ИСТОЧНИКИ ОБРАЗОВАНИЯ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОТХОДОВ ПРОКАТНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Махортова Ю. В., Бондарь А.С.
Донецкий национальный технический университет

Источник: Сборник научных трудов студентов физико-металлургического факультета ДонНТУ. — Донецк: ДонНТУ, 2008.

В прокатных цехах металлургических предприятий основными отходами являются окалина первичных и вторичных отстойников, сварочный шлак жидкого и сухого шлакоудаления, железный купорос, шлам нейтрализации, металлическая пыль, стружка от порезки заготовок, гранулят и шлам машин огневой зачистки металла и др. Для организации безотходного прокатного производства эти отходы должны быть соответствующим образом подготовлены и направлены потребителям, например в агломерационное производство.

Наличие перечисленных отходов на конкретном предприятии зависит от состава прокатных цехов, а также от вида выпускаемой продукции и ее обработки. Не все отходы прокатного производства находят полное или частичное применение. Окалина первичных отстойников на металлургических предприятиях утилизируется на 99,7 %, то вторичных отстойников всего на 75,1%. Сварочный шлак используется на 78 %. Для организации полной утилизации необходимо рассмотрение основных физико-химических свойств отходов прокатного производства и трудности их утилизации.

Окалина первичных отстойников

Окалина является продуктом окисления наружного слоя раскаленного металла. Как правило, технологическая линия прокатных станов представляет собой цепь последовательно соединенных звеньев: нагревательная печь (колодец) — черновая группа клетей — чистовая группа клетей — оборудование для порезки проката – холодильник. Все звенья технологически связаны рольгангами. По всей технологической цепочке предусмотрены специальные подстановые тоннели, куда поступает использованная после охлаждения оборудования стана вода. Сюда же попадает и отделенная от прокатываемого металла окалина. Отделение окалины производится по всей технологической линии. После нагрева в печи или колодце слиток поступает на приемный рольганг, где предусмотрен отбойник окалины. Окалина удаляется также гидросбивом, паровзрывным способом, окалиноломателями. Вся отделенная окалина поступает в подстановый тоннель и транспортируется водой в первичный отстойник окалины, расположенный в цехе и представляющий собой железобетонный колодец прямоугольной формы с двумя рукавами — подводящим и отводящим. В отстойнике осаждаются наиболее крупные частицы окалины размером до 2,5 мм при среднем диаметре частиц 0,5 — 0,7 мм. Частицы окалины имеют пластинчатую форму. При истинной плотности 4,6 — 4,9 г/см³ насыпная плотность составляет 1,57 — 1,37 г/см³. При большом поступлении смазочных материалов в отстойники в окалине обнаруживаются нефтепродукты, что отрицательно влияет на дальнейшую ее утилизацию. В этой окалине содержится до 1,74 — 3,8 % масел.

Окалина вторичных отстойников

После первичных отстойников вода с мелкими частицами окалины (менее 0,1 мм) поступает на вторичные отстойники. Как правило, это многосекционные горизонтальные отстойники. Окалина вторичных отстойников содержит повышенное количество нефтепродуктов и воды, что затрудняет ее подготовку и утилизацию. По этой причине этот материал утилизируется в среднем всего на 75,1 %, т.е. около 100 тыс. т ежегодно вывозится в отвал.

Рассмотрим работу прокатных цехов с точки зрения удаления окалины и ее использования. После нагревательных колодцев слитковозом слиток подается на приемный рольганг и транспортируется далее по технологической цепочке. Образующаяся окалина транспортируется водой в расположенный в цехе первичный отстойник окалины. Следует отметить, что вместе с водой в подстановый тоннель попадают применяемые для смазки оборудования масла. Это является основной причиной замасливания окалины. Из первичного отстойника окалина отгружается грейферным краном в вагоны. После первичного отстойника вода поступает на промежуточную насосную станцию, а от нее под давлением подается на горизонтальный вторичный отстойник окалины. На отстойнике предусмотрена система маслоудаления. Окалина из отстойника отбирается грейферным краном. Часть более крупной окалины отбирается из карманов секций и складируется на специальную площадку для подсушивания. По мере поступления вагонов она отгружается потребителям. Содержание нефтепродуктов в этой окалине составляет 1,8%. Другая часть более мелкой окалины с содержанием нефтепродуктов до 15 %, складируется в бетонном бункере и периодически вывозится в отвал.

Очищенная вода через насосную станцию поступает на градирни для окончательного охлаждения и вновь подается в цех.
В листопрокатном цехе нагрев слитков производится в методических печах. После нагрева слиток подается рольгангом на черновую клеть, а затем на чистовую. Клети расположены в одну линию. Окалина удаляется механическим и паровзрывным способом и попадает в подстановый тоннель, а из него в первичный отстойник окалины. Отгрузка окалины вторичных отстойников ведется так же, как и в обжимном цехе. Из цеха вода самотеком поступает на общий для листопрокатного и сортопрокатного цехов вторичный отстойник окалины.

В сортопрокатном цехе после нагревательных печей слитки рольгангами подаются на обжимные — черновые, а затем на чистовые клети. По всей технологической линии предусмотрено гидроудаление окалины, аналогичное листопрокатному цеху. У каждого стана есть свой первичный отстойник окалины, в котором она содержит до 3 % нефтепродуктов. Из первичных отстойников поток воды примыкает к потоку листопрокатного цеха и поступает на вторичный отстойник окалины.

Рассматривая физико-химические свойства окалины о первую очередь необходимо обратить внимание на пластинчатость формы, мелкодисперсность и замасленность. Именно эти факторы являются определяющими при оценке возможности к ее утилизации. Наиболее широкое применение окалина нашла в агломерационном производстве.

Сварочный шлак

В процессе нагрева слитков перед прокаткой в нагревательных колодцах образуется окалина, которая накапливается на подине колодцев с материалами подсыпки. Существует два метода удаления смеси материалов из колодца: сухое и жидкое. При жидком шлакоудалении на подину подсыпают песок для образования легкоплавких соединений в виде фаялита. Расплав вытекает в специальные чаши, в которых он остывает и поступает на дробление. При таком способе образуется сварочный шлак, который в среднем содержит 20 % кремнезема и 55 % железа. Этот материал используется для промывки доменных печей. Часть этого материала из-за недостатка оборудования для подготовки вывозится в отвал. Из 241,7 тыс. т образовавшегося на металлургических предприятиях Украины шлака утилизируется 138,5 тыс.т.

При сухом шлакоудалении на подину колодцев насыпается мелкий коксик и известняк и периодически указанные материалы совместно с окалиной выгружаются и вывозятся в отвал. Существует также технология подсыпки подины окатышами. По такой технологии образуется ценный железосодержащий материал (окатыши и сваренная с ними окалина), который используется в доменных печах. При использовании 1 тонны окатышей образуется 2 тонны продукта. Работа предприятий по такой технологии исключает вывоз в отвал ценных отходов производства.

Отходы от порезки металла

В прокатном производстве и при непрерывной разливке стали широко применяется порезка металла на мерные длины заготовок или готовой продукции. Порезка в основном осуществляется дисковыми пилами, гильотинными ножницами, газокислородными резаками. Образующиеся крупнокусковые отходы от порезки металла в основном используются в качества оборотного в сталеплавильное производство. В то же время мелкие отходы не находят полного применения.

В процессе непрерывной разливки стали слиток из кристаллизатора поступает в вытяжные валки. Этот процесс аналогичен процессу прокатки, поэтому и здесь образуется окалина, аналогичная прокатной. Кроме того по достижении необходимой длины слиток режется газовыми резаками. При этом гранулированные капельки жидкого металла, образующиеся при резке, выносятся факелом, охлаждаясь, попадают вместе с окалиной в приямок. Из приямка этот продукт вывозится на свалку. Утилизация этого материала затруднена из-за сложного гранулометрического состава. Здесь наряду с мелкодисперсной окалиной присутствует и крупная фракция — результат сваривания жидких капель металла. В связи с этим возникает необходимость разделения данного продукта по фракциям. При этом мелкую окалину можно использовать при агломерации, а крупную — в доменном или сталеплавильном производстве.

При резке металла в прокатных цехах дисковыми пилами образуется стальная стружка, которая не находит полного применения. В то время, доменный цех остро нуждается в металлодобавках.

Отходы огневой и механической зачистки металла

В процессе огневой зачистки металла образуется отходы, содержащие 50 — 80 % неокисленного железа и 50 — 20 % закиси железа. При сплошной огневой зачистке слитков их расход составляет до 3,5 — 8 %. Для предотвращения образования наростов и глыб устанавливают форсунки гидросбива. При правильной установке форсунок отходы хорошо измельчаются и наиболее мелкие частицы порошка увлекаются газовым потоком и осаждаются в пылеуловителях. Общее количество такого порошка с преобладанием частиц размером 0,1 — 0,2 мм составляет до 5 — 10 %. При огневой зачистке 15 % металла сгорает, а 85 % — плавится. Гранулированный расправленный металл в виде мелкого порошка (гранулят), содержащий до 95 — 96 % чистого железа, поступает вместе с водой в яму гранулята. Этот порошок в чистом виде имеет большую ценность. Однако в производственных условиях машины работают периодически и этот материал сильно загрязняется. Водоток от машины огневой зачистки обычно примыкает к системе водоснабжения прокатных цехов. При механической обработке поверхности металла образуется мелкий металлический порошок (содержание железа 80 — 85 %). Средний диаметр частиц этой пыли 36 мкм, истинная плотность 6,35 т/м³. Утилизация этого материала усложнена из-за слишком мелкого размера частиц.

©ДонНТУ 2009 Махортова Ю. В.