В ПРОЦЕССАХ ПОЛУЧЕНИЯ ЧУГУНА
25.10.1. Достоинства доменных печей и их использование.Доменная печь представляет собой агрегат, почти идеально приспособленный для переработки (утилизации) многих видов отходов. Это определяется следующим:
а) наличием в горне печи высокотемпературной зоны с окислительным потенциалом газовой фазы и температурами 2000—2400 °С, что обеспечивает практически полное сгорание всех горючих составляющих отходов;
б) наличием восстановительной атмосферы, что препятствует образованию таких моментов, как оксиды азота;
в) наличием многометрового, достаточно плотного слоя твердой шихты, который затрудняет интенсивный вынос твердых частиц, как бы «процеживая» поднимающиеся вверх газы;
г) наличием высокой (30 м и более) шахты, что обеспечивает почти полную утилизацию в самой шахте тепла отходящих газов (температура отходящих из печи газов всего 100—200 °С при температуре газов в горне 2000 °С и более);
д) высокой производительностью современных крупных доменных печей. При годовой производительности одной доменной печи 3,5 млн. т чугуна введение в шихту 5 % отходов позволяет перерабатывать ежегодно более 150 тыс. т отходов на одной печи.
По таким показателям, как производительность и расход кокса, экономически целесообразной представляется утилизация в доменной печи, например, металлической стружки, об-рези, скрапин и т. п.; однако такие отходы еще более целесообразно использовать в составе шихты сталеплавильных агрегатов. Что касается доменных печей, то в настоящее время во многих странах ведутся исследования в опытно-промышленных масштабах по переработке в них ряда отходов химических производств, отходов пластмасс, отработавших свой срок автомобильных покрышек, замасленной окалины и т. п., вплоть до переработки твердых бытовых отходов.
С 1995 г. на одном из германских заводов работает система вдувания в доменную печь угля, мазута и пластика. Собираемые отходы упаковочных материалов из пластмасс в измельченном до < 5 мм виде вдувают через 8 фурм из 32, имеющихся на печи. Мощность системы для вдувания пластмассовых отходов составляет 70 тыс. т/год. Система включает силосные бункера, грохоты, устройства для смешивания материалов. Отмечено, что объемы выбросов SO2, НОд. и пыли находятся на уровне предельно допустимых по принятым в Германии нормам. Усредненный химический состав вдуваемого в печь пластика, %: С 77,81; Н 11,99; S 0,9; Се 1,4; К 0,084; Са 0,092; золы 4,9.
Обширный цикл исследований возможности переработки пластмасс в печи шахтного типа проведен в Японии. Исследователи разработали схему производства полупродукта (жидкого чугуна) в агрегате типа вагранки с использованием в качестве шихты скрапа, а в качестве топлива порошкообразного угля и измельченного пластика. При работе с использованием кислородного дутья годовая произвот дительность агрегата должна составлять в зависимости от его размеров 14 т/дм3 объема. Расход топлива, кг/т жидкого металла: смесь порошкообразного угля 300 и порошкообразного пластика 150.
Большое значение приобретают ведущиеся в настоящее время исследования по переработке так называемых комплексных железных руд, т. е. руд, содержащих кроме железа другие ценные компоненты. Так, ученые Института металлургии Уральского отделения РАН разработали технологию плавки в доменной печи титаномагне-титовых руд с получением наряду с чугуном шлаков, содержащих 45—50 % ТЮ2 — ценного сырья для производства титана.
Исследуется возможность проплавки в доменных печах шлаков медеплавильного производства для получения чистых медистых чугунов, переработки в доменных печах руд, содержащих повышенные концентрации глинозема с целью получения глиноземистых шлаков, содержащих более 40 % А12Оз, т. е. сырья для получения алюминия, и т. д.
25.10.2. Восстановительные агрегаты.Извлечение ценных компонентов из таких отходов, как различные пыли, содержащие металлы или оксиды металлов, шламы, окалина, отсевы угля или руд и т. п., целесообразно не только с потребительских позиций (как вариант снабжения ценным сырьем), но и как способ устранения или сокращения до минимума количества отходов, которые могли бы вызвать загрязнение окружающей среды.
Утилизация различных пылей и отсевов обычно связана с предварительным их окускованием, окомкованием, агломерацией, восстановлением. Используемое для этих целей оборудование многообразно. В последние годы определенное распространение получили печи с вращающимся подом. В этих печах (типа карусельных) оксид железа восстанавливается непосредственно до железа (рис. 25.1, 25.2).
Такие компоненты, как пыль отходящих газов, прокатная окалина, отходы ферросплавов, замасленная стружка, вместе с мелким углем и коксом после измельчения попадают на окомкователь, где образуются самовосстанавливающиеся сырые окатыши. Благодаря смешиванию таких разнородных материалов (в том числе железной руды, хромистой руды и т. д.) химический состав этих окатышей может меняться в широких пределах.
Восстановительный агрегат — печь с вращающимся подом — работает как противоточный теплообменник с использованием радиальной загрузки материала в печь по качающемуся (поворачиваемому) ленточному кон вейеру.
Рис. 25.1.Печь с вращающимся подом:
пЛ^РИНЦ2П действия (-'-технологический газ; 2-подвод энергии излучением; 3-рудоугольные сырые
окатыши; 4- печь с вращающимся подом); б- план печи (/-загрузка окатышей 2- отходящие гшы J-
направление вращения пода; 4— перегородка; 5- выгрузка окатышей)
Рис. 25.2.Основные возможности процесса в печи с вращающимся подом
Материал проходит один оборот на вращающемся поду и выгружает при помощи шнека (винтового конвейера). Нагрев материала до температуры восстановления обеспечивается горелками. Отходящие газы горелок движутся в противотоке с твердой загруженной шихтой через зоны восстановления и предварительного подогрева на вращающемся поду. Загружаемые сырые окатыши проходят между загрузкой и выгрузкой путь, соответствующий повороту на 290°. За время этого поворота материал проходит практически через три зоны печи. Этими зонами являются:
I — зона предварительного подогрева. Горелки в этой зоне работают с избытком воздуха.
II — восстановительная зона. Имеющийся в шихте углерод и образующийся СО восстанавливают железо и никель. Свинец, цинк, галогены, содержащиеся в шихте, уносятся с газами и проходят через газоочистку. Горелки в этой зоне работают в восстановительном режиме.
III — зона выгрузки. Эта зона с нейтральной атмосферой отделена от
восстановительной зоны соответствующей завесой.
Температура газов в печи изменяется от 750 ºС в зоне выдачи до примерно 1250 ºС в восстановительной зоне. Из 8 т сырых окатышей получают 6 т восстановленных окатышей.
Горячие спеченные окатыши с восстановленными железом и никелем выгружают из печи и прямо в транспортных резервуарах доставляют к дуговой печи (непрерывной загрузкой и периодическими выпусками). В печи окатыши плавятся и восстанавливается хром.
Пример одного из составов получаемого полупродукта, %: С 3,5; Сг 10; Ni 20; Мп 2,5; Си 0,6; Мо 0,6.
25.10.3. Строительство отделений по извлечению цинка и свинца.Вариантом организации эффективной утилизации ценных компонентов пыли является строительство специальных отделений (цехов). Так, на одном из металлургических заводов (Германия) сооружена специальная установка по переработке пылеватых отходов с целью максимального извлечения цинка и свинца (рис. 25.3).
Рис. 25.3.Технологическая схема извлечения цинка и свинца из плавильной пыли доменных и сталеплавильных цехов, принятая фирмой Thyssen Stahl AG:
/ — уголь; 2— пыли; 3 — шламы; 4 — гранулятор; 5 —реактор кипящего слоя; 6— воздух; 7—компрессор; 8— топливо; 9— подогрев; 10— циклон; 11 — роторный охладитель; 12— вода; 13 — испарительный охладитель; 14 — смеситель; 15— на повторное использование; 16— шлаки; 17— отходящие газы; 18— тканевые фильтры; 19— концентраты, содержащие цинк и свинец
После окомкования пыли полученные гранулы поступают в реактор кипящего слоя, где при температуре около 1000 ºС в восстановительной атмосфере происходят возгонка примесей цветных металлов и удаление образующихся паров, содержащих цинк, свинец и щелочные элементы. Далее в циклонах продукты возгонки отделяются от пыли, а гранулы, состоящие в основном из оксидов железа, после охлаждения поступают на аглофабрику.
Пыль, осажденная в циклонах, возвращается в реактор кипящего слоя, а возгоны после охлаждения отделяют от газа в рукавных фильтрах и направляют на реакцию уловленных в них цинка и свинца. Степень извлечения цинка и свинца при использовании такой технологии достигает 80 %.
25.10.4. Новые методы утилизации угольной мелочи.Утилизация отсевов — угольной мелочи — с использованием металлургических технологий может быть реализована процессом REDSMELT (от англ. REDuction + + SMELTing — восстановление + + плавление), разработанным фирмой Mannesmann Demag (Германия).
Процесс проводится в двух агрегатах: на первой стадии в огромные роторные печи (диаметром до 60м) загружают железорудно-угольные окатыши с целью их металлизации до 85 %; затем металлизованные окатыши поступают в электропечь, где получают полупродукт, содержащий, %: С 2—4; Si до 0,3; S менее 0,05.
При двух роторных печах и одной электропечи мощностью 60—65 МВт производительность комплекса около 1 млн.т полупродукта (синтетического чугуна) в год стоимостью 90—130 долл./т. Далее полученный полупродукт используют в качестве ме-таллошихты.
Определенное распространение получает способ совместной переработки оксидных железосодержащих отходов, доменной и сталеплавильной пыли и кеков1, угольной мелочи и коксика (последние играют роль восстановителей). Процесс восстановления осуществляют в печи с вращающимся подом. Полученный продукт со степенью металлизации 85-92 % и содержанием 2—4 % С в виде окатышей или брикетов используют в шихте металлургических агрегатов. Разработавшие этот способ американские и японские фирмы (Midrex Direct Reduction Corp. и Kobe Steel Ltd.) назвали его FASTMELT-про-цессом. Способ переплава получаемого полупродукта в дуговой печи специальной конструкции называют FASTMELT-процессом. Получаемый при этом синтетический чугун, названный FASTIRON, содержит, %: С 3,0-5,0; Si 0,2-0,5; Мп 0,8-1,2; S < 0,05; Р < 0,05. Такой материал может считаться чистой металлошихтой, содержащей мало примесей цветных металлов.
'От англ, cake — затвердевать. (В металлургии — слой твердых частиц, остающихся на фильтрующей поверхности после фильтрации суспензий.)
Дата добавления: 2015-06-22; просмотров: 1143;