Спосіб одержання безвипального залізофлюсу з відходів металургійного виробництва

1. Спосіб одержання безвипального залізофлюсу з відходів металургійного виробництва, що включає дозування, виходячи із заданого хімічного складу, прокатної окалини, колошникового пилу, шламів доменного й сталеплавильного виробництва, їхнє змішування і оґрудкування, який відрізняється тим, що компоненти дозують таким чином, щоб у суміші вміст фракцій нижче 70 мкм був 80-90 % від маси шихти, а змішують із додаванням сполучного, кристалохімічного інтенсифікатора твердіння та інтенсифікатора твердіння при від'ємних температурах при наступному співвідношенні компонентів суміші, мас. %: U 2 (19) 1 3 24479 До недоліків відомого способу слід віднести насамперед те, що отриманий залізофлюс неможливо використовувати безпосередньо в доменному або сталеплавильному процесах, оскільки він не має необхідного гранулометричного складу і міцності в холодному стані. Тому отриманий залізофлюс використовують для виробництва агломерату. Необхідність витрат твердого палива при виробництві агломерату різко підвищує загальні витрати на доменний процес, а внаслідок неминучого використання твердого палива, як джерела теплоти на етапі випалу, при подальшому переділі буде потрібно додаткова витрата коксу. Крім того, істотним недоліком відомого технічного рішення є відсутність дозування по хімічному складу відходів, що складають шихту. Висока, у зв'язку із цим, коливанність по хімічному складу основних компонентів у відходах металургійного виробництва визначає відповідну коливанність їх в агломераті, що призводить до зниження якості агломерату і додаткових витрат коксу в доменному переділі. Відомий спосіб виробництва безвипального залізофлюсу з відходів металургійного виробництва відповідно до [патенту UA №23224 А МПК С22В1/24 від 23.07.96р.] (найближчий аналог), що включає складування, попереднє змішування й усереднення прокатної окалини, колошникової пилу, шламів доменного, сталеплавильного й прокатного виробництв, відсівань агломерату, окатишів шля хом формування штабеля. З метою поліпшення якості залізофлюсу відходи металургійного виробництва попередньо дозують, виходячи з їхнього хімічного складу, для досягнення певного заданого вмісту оксидів заліза, кальцію, кремнію й вуглецю в залізофлюсі. Такий залізофлюс, відповідно до відомого способу, як і вище розглянутий аналог, використовують як добавку до шихти для виробництва агломерату або окатишів. Для цього ши хту з залізофлюсом піддають агломерації або випалу при температурі 1250-1280°С, після чого продукт - агломерат або окатиші - можна завантажувати в доменну піч. При дозування по хімічному складу відходів, з яких складається залізофлюс, продукт подальшого переділу - агломерат або окатиші, будуть мати прогнозований стабільний хімічний склад. За рахунок цього підвищується якість продукту, що позитивно відіб'ється на подальшому використанні його в доменному процесі. Однак, необхідних міцності в холодному стані й гранулометричного складу для доменного процесу відомий залізофлюс не має. Тому істотним недоліком відомого технічного рішення, як і у вищерозглянутому аналогу, є те, що відсутня можливість безпосереднього завантаження цього залізофлюсу в доменну піч замість вапняку, а вироблений із зазначеного залізофлюсу агломерат, що завантажують у доменну піч разом з низькоосновними окатишами, не забезпечує їх офлюсування до основності шлаків. Основність кінцевих шлаків доменної плавки становить (СаО:SіО2)=1,27-1,29; основність агломерату й окатишів перебуває в межах 1,20-1,25 і 0,2-0,6 4 відповідно, що вимагає завантаження в доменну піч вапняку (СаСО3). Уведення вапняку вимагає додаткової витрати коксу - 0,5% на кожні 10кг/т чавун у. Крім того, вуглець, який вміщують шлами і колошниковий пил є тонкодисперсним (більше 85% клас - 0,25мм), що обумовлює низьку ефективність його, як джерела теплоти, при агломерації. Одержаний агломерат при завантаженні його в доменну піч містить не більше 0,15% залишкового вуглецю. Такий вміст вуглецю не забезпечує зниження витрат коксу в доменній плавці. В основу корисної моделі поставлена задача створення способу одержання безвипального залізофлюсу з відходів металургійного виробництва, який забезпечує виробництво гранульованого залізофлюсу, що задовольняє вимогам безпосередньо доменного процесу по металургійним властивостям - міцності в холодному стані й при відновлювально тепловій обробці в доменній печі, відновленні і гранулометричному складу. Поставлена задача вирішується тим, що в способі одержання безвипального залізофлюсу з відходів металургійного виробництва, що включає дозування, виходячи із заданого хімічного складу, прокатної окалини, колошникового пилу, шламів доменного й сталеплавильного виробництва, їхнє змішування й огрудк ування, відповідно до корисної моделі, компоненти дозують таким чином, щоб у суміші вміст фракцій нижче 70мкм був 80-90% від маси шихти, а змішують із додаванням сполучного, кристалохімічного інтенсифікатора твердіння й інтенсифікатора твердіння при від'ємних температурах при наступному співвідношенні компонентів суміші, мас. %: сполучне 8-12 кристалохімічний інтенсифікатор 2,5-6,4 від твердіння сполучного інтенсифікатор твердіння при ві- 0,05-0,12 від д'ємних температурах сполучного відходи металургійного виробництва решта, після чого огрудкований продукт витримують при температурі від -10 до +20°С протягом 20-30 діб. Як сполучне можна використовувати портландцемент. Як кристалохімічний інтенсифікатор твердіння можна використовувати дрібнофракційне обпалене вапно або портланід Са(ОН)2. Як інтенсифікатор твердіння при від'ємних температурах можна використовувати водяний розчин карбонату калію й лугу (К2СО 3+КОН) у співвідношенні 1:1. Суть корисної моделі полягає в тому, що для одержання безвипального залізофлюсу з необхідною міцністю в холодному стані й при відновлювальній тепловій обробці безпосередньо в доменній печі, дозовану відповідно до необхідного хімічного складу суміш огрудковують з додаванням сполучного, наприклад цементу, вапна й інтенсифікатора твердіння цементу. При цьому необхідно, щоб процес огрудкувння з додаванням сполучного проходив зі швидкістю, яка забезпечує ефективне зміцнення гранул, що утворяться. Для цього суміш 5 24479 дозують, підтримуючи в суміші вміст фракцій нижче 70мкм у кількості 80-90% від маси шихти. Регламентування меж вмісту в суміші дрібних і грубозернистих фракцій пов'язане із забезпеченням необхідності ефективного впливу сполучного на швидкість процесу огрудкування. Суміш, яка містить більше 80-90% по вазі дрібних фракцій (нижче 70мкм), не має в достатній кількості готових зародків для формування гранул. Тому в процесі огрудкування буде потрібний додатковий час і витрати енергії для утворення зародків гранул, а тільки потім - самих гранул. У той же час із суміші, що містить 10-20% відносно великих фракцій більше 70мкм, у процесі огрудкування, за рахунок готових зародків, з високою швидкістю формуються гранули 10-20мм у кількості не менше 90% (по вазі) від завантаженої на гранулятор шихти. При вмісті в шихті менше 80-90% по вазі дрібних фракцій (нижче 70мкм), не створюються умови для формування самої маси гранули й сформованих гранул буде тим менше, чим менше вмісту в ши хті дрібних фракцій. Додавання в суміш відходів металургійного виробництва сполучного, у якості якого краще брати портландцемент, у кількості 8-12%мас. забезпечує необхідну міцність. При зниженні вмісту цементу в ши хті нижче 8%, його кількості недостатньо для забезпечення необхідної міцності гранул залізофлюсу. При збільшенні вмісту цементу більше 12% знижується концентрація заліза до рівня (з 46,32 до 42,17), при якому погіршуються техніко-економічні показники доменної плавки - на 1% зниження заліза в доменній шихті збільшується витрата коксу на 1,4% і знижується продуктивність на 2,4%. Ефективне офлюсування в доменному процесі забезпечує співвідношення цемент - вапно, яке має становити 1,25-4,8. Якщо співвідношення нижче 1,25 - знижується основність залiзофлюсу. При збільшенні співвідношення вище 4,8 - знижується вміст заліза в залізофлюсі до рівня, що погіршує показники доменної плавки. У рамках заявлених меж сполучного (8-12) і кристалохімічного інтенсифікатора твердіння (2,56,4), що по суті є вапном, це співвідношення виконується, а значить основність залізофлюсу, що заявляється, буде забезпечувати е фективне офлюсування в доменному процесі. Додавання в шихту кристалохімічного інтенсифікатора твердіння, у якості якого краще брати портланид у кількості 2,5-6,4% від ваги сполучного (наприклад, портландцементу), після витримки на протязі 28 діб дає підвищення міцності на 10-25%. У якості кристалохімічного інтенсифікатора твердіння можна використовувати дрібнофракційне обпалене вапно, а також гідросилікати кальцію, які повинні бути структурними й хімічними аналогами основної маси гідратних новотворів. Причина підвищення міцності полягає в тому, що при введенні армируючих кристалів портланиду або гідросилікатів кальцію, ідентичних по складу й структурі основній масі портландцементу, адгезій не перевищити міцність звичайного цементного каменю. Портланид або гідросилікати кальцію є однією з основних фаз цементного каменю і 6 їхня добавка до гранул залізофлюса, що твердіють, сприяє інтенсифікації процесів кристалізаційного структуроутворення. Добавка в шихту інтенсифікатора твердіння при від'ємних температурах прискорює підвищення міцності гранул залізофлюсу в інтервалі температур від -10°С до +20°С. Відомо, що твердіння цементу при зниженні температури вповільнюється, а при від'ємній припиняється. В технічному рішенні, що заявляється, при взаємодії рідкої фази інтенсифікатора твердіння при від'ємних температурах , яка представляє водяний розчин (К2СО3+КОН), з мінералами цементу твердіння останніх іде при температурі від +5 до -10°С так само, як і при +20°С, при цьому утворюються додаткові гідратні фази, що дають кристалічний зросток зі стабільною міцністю. Зниження добавки інтенсифікатора твердіння при від'ємних температурах до кількості нижче 0,05% призводить до уповільнення затвердіння гранул, а збільшення кількості добавки більше, ніж 0,12% не впливає на швидкість твердіння гранул залізофлюсу. При роздільному використанні К2СО3 і КОН не вдається одержати таке істотне збільшення міцності гранул , як при їхньому спільному використанні. Заявлене співвідношення К2СО3 і КОН-(1:1) пов'язане із введенням у систему, що твердіє, великої кількості іонів (ОН), що знижують евтектичну точку замерзання води до -62,5°С. Витримування гранул на протязі 20-30 діб при температурі від -10 до +20°С забезпечує процес твердіння й зміцнення гранул без виникнення внутрішніх напружень у гранула х. Завантаження й подальше використання в доменній печі залізофлюсу гранульованого, котрий містить тонкодисперсний вуглець, дозволяє в інтервалі температур 900-1150°С, що відповідає «хімічно резервній зоні» доменної печі, створити умови для розвитку процесів прямого відновлення вюститу до металевого заліза за рахунок вуглецю, який містять гранули залізофлюсу. Таким чином, сукупність заявлених істотних ознак способу одержання безвипального залізофлюсу з відходів металургійного виробництва вирішує поставлену задачу - забезпечення виробництва гранульованого залізофлюсу, що задовольняє вимогам безпосередньо доменного процесу по металургійним властивостям: міцності в холодному стані й при відновлювально тепловій обробці в доменній печі, відновленні і гранулометричному складу. Вуглець, що містять гранули залізофлюсу, використовується повністю в «хімічно резервній зоні». Тим самим підвищується ефективність доменного процесу. Все це ілюструє приклад конкретного виконання способу. В умовах ВАТ «Томаківський завод керамзитового гравію» була реалізована технологія одержання гранул залізофлюсу, що заявляється, з компонентів шихти, хімічний склад яких наведений у таблиці №1. Початкові шихтові матеріали подавали в бункери-дозатори і потім дозували таким чином, щоб 7 24479 склад шихти відповідав заявленим межам і виходив за рамки заявлених меж. Крім цього, компоненти дозували, щоб у суміші вміст фракцій нижче 70мкм був 80-90% від маси шихти. Дозування включає зважування й реєстрацію кількості кожного компонента суміші, відправленого з кожного бункера для подальшого змішування всіх компонентів шихти. Як початкові матеріали використовували суміш шламів доменного й сталеплавильного виробництва, портландцемент (М 400) Криворізького цементного заводу, кристалохімічний інтенсифікатор твердіння цементу, у якості якого використовували портланид Са(ОН)2, і як інтенсифікатор твердіння при від'ємних температурах використовували водяний розчин карбонату калію й лугу (К2СО 3+КОН ) у співвідношенні 1:1. Калійно-лужний розчин має наступний склад: цемент 65,5-60,2%; вода 32,7-39,2%; К2СО3-0,94,8%; КОН-0,9-4,8%. При цьому необхідна кількість (К2СО3+КОН) визначається температурою твердіння (для -2°С - близько 2%, для -3°С - близько 3% і так далі, тобто на кожний (-1°С) кількість (К2СО3+КОН) зростає близько на 1%. Поліпшення умов твердіння цементу при рівнокількісному введенні (К2СО3+КОН) у систему, що твердіє, досягається тим, що при їхній взаємодії з мінералами цементу виникають комплексні з'єднання складу R (Н2СО3)-(ОН)-(Н2О) і R(CO3)-(OH); -(H2O), (де R-К+; Са2+), які мають структури, подібними до цементу (Са-сілікатам і гідросилікатам). Портланид Са(ОН)2 уводили в ши хту у вигляді суспензії у воді при зміні його концентрації від 2,5% до 6,4% і за межами, що заявляються. Дослідні зразки одержували у звичайних, прийнятих на заводі режимах огрудкування в чашеподібному грануляторі діаметром 5,5м, де одержували гранули розміром 10-25мм, після чого гранули витримували на протязі 20-30 діб. Випробовували гранули залізофлюсу, отримані з витратою портландцементу 9%, на опір стиску (розмір 20мм). Результати вимірів міцності гранул показали, що їхня міцність із добавкою в межах співвідношень компонентів суміші, що заявляються, задовольняє вимогам доменного виробництва. За межами менше, ніж 2,5% міцність зменшується до рівня 5,5 і менше, а за межами більше, ніж 6,4% міцність збільшується до 33,3%, але пов'язані з цим витрати не компенсують витрат по підготовці портландцементу. В межах кількості 8 портланиду, що заявляється, міцність гранул є оптимальною. Кристалохімічне модифікування базується на існуючих технологіях підготовки шихти й не вимагає спеціального помольно-змішувального встаткування. У таблиці №1 наведений хімічний склад компонентів шихти; У таблиці №2 показана зміна міцності гранул залізофлюсу в залежності від співвідношення компонентів шихти; У таблиці №3 показана зміна основності, вмісту заліза й міцності від співвідношення сполучне/вапно (вапно - кристалохімічний інтенсифікатор твердіння); У таблиці №4 показана залежність хімічного і гранулометричного складу і основності залізофлюсу від вмісту сполучного в ши хті. З таблиці №2 випливає, що співвідношення компонентів шихти в заявлених межах забезпечують міцність гранул залізофлюсу, що задовольняє вимогам доменного процесу (рядок 1, 2, 3), і навпаки, співвідношення компонентів шихти за заявленими межами не забезпечують необхідну міцність гранул (рядок 4, 5). З таблиці №3 випливає, що співвідношення сполучне/вапно (вапно - кристалохімічний інтенсифікатор твердіння) у рамках заявлених меж компонентів шихти забезпечують необхідні для доменного процесу основність і міцність залізофлюсу, а також рівень вмісту у ньому заліза (рядок 1, 2, 3). З таблиці №4 випливає, що вміст сполучного в шихті в заявлених межах забезпечує необхідний для доменного процесу гранулометричний і хімічний склад залізофлюсу (рядок 3, 4). Таким чином, реалізація способу одержання безвипального залізофлюсу з відходів металургійного виробництва, що заявляється, забезпечує отримання гранульованого залізофлюсу, що задовольняє вимогам безпосередньо доменного процесу по металургійним властивостям: міцності в холодному стані й при відновлювально тепловій обробці в доменній печі, гранулометричному складу. Крім того, отриманий залізофлюс, що містить вуглець, повертає відходи металургійного виробництва в переділ як сировину, що забезпечує економію залізної руди, окатишів і агломерату, вапняку, коксу й, у цілому, забезпечує екологічно безпечний спосіб переробки відходів металургійного виробництва. Таблиця №1 Компоненти, що входять до складу ши хти Відходи металургійного виробництва Портландцемент Кристалохімічний інтенсифікатор твердіння Прискорювач твердіння при від'ємних т-рах Fe Хімічний склад компонентів, % SiO2 CaO MgO С 48,70 7,70 11,60 1,60 9,50 1,2 20,2 62,0 3,0 0,99 2,40 70,70 0,96 9 24479 10 Таблиця №2 Вміст шихти №п/п Портланд цемент 1 2 3 4 5 8,0 12,0 9,0 4,0 12,0 Крист. інт-ор тв-ння 6,4 2,5 3,0 5,0 2,2 Відходи металурПрискорювач гійного виробницттвердіння при (-t°) ва 0,05 85,55 0,05 85,45 0,05 87,95 0,05 90,95 0,05 85,75 Міцність гранул кг/гр. (20мм) 195 200 220 95 120 Співвідношення: Портландцемент Вапно 1,25 4,8 3,0 0,8 5,45 Таблиця №3 № п/п 1 2 3 4 5 Співвідношення: Портландцемент Вапно 1,25 4,8 3,0 0,8 5,45 Вміст заліза 46,32 43,1 44,5 45,3 42,17 Основність СаО+MgO SiO2 4,98 4,90 4,50 3,2 3,44 Вміст вуглецю Міцність гранул кг/гр 8,6 8,12 8,24 8,74 8,15 195 200 220 95 120 Примітки Таблиця №4 Расход Fe заг. FeO пц, % 4% 46,22 17,4 5% 45,71 17,1 9% 44,5 16,7 12% 43,1 16,1 Fe2O3 SiO2 СаО Аl2О 3 MgO MnO 46,7 46,3 45,0 43,7 4,25 4,40 5,02 5,46 21,20 21,60 22,7 24,10 0,66 0,63 0,98 1,17 1,29 1,18 1,47 1,46 0,74 0,72 0,68 0,69 Комп’ютерна в ерстка В. Мацело Підписне Р S 0,027 0,18 0,025 0,185 0,012 0,20 0,011 0,25 Фр-ція 70мкм 8,6 77,2 8,4 78,2 8,24 82,6 8,12 85,0 С Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 СаО SiO2 4,98 4,90 4,50 4,41