Спосіб обробки шламу з металургійного заводу в багатозональній печі

1. Спосіб обробки шламів із металургійних заводів, який включає наступні стадії: регулювання рівня придатного СаО в шламах з одержанням рівня вмісту придатного СаО від 3 до 8 % відносно маси шламів, додавання вуглецевого палива, уведення шламів до однієї з вищих зон багатозональної печі, нагрівання багатозональної печі, поступове перенесення шламів до нижчих зон, регулювання температури відпрацьованого газу з багатозональної печі до щонайменше 500 °С та температури оброблених шламів, які виводять із багатозональної печі, в межах діапазону від 700 до 800 °С. 2. Спосіб обробки за п. 1, який відрізняється тим, що регулювання вмісту придатного СаО досягають додаванням негашеного вапна та/або гашеного вапна. 3. Спосіб обробки за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що додавання вуглецевого палива здійснюють за допомогою додавання вугілля до шламів. 4. Спосіб обробки за п. 3, який відрізняється тим, що додавання вугілля до шламів здійснюють що 2 (19) 1 3 85295 Даний винахід стосується способу обробки шламів металургійних заводів, які походять із пилу доменних печей, сталеливарень або прокатних станів. В інтегрованих сталеливарних заводах більша частина пилу від підготовки газу, який надходить із доменних печей або сталеливарень, або з оксидів, зібраних у прокатних станах, приймає форму шламів, які містять від 30 до 70% води. Навіть після проходження через фільтрувальний прес отримані шлами все рівно містять від 20 до 40% води, та їхня обробка за допомогою пірометалургійного способу для екстрагування цинку та повторного використання заліза, яке в них міститься, істотно потребує попередньої сушки. У зв'язку з тим, що ці шлами являють собою великий бічний продукт, неможливо збирати їх у гранули або брикети, додаючи «сухі» бічні продукти, у зв'язку з тим, що така агломерація вимагає мінімального вмісту вологи (менше 10%). Внаслідок, декілька заводів із пірометалургійної обробки шламу з металургійних заводів, які нещодавно були введені в експлуатацію (переважно в Японії), включають довгу послідовність операцій, серед яких: - попередня сушка шламу, - розтрощення попередньо просушеного шламу, - підготовка суміші, придатної до агломерації, додаючи зв'язувальну речовину та воду до попередньо просушеного шламу, - агломерація суміші (у гранули або брикети), - остаточна просушка та/або визрівання гранул або брикетів, - відповідна пірометалургійна процедура, яка, у випадку Японських заводів, згаданих вище, включає стадію кальцинування та відновлення з екстракцією основної частки цинку та - охолодження продукту видалення цинку та попереднього відновлення та - плавлення кальцинованих та відновлених брикетів у доменній печі. Більше того, процес кальцинування неочищених шламів у багатозональних печах відомий, але - з одного боку, ці шлами мають гранулометрію та консистенцію, які дозволяють звичайне транспортування речовини за допомогою шурувального пристрою печі, - з іншого боку, споживана енергія забезпечується за допомогою палив (газ та нафта), які є проблематичними як за доступністю, так і з, а ціною; вартість такої кальцинації, таким чином, є дуже високою, особливо, якщо шлам, який підлягає обробці, містить - що є частим випадком для шламів із металургійних заводів - істотні рівні води та оксидів заліза, а також і карбонати та гідроокиси, відповідне випаровування та відновлення яких споживає велику кількість енергії. Завдяки тому, що шлами з металургійних заводів отримуються або в екстракційних установках (більшість часто є вологими), або при збиранні оксидів заліза, утворених підчас лиття та прокату 4 сталі, їхня первісна гранулометрія є дуже дрібною, та попередні випробування показують, що ці шлами непридатні для такої кальцинації в багатозональній подовій печі. Дійсно, після фази просушки, ці шлами розпадаються на дрібний пил, який неможливо переміщува ти за допомогою лопат, тому що він поводиться як вода (зокрема, його кут природного укісу є практично нульовим). Метою даного винаходу, таким чином, є пропозиція спрощеної процедури обробки шламів із металургійних заводів, таким чином, уникаючи громіздких серій операцій із підготовки шламів. За винаходом, ця мета досягається за допомогою способу за пунктом 1 Формули винаходу. З метою вирішення проблеми, згаданої вище, даний винахід пропонує спосіб обробки шламів із металургійних заводів, який включає наступні стадії: - регулювання рівня доступного CaO в шламах із метою отримати рівень умісту доступного CaO від 3% до 8% відносно ваги шламу, - додавання вуглецевого палива, - уведення шламу до однієї з ви щих зон багатозональної печі, - нагрівання багатозональної печі, - поступове перенесення шламів до нижчих зон, - регулювання температури відпрацьованих газів із багатозональної печі до щонайменше 500°C та температури оброблених шламів, які виходять із багатозональної печі в межах діапазону від 700°C до 800°С Спосіб за винаходом не лише дозволяє уникнути громіздких підготовчих операцій, згаданих вище, але й також використовувати багатозональну піч, до якої шлами завантажуються напряму. Фактично, пропоноване рішення ґрунтується на спеціальному використанні багатозональної печі та полягає в проведенні кальцинованої обробки шламу за допомогою регулювання складу шламу та температурної послідовності з метою викликати подобу «грануляції» шламу після сушки з метою отримання його в транспортабельному вигляді. Псевдо-грануляція, взагалі, відбувається спонтанно, із підняттям температури та в присутності певної частки доступного негашеного вапна CaO, який з'єднується з оксидами заліза (FeO, Fе2О3) та утворює ферити вапна 2СаО.Fe2О3 або CaO.FeO.Fe 2 O3, сполуки, які можуть почати «спікатися», що має означати - утворювати пастоподібні, клейкі фази, починаючи від 700°C та вище. Однак, не зважаючи на можливо достатні рівні вапна в більшості типів шламу (див. таблицю нижче), ця псевдо-грануляція не завжди відбувається. Було відкрито, що не все вапно, яке має рівень умісту, визначений за класичними методиками вимірювання, є доступним для реакції утворення феритів вапна. Однак, точний аналіз показує, що вапно, уміст якого в шламі виміряний за допомогою класичних способів (видиме вапно), присутнє, щонайменше частково, у формі різноманітних солей кальцію, 5 85295 6 наприклад, карбонату CaCO3, сульфа ту CaSO4, Також передбачається, що додавання вуглеінш. Ця частина «вапна», таким чином, не буде цевого палива можна здійснювати - щонайменше, придатною для утворення феритів кальцію, доки її частково - за допомогою форсунок, установлених не розщеплять (наприклад, карбонат до вапна та у багатозональній печі, та до яких постачається газ або паливна нафта. двоокису вуглецю: СаСО3®CaO+СО2). Тепер ця Вугілля слід додавати в пропорції, загалом згіреакція проводиться промисловим чином при темдно вологості шламу. Як загальне правило (від пературі, яка перевищує 900°C, та, головним чином, вона є дуже повільною при 700°C. 20% до 40% вологості), порядок величин кількості вугілля, що використовується, є щонайменше Очевидно, що буде корисно збільшити темпе100кг вуглецевого палива (вугілля та/або еквіваратур у до 800°C або навіть більше, але досвід лент у газі та/або паливній нафті) на тонну шламу, показує, що присутній вуглець у цьому разі почибажано, між 100 та 200кг на тонну шламу. нає відновлювати залізо істотною мірою Важливим фактором у способі обробки за ви(FeO+C®Fe+CO), а газ CO, який виділяється, занаходом є відповідне регулювання температури в побігає утворенню феритів кальцію, які відповідарізних зонах печі. У випадку, якщо шлам уводиться ють за таку спонтанну грануляцію шламу, яка й до багатозональної подової печі при подачі тепла дозволяє бажану придатність обробки в багатозона верхню зону, таким чином, що гази виходять нальній печі. при температурі, більшій за 500°C, бажано, більДоступне вапно, або CaO, головним чином, є шій за 600°C, з метою забезпечити швидке виситією фракцією, яка, за умов, про які йдеться, може хання шламу. Також важливо регулювати нижчі реагувати з оксидами заліза, що присутні в шлазони печі до температур між 700 та 800°C (темпемах, утворюючи ферити вапна, які відповідальні за ратура вогнестійкої кераміки), бажано, між 700 та агломерацію. Дослідження, які призвели до даного 750°C, та час утримування шламу до тривалості, винаходу, показали, що на практиці, фракція додостатньої для забезпечення того, що матеріал ступного CaO зазвичай складає не більше ніж від залишає піч при температурі, не меншій за 700°C. 10 до 50% видимого вапна. В одній із форм утілення регулювання темпеУміст CaO - це, головним чином, гашене вапно ратури відпрацьованих газів із багатозональної Са(ОН)2, так як у шламі не може бути ніякого непечі до щонайменше 500°C та температури оброгашеного вапна, який містить від 20 до 40% Н2О бленого шламу на виході з багатозональної печі виражається, звичайно, у вигляді процента вагової до температури в діапазоні від 700°C до 800°C, частки CaO щодо сухого шламу. досягається введенням газу, який містить кисень, Цей переважний спосіб сушки та кальцинації із бажано, повітря. Як варіант, або додатково, регугрануляцією, за допомогою якого є можливою обляція температури відпрацьованих газів із багаторобка дуже дрібних шламів у багатозональній печі, зональної печі до щонайменше 500°C та/або темможе, таким чином, діяти з дуже чітким контролем ператури оброблених шламів, що виходять із їхнього складу, у даному випадку - доступного вабагатозональних печей, до температури в діапапна, та інших параметрів, таких як температура, зоні від 700°C до 800°C, досягається за допомогою інш. форсунок, до яких подається газ або паливна наДля обробки шламів за винаходом, таким чифта. На практиці, покрокове згорання вуглецевого ном, є важливим забезпечити присутність у шламі, палива, бажано, вугілля, загалом буде гарантуваякий підлягає обробці, мінімальної частки доступтися за допомогою введення повітря, регульованоного вапна, або за допомогою змішування різних го для досягнення та підтримки встановлених темшламів (що зазвичай неможливо або не доцільно ператур у різних зонах. Форсунки, до яких економічно в промислових масштабах), або, бажаподається газ або паливна нафта, можуть забезно, додаючи вапно. На практиці частку доступного печити додаткову енергію, яка може бути необхідвапна регулюють, додаючи негашене вапно та/або ною на одній зоні або іншій. гашене вапно. Як згадувалося раніше, для оптиНа практиці, потім, температура відпрацьовамальної роботи способу, рівень доступного CaO них газів не регулюється напряму, а непрямо, домає, загалом, бути в проміжку від 6% до 15%, бадаванням вугілля, яке подається разом зі шламом, жано, між 8% та 12%. та повітря, та, якщо необхідно, додаючи додаткоПеревагою даного способу є те, що вуглецеве вий газ або паливну нафту на перших зонах (верхпаливо, використовуване для забезпечення необні зони); додавання вугілля, газ у та повітря, таким хідної енергії на нагрівання шламів, можна, у чином, регулюється так, щоби отримати темперапринципі, обирати з поміж звичайних викопних туру топкового газу, яка зумовлює температуру палив, таких як нафта, газ та, зокрема, вугілля, відпрацьованого газу, більшу за 500°C. або навіть їхня комбінація. Окрім економічної пеПодібно, температура матеріалу, що ви ходить реваги можливості використання вугілля замість із печі, напряму не регулюється, лише непрямо, за нафти або газу, спосіб також дозволяє постачання допомогою температур на останніх зонах (регулявуглецевого палива, додаючи вугілля, або просто ція температури останніх здійснюється за допомозмішуючи вугілля зі шламом. Додавання вугілля до гою додавання вугілля, що спалюється на повітрі), шламів можна здійснювати - щонайменше, часткота за допомогою часу втримування. Відповідно, во - у верхній зоні багатозональної печі. Також якщо час утримування тривалий (напр., 2 години), передбачене змішування вугілля зі шламом - щотемпература матеріалу, який залишає піч, буде найменше часткове - до того, як останній уводять дуже близькою до температури останньої зони до багатозональної печі. Із практичних міркувань, (температура вогнетривкого матеріалу), напривугілля бажано домішують до введення до багатоклад, 725°С для температури печі в 750°C, але зональної печі. 7 85295 8 при короткому часі втримування (1 година) матерінеобхідно регулювати згідно глибини груди та кіал буде виходити при приблизно 700°C для тієї ж лькості та положення точок введення газу. Ця висамої температури останньої зони (750°C). Якщо сока швидкість перемішування не має відношення бажаною є робота з короткими часами втримувандо традиційної практики з дуговою піччю. Навпаки, ня, бажано мати більш високі температури в швидкість перемішування при класичних способах останніх зонах із метою отримання даної темперавиробництва сталі в електричній печі лежить у тури матеріалу, що залишає піч. межах від 1 до 10л/хв.т та призначена виключно Підсумовуючи, переваги способу обробки за для гомогенізації ванни та усереднення металурвинаходом шламів, які походять із металургійного гійних результатів та температури. виробництва, за допомогою сушки та кальцинації в Для того, щоби забезпечити оптимальну ефебагатозональній печі є такими: ктивність перемішування, металева груда повинна - він дозволяє зробити матеріал транспортамати певну мінімальну глибину, бажано, щонайбельним, таким чином, уникаючи дуже громіздкої менше 0,3м, з метою забезпечення енергійного багатостадійної підготовки, перемішування ванни розплавленого металу. Слід - він мінімізує енерговитрати на можливій пізподбати про те, щоби уникнути ситуації, при якій нішій стадії відновлення та плавлення, розщепвведення газу для перемішування через дно печі люючи карбонати та гідрати, реакції, які є високо просто утворює «дірку» через ванну металу без ендотермічними та спричинення його активного руху. Звичайно, ця - він також мінімізує енергетичні витрати промінімальна глибина може варіюватися згідно концедури сушки та кальцинації завдяки використанфігурації дугової печі та розташування засобів ню вугілля в якості головного палива. введення газу, які, бажано, мають бути пористими Бажана форма втілення способу обробки цеглинами, або, альтернативно, форсунками. шламів із металургійних заводів, описаного вище, Засоби введення газу для перемішування мотакож включає наступні стадії: жуть, у деяких випадках, бути розташовані біля - пірометалургійна обробка, яка включає відзовнішньої кромки дна дугової печі, іншими словановлення та плавлення в електричній печі обробми на боках дна ванни, таким чином, що ті частки люваних шламів із багатозональної печі, оброблюваного шламу, які залишаються або праг- екстракція цинку, який міститься в оброблюнуть накопичуватися по краях печі, переносяться ваних шламах, або відпрацьованих газах та вперед до найгарячішої, центральної зони, розта- відливка заліза та шлаку, отриманих за дошованої поміж електродів. помогою електричної печі. Як альтернатива, або додатково до перемішуЦі стадій, яки складають фінальну операцію вання металевої груди за допомогою введення відновлення та плавлення з екстракцією цинку з інертного газу через дно печі, на перемішування оброблених або кальцинованих шламів, можуть металевої груди впливають введенням газу, який бажано здійснюватися в електродуговій печі, намістить кисень, за допомогою одного або більше приклад, за способом, таким, як описаний у [міжінжекторів. Коли газ, який містить кисень, уводять народній патентній заявці за номером до груди за допомогою струменю, що проникає, WO2002068700]. завдяки реакції із C у розплавленому металі утвоОстанній спосіб застосовує вільно дугову елерюються пухирці газоподібного CO. Це вивільненктричну піч у дуже специфічному способі, який ня CO в рідкому металі створює вихрі, яки стимускладається із завалки гарячих оброблених шлалюють активне перемішування металевої груди та мів (бажано, одразу ж як вони залишають багатошлаку. зональну піч, так що, скажімо, температура є виДля захисту оброблених шламів, коли вони щою за 500°C), та роботи на груді розплавленого потрапляють до печі, їх можна оточувати ковдрою заліза, накритого шаром рідкого шлаку, що не піз інертного газу, бажано, азоту або аргону. Ця ковниться. Розмішування груди може здійснюватися дра з інертного газу, яка, бажано, має кільцеподібза допомогою введення нейтрального газу (азоту ну форму, мінімізує латеральний витік часток заабо аргону) через нижню частину печі та/або за вдяки всмоктуванню печі та наступне повторне допомогою введення газу, який містить кисень, за окислювання оброблюваних шламів до того, як допомогою однієї або більше трубок. Груду дуже вони досягнуть шару шлаку або металевої груди, сильно перемішують за допомогою введення газу. що може трапитися. Бажано, швидкість течії азоту Це дуже енергійне перемішування дозволяє гомопорядку від 50 Nм 3/год. до 200 Nм 3/год. використогенізувати метал+шлакову ванну та освіжати повуватиметься для створення захисної ковдри, та, верхню шлакового шару, щоби вона залишалася таким чином, захищає перенос приблизно від 10 перегрітою та достатньо рідкою та придатною до до 60т/год. оброблених шламів, які включають абсорбування оброблюваних шламів без того, приблизно 50% Fe, металізованого в пропорції між щоби останній став твердим та утворив непроник60% та 100%. Ці цифри залежать від багатьох фану кірку. кторів, таких як геометрія печі, висота падіння обУ випадках, коли груда перемішується за доробленого шламу, турбулентність всередині дугопомогою введення нейтрального або інертного вої печі, інш., та мають відповідним чином бути газу через дно електродугової печі, швидкість течії пристосовані. інертного газу в пропонованому способі має, баОброблений шлам загалом переносять до жано, бути між 50л/хв.т (лі три на хвилину та на центрального регіону дугової печі, розташованого тону рідкого металу у ванні) та 150л/хв.т. Особлипоміж електродів. во бажано, щоби швидкість течії перемішування Можливо змішувати вугілля, яке має розмір складала між 80 та 120л/хв.т. Ці швидкості течій зерна між 2 та 20мм, з обробленими шламами 9 85295 10 перед їхнім введенням до дугової печі. Кількість Цинк, який міститься в обробленому шламі застосованого вугілля буде залежати від кількості може бути повернений майже повністю екстракцівуглецю, який міститься в обробленому шламі. єю з відпрацьованих газів. Потреба в додатковому вуглеці в матеріалі, Підсумовуючи, окрім переваг, представлених що залишає багатозональну піч, залежить від умівище, ці додаткові стадії в бажаному способі здійсту заліза, ступеню металізації та частки залишкоснення технологічного процесу обробки шламу з вих карбонатів. Досвід показує, що необхідно від металургійних заводів за винаходом дозволяють: 12 до 18% додаткового C, якщо виробляється ча- використання таких шламів у пірометалургійвун із від 3,5 до 5% C. Уміст сірки залежить від ному способі та первісного вмісту сірки в шламі. Цільовим буде - майже повну екстракцію цинку. рівень сірки в чавуні між 0,04 та 0,08% для вмісту Приклади сірки у ви хідному шламі від 0,4 до 0,6%. Наведена нижче таблиця показує типові елементарні композиції цих шламів (або пилів у випадку сухої екстракції пилу). Походження Fe C Видимий CaO SiQ2 AI 2O 3 MgO Zn Pb 1 Суха екстракція пилу Сухе (накопичення+домна+металургійний завод 30 26 5 5 2 1 0-1 0-1 Головна проблема при застосуванні способу обробки шламу з металургійних заводів у багатозональній печі є слідством дуже дрібної грануляції пилів, які містяться в таких шламах, що веде до надлишкової текучості при висушуванні шламу. Ми відкрили, що, у принципі, усе ще можливо обробляти такі шлами в багатозональній печі при контрольованих умовах, якщо є присутньою достатня кількість CaO вапна для утворення феритів вапна, які сприяють агломерації пилів. Дані, отримані за стандартними способами вимірювання, показують уміст CaO, вочевидь достатній для хорошої пропорції металургійних пилів та шламів, отриманих із комплексних металургійних заводів. Однак, підчас дослідження, яке завершило даний винахід, стало очевидним, що в деяких випадках утворення феритів вапна, що означає агломерацію пилу, не відбувалося, навіть у випадках, коли вапна було вочевидь достатньо. Як зазначалося вище, лише при проведенні більш докладних досліджень було відкрито, що в Комп’ютерна в ерстка О. Гапоненко 2 3 4 Волога екстракція пилу Очищення води Шлам із Шлам із металургійного Шлам з прокатного домни заводу стану 12 55 62 40 3 5 18 10 2 6 1 1 4 0 0 2 1 2 1-5 0,5-5 0-1 0-1 0-0,5 0-0,1 реальності, завдяки тому, що застосовувалися стандартні способи вимірювання, із CaO, виміряного загалом, у такій формі присутнім є лише від 10 до 50% визначеного видимого вапна, а залишок знаходиться у формі інших сполук кальцію, таких як карбонати, сульфати, інш. Хоча можливо кальцинувати ці сполуки при високій температурі (900°C), така температура не може застосовуватися із причин, викладених вище. Доступне вапно, або CaO, таким чином, являє собою ту фракцію видимого вапна, яка, за встановлених умов, може реагувати з оксидами заліза, присутніми в шламі, з утворенням феритів вапна, відповідних за агломерацію. За дослідами, які ми провели, регулюючи вміст CaO, ми змогли досягти хороших результатів для шламів та сумішей шламів різного походження, у яких уміст доступного CaO регулювали до значення, більшого за 3%. Значення, вищі за 8%, загалом, не приносять жодних істотних переваг, але суттєво додають вартості процедурі. Підписне Тираж 28 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