повторное использование в систему газоочистки, а сгущенный шлам — на воронку, питающую барабанный вакуум-фильтр. Обезвоженный до влажности 28–32 % шлам от вакуум-фильтра и крупная фракция, уловленная в ловушке, ленточным конвейером подаются в питатель вращающейся трубчатой печи, где осуществляются сушка шлама, его окомкование и обжиг окатышей при температуре 1150˚С. Окатыши охлаждаются в охладительном барабане и загружаются в железнодорожный вагон.

 Предполагаемый объем использования шлама конвертерных газоочисток утилизируется в качестве добавки к агломерационной шихте. Для возвращения шлама в конвертерное производство следует разработать, опираясь на зарубежный опыт, эффективную схему подготовки шламов, которая позволила бы получить кондиционный материал в виде окатышей или брикетов. Такая схема позволила бы снять проблему обесцинкования конвертерных шламов, для которых до настоящего времени нет дешевой технологии удаления цинка.

Другим способом утилизации железосодержащих пылей и шламов конвертерного производства является включение их в состав шихты при производстве цемента и других строительных материалов, а также ряда красок, например, охры и красителей.

Пульпу и обезвоженный шлам могут использовать только на аглофабриках (или фабриках по производству окатышей), так как только в шихту этих производств можно подавать увлажненные материалы. В частности, пульпу можно подавать в смесительные барабаны этих производств. При этом, поскольку потребность во влаге на аглофабрике может превышать количество поступающей с пульпой влаги, иногда приходится даже добавлять влагу в смеситель. Однако из-за увеличения затрат па транспортировку этот метод целесообразно использовать лишь при близком расположении на территории предприятия сталеплавильного и агломерационного цехов.      

Одним из перспективных методов подготовки шламов к утилизации является сушка распыленной пульпы в потоке (предпочтительно) нагретых газов. При испытании метода были получены хорошие результаты, однако метод пока не нашел внедрения в производство. Этот метод целесообразно сочетать с подачей полученных при его использовании густых (пастообразных) шламов в смесители (барабаны-окомкователи) аглофабрик: шлам с влагосодержаниём 40 –  50 % (по массе) распыляется эвольвентными форсунками, что обеспечивает равномерное увлажнение шихты. Последний путь привлекателен своей простотой, однако возникают затруднения, связанные с дозировкой шламов. С целью повышения надежности указанного способа производятся тщательная проработка метода дозировки и обработка узлов дозировочного аппарата.

В последнее время в связи с интенсификацией кислородно-конвертерного процесса усилился вынос из агрегата с отходящими от него газами крупных фракций пыли. Поэтому необходимо проводить классификацию сточных вод перед их поступлением на основные сооружения. Для обезвоживания конвертерных шламов наиболее широко применяются радиальные отстойники, например, диаметром 30 м, которые при удельной на грузке 2 м³/(м²·ч) позволяют получить осветленную воду с остаточным содержанием взвеси, не превышающим 200 мг/л.

Подготовку конвертерных шламов к утилизации в агломерационной шихте целесообразно производить совместно с содержащими железо отходами. В случае же, когда на металлургическом предприятии имеются мартеновское и конвертерное производства, наиболее целесообразно производить совместную подготовку их шламов к утилизации.

Конвертерные шлаки, из которых даже сравнительно полно извлечен металл, содержат ряд ценных элементов. Их весьма рационально использовать в металлургии, например в аглодоменном и литейном производстве, в качестве флюса вместо известняка.

В настоящее время в нашей стране и за рубежом конвертерные шлаки перерабатывают преимущественно в твердом состоянии. Их дробят, подвергают грубому отбору металла, иногда вторично дробят и сепарируют. Широко опробованного и внедренного в производство способа переработки конвертерных шлаков в жидком состоянии до сих пор нет. Только на отдельных заводах испытывают полупромышленные или промышленные грануляционные установки.

В зависимости от времени пребывания в чашах (с момента наполнения до кантовки) и объема их шлак может поступать на переработку в жидком или в твердом состоянии. Показано, что даже спустя 2 ч после наполнения до 80% расплава в чаше остается в жидком состоянии.

Из сталеплавильных шлаков для использования в качестве оборотного продукта в металлургическом переделе наибольший интерес представляет шлак конвертерного производства. Конвертерный шлак имеет в своем составе ценные для металлургического передела такие компоненты как CaO, MgO, MnO, CaF₂, Al₂O₃, FeO.Кроме того, в конвертерном шлаке текущего производства содержится от 3 до 9 % железа в виде «корольков».

Основность конечного конвертерного шлака находится на уровне 2,8 – 3,5, а содержание СаО в известняке и в конвертерном шлаке находится примерно на одном уровне (46 – 52 %). Это позволяет использовать конвертерный шлак взамен известняка в печах и вагранках литейных цехов.

Как показывают термодинамические расчеты, затраты тепла на диссоциацию известняка и получение шлакового расплава примерно в 1,5-1,7 раза больше, чем при применении конвертерного шлака.

Если учесть еще и то, что известняк природный материал, запасы которого, в конечном счете, ограничены, а конвертерный шлак является отходом производства, преимущество его использования в металлургическом переделе вместо известняка бесспорно.

Переработка конвертерного шлака текущего производства производится на стационарном участке шлакопереработки с использованием способа термодробления. Предусмотрена раздельная переработка жидкого шлака и ковшевых остатков. К технологии первичной переработки конвертерных шлаков на стационарном участке относится:

- транспортировка шлака на участок;

- слив шлака в ямы-траншеи;

- передвижение шлаковозов в секцию для выбивки ковшевых остатков и выбивка последних;

- термодробление и охлаждение шлака водой;

- разработка остывшего шлака экскаватором;

- извлечение крупногабаритного скрапа;

- транспортировка остывшего шлака автотранспортом на дробильно-сортировочный участок.

На стационарный участок шлакопереработки направляется жидкий шлак только из конвертеров. Слив шлака из конвертеров производится в чистые, подготовленные чаши без боя кирпича, производственного мусора, скрапа и других отходов. Заполненные шлаком чаши в максимально короткие сроки (чтобы количество жидкого шлака в чаше к моменту кантовки было не менее 50 %) поступают на стационарный участок.

Технология термодробления включает послойную заливку жидкого шлака до глубины слоя шлака 1,5 – 2 м в специальные секции, орошение водой с расходом 0,1 – 0,15 м³/тч на 1м² площади после кантовки каждой порции шлака. В ямах-секциях термодробленный шлак разрабатывается экскаватором и отгружается или непосредственно в авто самосвалы или формируется во временный штабель. Фракционный состав термодробленного шлака допускает прямую загрузку шлака в доменные печи без дополнительного дробления.

Термодробленный конвертерный шлак может использоваться в шихте доменных печей и вагранок; грубодробленые ковшовые остатки могут использоваться в шихте доменных печей , а также после дробления на ДСУ-200 – в агломерационной шихте (фракция < 10 мм).

Отгружается потребителям термодробленый шлак, по химическому составу должен иметь СаО не менее 45 %, SiO₂ не более 20 %, Fe_общ не менее 10 %, влажность не более 7 %. Содержание посторонних примесей не должно превышать 5 %.

Опыт работы Енакиевского металлургического завода показывает, что в аглошихте можно использовать конвертерный шлак фракции 0-10 мм с расходом 30-50 кг/т агломерата без ухудшения технико-экономических показателей работы аглофабрики. В доменные печи и вагранки литейных цехов отправляется конвертерный шлак фракции 10-40 мм. При использовании конвертерного шлака в мартеновских печах вместо известняка за счет более раннего шлакообразования наблюдается более полное удаление фосфора в шлак.

ВЫВОДЫ

Таким образом, с экономической и экологической точек зрения использование высокоэффективных газоочистных систем с организацией полной и комплексной утилизацией отходов позволит увеличить технико-экономические показатели производства стали и значительно снизить уровень загрязнения окружающей среды. Использование конвертерного шлака взамен известняка в металлургическом переделе очень выгодно, так как позволит снизить расход природных шихтовых материалов и кокса, а также сократить выбросы углекислого газа и пыли. Организация процессов, контролирующих движение цинка в металлургических процессах, позволит существенно снизить отрицательное влияние цинка на технологию доменного производства при утилизации пылевыноса сталеплавильных агрегатов, а также рационально решить вопрос получения дополнительного количества дефицитного цинка из отходов черной металлургии. Комплексный подход к решению экологических проблем конвертерного производства позволит существенно улучшить экологическую обстановку на металлургических комбинатах страны.

ЛИТЕРАТУРА

 

1                Бойченко Б. М. Конверторне виробництво сталі: теорія, технологія, якість сталі, Дніпропетровськ.: 2004 – 470 с.

2                Вторичные материальные ресурсы черной металлургии: В 2-х т. Т. 2: Шлаки, шламы, отходы обогащения железных и марганцевых руд, отходы коксохимической промышленности, железный купорос: (Образование и использование): Справочник/ В. Г. Барышников, А. М. Горелов, Г. И. Папков и др. – М.: Экономика, 1986. – 344 с.

3                В.А. Куличенко, М.А. Поживанов, А.Д. Зражевский – Ресурсосберегающие технологии кислородно- конвертерных процессов. Часть 2. г.Днепропетровск: Днипро, 1995г.,213с.

4                Внутренний и глобальный рециклинг отходов производства – путь к малоотходным технологиям / И. А. Дорошев // Металлург. – 2001. - №10. С. 35 – 36.

5                Экологические проблемы черной металлургии Донбасса / И. М. Мищенко, А. И. Мищенко, С. В. Кольцов, Г. С. Клягин // Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2003. - №3. С. 136 – 137.

6                Состояние и перспективы комплексной переработки вторичных ресурсов черной металлургии Донецкой области// доц. Ростовский В. И.

7                Утилизация пылей и шламов в черной металлургии. Толочко А. И., Славин В. И., Супрун Ю, М., Хайрутдинов Р. М. Челябинск: Металлургия, Челябинское отделение, 1990. – 152 с.

8                Розенгарт Ю. И. Вторичные энергетические ресурсы черной металлургии  и их использование. – Киев : Вища школа, 1988. – 328 с.

9                Элементы безотходной технологии в металлургии : Учебное пособие для вузов / Шульц Л.А. – М.: Металлургия,1991.174с.

10           Довгопол В. И. Использование шлаков черной металлургии. – Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Металлургия, 1978. – 168 с.

11           Панфилов М. И. Металлургический завод без шлаковых отвалов. – М.: Металлургия, 1978. –  248 с.

12           Экономика комплексного использования железорудного сырья / В. И. Довгопол, А. А. Медведев, А. Н. Потанина, Г. А. Урявин. М.: Металлургия, 1992. – 176 с.