Источник: http://briket.ru/newpublications/metallurg102002.html#print
Актуальность данной темы возникла на стыке двух противоположных тенденций, возникающих в металлургическом производстве. С одной стороны, запасы коксующихся углей неуклонно сокращаются, их цена постоянно растет; уменьшается добыча природного железорудного сырья, увеличиваются затраты на его обогащение; практически не осваиваются новые месторождения; постоянно растут тарифы на энергоресурсы и железнодорожные перевозки. С другой стороны, возрастают накопленные десятилетиями отходы металлургического, горнодобывающего, машиностроительного и химического производств, топливно-энергетического комплекса.
Сегодня по объему и содержанию полезных компонентов техногенные месторождения можно приравнять к месторождениям природных ископаемых. Расположение этих отходов вблизи металлургических производств, а также то, что не требуется огромных затрат на их освоение – факторы положительные. Анализ данных явлений позволили сформулировать научную задачу, решение которой возможно по двум направлениям: С одной стороны, переработка и утилизация отходов, и использование их в виде относительно дешевого металлургического сырья даст значительное снижение затрат на шихту, повысит качество и конкурентоспособность, а главное – снизит себестоимость готовой продукции. С другой стороны, очистка целых регионов, где скопились огромные техногенные месторождения отходов, а также утилизация текущих накоплений отходов от вышеперечисленных производств, в итоге – решение экологической проблемы.
Сегодня только в одной Тульской области скопилось более 17 млн т техногенных отходов от металлургических и химических производств, содержащих соединения различных металлов и в первую очередь, железа, а в целом по России, по информации в открытой печати, эта цифра колеблется от 450 до 550 млн т, и эти запасы продолжают расти. Есть вполне обоснованные подозрения, что реальные запасы техногенных месторождений значительно больше, чем значатся официциально. Поскольку у геологов было принято ставить размер премий за открытое месторождение в зависимости от его объема, и поэтому был стимул этот объем при оценке завышать (пример – Уренгой, первоначальная оценка запасов которого оказалась, завышена почти в два раза). У производственников, наоборот, объемы выбросов заведомо уменьшают, чтобы снизить бремя экологического сбора.
В настоящее время объем запасов техногенных месторождений сопоставим с находящимися в эксплуатации природными месторождениями.
На сегодняшний день «ЭкоМашГео» имеет уникальную технологию определения границ и объемов залежей техногенных отходов, расположенных на глубине до 50 м с разрешающей способностью до 0,2м. Технология отличается от классических георадарных технологий большой информативностью, разрешающей способностью и глубиной исследований.
Существующие технологии использования отходов производств, и в первую очередь металлургических, несовершенны. Например: использование аглодоменного плама при производстве агломерата имеет технологический предел – не выше 250кг/т.
Пыль установок сухого тушения кокса – ценнейшее топливо с высоким содержанием углерода – в лучшем случае, можно использовать как материал для вспенивания сталеплавильного шлака в электродуговых печах или добавлять к шихте для коксования.
Специалисты фирмы ООО «ЭхоМашГео», работающие над этими проблемами с 1997г., накопили большой научно – технический потенциал и разработали принципиально новый способ подготовки шихтового материала для металлургических переделов.
Создан металлургический брикет с использованием нетрадиционного вяжущего и углеродистого наполнителя – принципиально новая композиционная шихта, применение которой в металлургии способно вернуть отходы промышленности в металлургический передел в виде сырья о достаточно высокой рентабельностью.
Производство таких брикетов позволит существенно улучшить технико-экономические показатели переделов предприятий, при этом улучшив экологическую обстановку региона.
К отходам машиностроения, которые можно вернуть в металлургию в виде сырья, можно отнести:
-прокатную и кузнечную окалину;
-чугунную и стальную стружку;
-металлостоев;
-пыль установок аспирации.
Отходы металлургической промышленности:
-колошниковая пыль;
-пыль установок аспирации;
-шлаки и шламы;
-прокатная окалина;
-коксовая мелочь и пыль.
Отходы угледобывающей промышленности:
-угольная мелочь и пыль;
-шламы;
-хвосты обогащения.
Отходы коксохимической промышленности:
-коксовая мелочь и пыль;
-смолы.
Отходы топливно-энергетического комплекса:
-золы ТЭЦ;
-угольная пыль.
Отходы лесной промышленности:
-мелочь древесного угля;
-лингосульфосфаты;
-отходы древесины.
Все это можно утилизировать методом холодного окускования.
Окускование является одной из актуальных задач в подготовке железосодержащих материалов к металлургическому переделу.
Известны три способа окускования мелких руд, концентратов и отходов; агломерация, грануляция (скомкование) и брикетирование.
Агломерация – процесс получения кусков(агломерата) методом спекания мелкой руды и концентрата с топливом при высокой температуре горения. Процесс агломерации – высокотемпературный, поэтому часть вредных примесей (например, сера) возгоняется.
Грануляция – (окомкование - скатывание) – процесс получения окатышей, основанный на свойстве увлажненных тонко измельченных частиц руды или концентрата образовывать окатыши большей или меньшей крупности и прочности, которым скатыванием в специальных аппаратах придается необходимые размер и форма, а последующим обжигом – повышенная прочность.
Брикетирование– процесс получения кусков (брикетов) с добавкой и без добавки связующих веществ с последующим прессованием смеси в брикеты нужных размера и формы.
В России в настоящее время производится около 52 млн т агломерата, 30 млн т окатышей. В то же время не существует ни одного производителя металлургических брикетов методом холодного вибропрессования и не производится ни одной тонны металлургических брикетов в промышленных объемах.
Брикетирование в черной металлургии – это наиболее ранний способ окускования, который широко применялся для этой цели во второй половине 19 века.
В начале 20 века брикетирование было вытеснено агломерацией по нескольким причинам, основной их которых стала неэкономичность. Так, маломощные прессы имели низкую производительность, в то же время были созданы агломерационные машины производительность более 2000 т агломерата в сутки.
Сегодня можно брикетизовать более 5000 т сырья в сутки на одной автоматической линии, причем экологически чистым и безотходным методом.
Несомненные преимущества брикета:
-правильная одинаковая форма и масса, большее содержание металла в единице объема, более высокая прочность и лучшая транспортабельность;
-более высокий удельный вес;
-экологическая безопасность (безотходность, отсутствие высоких температур при изготовлении);
-возможность применения в брикете в любом соотношении углеродсодержащего наполнителя для активизации процессов в металлургической печи (карбюризатор, восстановитель, энергоноситель);
-возможность использования всех видов тонкодисперсных железофлюсолегироуглеродсодержащих отходов металлургического передела.
В качестве технологических параметров приняты: предел точности, плотность и пористость брикета, которые достигаются в заданных пределах путем воздействия на шихту удельным давлением 0.025-0.09 Мпа, вибрацией с частотой 35-65Гц и амплитудой колебаний 0.25-0.55 мм до состояния, обеспечивающего достижение заданных значений этих параметров. При этом увлажнение производят до получения установленного для данной смеси водно-связующего соотношения.
При разработке технологии производства брикета приоритетными являлись следующие задачи:
-получение брикета с заданными свойствами по требованиям конкретного заказчика (предложенная нами технология позволяет получить брикет с заданными геометрическими размерами и физическими свойствами);
-компонентный состав брикета, который и определяет его металлургическую ценность, разрабатывается с участием специалистов – металлургов предприятия - потребителя брикета;
-эффективность производства и применения брикета, которые достигаются благодаря размещения брикетной фабрики в непосредственной близости от источников образования отходов и плавильных агрегатов, расположенных, как правило, на одной площадке;
-высокая производительность, низкая стоимость вибропрессового оборудования, минимальное количество обслуживающего персонала (вибропресс «Рукис» с производительностью до 8000 тонн брикетов в месяц обслуживают 5 человек в смену).
Рассмотрим схему подготовки шихты для выплавки стали традиционным способом и по предлагаемой нами технологии.
Традиционный способ производства стальной продукции достаточно длительный, энергоемкий и затратный. Он состоит из следующих процессов:
-геологическая разведка и освоение месторождений природных ископаемых;
-добыча и обогащение железорудных окатышей, агломерата и каменноугольного кокса;
-доменный передел, продуктом которого являются жидкий и чушковый чугун, а так же синтиком;
-выплавка стали
-обработка металла давлением (прокатное, кузнечно-штамповочное производства).
На каждой стадии образуются отходы, металлургическая ценность которых достаточно высока и в настоящее время они не используются в полной мере, не реализована в полной мере, среди них прокатная и кузнечная окалина, пыль установок аспирации, пыли УСТК, колошниковая пыль, шламы, чугунная и стальная стружка, коксовая мелочь и другие. При использовании брикетов исключаются первые три дорогих процесса.
Предваряя вопрос о повышенном содержании вредных примесей в используемых отходах: сера, фосфор, щелочи, цветные металлы и др., отметим, что при выплавке чистых по примесям спецсталей можно использовать первородные материалы: высокообогащенные железные концентраты: древесный уголь; пироеглурод, графиты и др.
В тесном сотрудничестве с металлургами ряда предприятий, как на территории России так и за ее пределами, нами определены область применения брикетов: доменное, сталеплавильное (конверторное, мартеновское и электросталеплавильное), ферросплавное, литейное производства и разработать соответствующие составы.
Виды брикетов и их металлургическая ценность:
Доменное производство:
БЖУ-Д – заменитель железосодержащего сырья (агломерата, металлодобавок), доменного кокса и флюса;
БЖУ-ДП – для промывки металлоприемника доменных печей (40-60% FeO);
БЖУ-ДС – с марганцем и кремнием для выплавки специальных марок чугуна;
БЖУ-ДГ – для наращивания гарнисажа металлоприемника доменных печей.
Сталеплавильное производство:
БЖУ-С– заменитель чугуна, углеродистого скрапа углеродсодержащих добавок и флюсов;
БЖУ-СЛ – с раскисляющими легирующими добавками (Mn, Si, Al и т.д.);
БЖУ-СК – для шлакообразования и регулирования температуры металлической ванны;
БЖУ-СД – композиционный с легирующими добавками и древесным углем в качестве восстановителя.
Ферросплавное производство:
БЖУ-Ф – композиционный для производства ферросплавов (с FeSi, FeCr, FeS, Cr, SiMn, FeMn, S, Al и углеродом в виде коксовой и графитовой пыли и мелочи, порошкового древесного угля).
Литейное производство:
БЖУ-ЛС – специальный с легирующими и раскисляющими добавками;
БЖУ-ЛЧ – композиционный железо-углеродсодержащий, как заменитель ушкового чугуна и чугунного скрапа при получении жидкого литейного чугуна;
БЖУ-ЛД – композиционный с древесным углем в качестве восстановителя.
Металлургический брикет является естественным развитием предложенного ранее шихтового материала тульской разработки – синтикома и имеет следующие преимущества:
-брикет намного дешевле;
-брикет является шихтой не только для сталеплавильного, но и для доменного и ферросплавного производств;
-содержание так необходимого металлургам углерода в брикете значительно выше.
-технология холодного брикетирования позволяет обеспечить стабильность массы и однородность химического состава каждого брикета.
Выводы:
Разработаны и просчитаны экономически выгодные цены на металлургические брикеты(для каждого производства в зависимости от условий, объемов выпускаемой продукции, объемов использования в пределах эти цены будут колебаться).
Например, для доменной печи объемом от 1000 до 2000 м3 - при использовании в шихте брикета состава % (масс): Fe-52.14%; C-19.37%; CaO-8.17%; SiO2-12.56%; MgO-0.38%; состоящего из окалины, шлама, металлодобавки мелких фракций, коксовой пыли введение в шихту 271 кг/т чугуна – достигается:
-снижение себестоимости чугуна на 92.2 руб/т;
-снижение расхода кокса на 58 кг/т;
-увеличение производительности на 4.6% за счет;
-замены части кокса коксовой мелочью железо-углеродсодержащего брикета.
-вовлечения в доменную шихту окускованных мелкофракционных дешевых железосодержащих материалов.
При использовании брикетов в сталеплавильном производстве был сделан сравнительный анализ получения стали традиционным методом из чушкового чугуна и с применением брикета БЖУ-С 45/19, имеющего следующий химический состав, %(масс):Fe-45.0; C-19.0; Ca-9.2; MgO-0.7; SiO2, P2O5 и другие – 25.1 Все компоненты брикета покупались на различных предприятиях России и доставлялись к месту производства железнодорожным транспортом. В процессе производства мы получили стоимость одной тонны железа (руб.): для чушкового чугуна 3100х0.95=2945; для брикета БЖУ-С 45/19 1534.00, т.е. фактическая стоимость брикета значительно ниже его металлургической ценности (2945руб.-1534руб. =1411руб.) и эффективность использования его в пересчете на 1 т железа составляет 1411 руб.
Экономическая эффективность применения брикетов как в доменном, так и в сталеплавильном производстве значительно выше из-за того, что отходы промышленных производств мы вынуждены были закупать и транспортировать к месту брикетирования, а на предприятиях (или вблизи их) лежат «запасы сырья», стоимость которых минимальна.
Сотрудничество фирмы «ЭкоМашГео» с предприятиями, накопившими бесценный теоретический и практический опыт, у которых широкая география внедрения положительного передового опыта, патентообладателями в области утилизации отходов и получения из них высокорентабельного металлургического сырья позволит:
-определить границы и объем залежей техногенных отходов, расположенных в вашем регионе;
-отработать технологию производства брикетов для конкретного предприятия;
-отработать опытно-промышленную партию металлургического сырья из представленных отходов и провести технологическое сопровождение балансовых плавок с целью получения максимального экономического эффекта для конкретного предприятия;
-оказать помощь в приобретении, установке и отладке оборудования, произвести пуско-наладочные работы;
-обеспечить гарантийное и сервисное сопровождение процессов производства металлургических брикетов;
-обеспечить дальнейшее расширение сферы услуг в области развития технологии брикетирования в металлургическом производстве.