Спосіб фракціонування шламів

1. Спосіб фракціонування шламу, що включає згрудкування шламу з наступним його сушінням і дробленням на визначений фракційний розмір, який відрізняється тим, що шлам згрудковують у суміші з вапняними матеріалами, а перед дробленням одержану суміш витримують у природних умовах протягом 1-2 місяців. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що витрату вапняних матеріалів приймають у кількості 10-15 мас. % від загальної маси суміші, а вологість суміші встановлюють на рівні 15-30 мас. %. UA (21) a200806301 (22) 13.05.2008 (24) 25.01.2010 (46) 25.01.2010, Бюл.№ 2, 2010 р. (72) ОЖОГІН ВОЛОДИМИР ВОЛОДИМИРОВИЧ, КЛИМАНЧУК ВЛАДИСЛАВ ВЛАДИСЛАВОВИЧ, СТРУТИНСЬКИЙ В`ЯЧЕСЛАВ АНАТОЛІЙОВИЧ, СИРОТА ВОЛОДИМИР ІЛЛІЧ, РОГОВ ЛЕОНІД МИКОЛАЙОВИЧ, ЛАТИШКО ГРИГОРІЙ ІВАНОВИЧ, ФОРМАН АНДРІЙ ВАСИЛЬОВИЧ, КРИВЕНКО СЕРГІЙ ВІКТОРОВИЧ, ЧЕРНОВА СВІТЛАНА ГЕННАДІЇВНА, СКЛЯР МИХАЙЛО ЮРІЙОВИЧ, КОВАЛЕВСЬКИЙ ОЛЕКСІЙ ІГОРЕВИЧ (73) ВІДКРИТЕ АКЦІОНЕРНЕ ТОВАРИСТВО "МАРІУПОЛЬСЬКИЙ МЕТАЛУРГІЙНИЙ КОМБІНАТ ІМ. ІЛЛІЧА" (56) UA, 30 581, A, 15.12.2000 UA, 55 955, A, 15.04.2003 UA, 78 896, C2, 25.04.2007 DE, 3 139 375, A1, 14.04.1983 C2 2 (19) 1 3 Найбільш близьким до винаходу відомим способом є спосіб одержання гранул з тонкоподрібненого матеріалу, що включає згрудкування шламів з наступним їхнім сушінням і дробленням [2]. Спосіб високопродуктивний, практично не залежить від розміру фракції дрібного матеріалу, дає гранули необхідної міцності. Однак такий спосіб вимагає значних капітальних витрат і ускладнює процес підготовки аглошихти, що призводить до підвищення собівартості агломерату. В основу винаходу поставлена задача розробки високоефективного способу одержання гранул, у якому за рахунок застосування нових умов обробки забезпечується потрібний розмір гранул і їхня міцність, достатня для подальшого використання таких гранул як центри огрудкування аглошихти. Поставлена задача вирішується тим, що в способі фракціонування шламів, що включає згрудкування шламів з наступним їх сушінням і дробленням на визначений фракційний розмір, відповідно до винаходу, згрудкування шламів роблять змішуванням їх з вапняними матеріалами, а перед дробленням отриману суміш витримують у природних умовах протягом 1-2 місяців. Причому витрату вапняних матеріалів приймають у кількості 10-15мас. % від загальної маси суміші, а вологість суміші встановлюють на рівні 15-30%. Процес зміцнення матеріалу витримкою полягає в наступному. При змішуванні перезволожених шламів з вапняними матеріалами й наступним їх гасінням відбувається злипання часток і утворення грудок, що супроводжується ущільненням. Ущільнення відбувається за рахунок зближення часток під дією сил поверхневого натягу води, що втримується в суміші. У процесі видалення вологи здійснюється зближення часток і подальше ущільнення суміші. При зближенні часток відбувається посилення дії сил аутогезії, що проявляються на малих відстанях і сприяють зміцненню. У міру видалення води із суміші в процесі сушіння відбувається кристалізація розчинених у воді речовин, які міцно скріплюють частки, зокрема, здійснюється кристалізація портландиту. Потім одержують розвиток природні процеси зміцнення шламовапнякової суміші шляхом утворення більш міцного вторинного вапняку внаслідок поглинання гашеним вапном вуглекислого газу, що міститься в повітрі. Тривале вилежування масиву вапнованого шламу дозволяє одержати міцний кусковий матеріал, що після дроблення до потрібних фракцій, за розсівом гранул не поступається брикетному кришиву, що отримують по способу, зазначеному в найближчому аналогу. Міцність такого матеріалу виявляється достатньою для його використання в якості центрів огрудкування при агломерації. На міцність готових гранул впливають наступні фактори. 1. Властивості сировини (вид матеріалу, фракційний склад, якість в'яжучого). 89443 4 2. Кількість в'яжучого. 3. Якість підготовки (змішування) шихти. 4. Вологість підготовленої суміші. 5. Особливості укладання шихти (товщина й стан поверхні шару, наявність дренажу). 6. Особливості зміцнення вилежуванням (температура й вологість навколишнього середовища, наявність опадів). 7. Тривалість зміцнення вилежуванням. 8. Умови дроблення. При цьому факторами, що визначають спосіб фракціонування шламів, є: компонентний склад (масове співвідношення гранульованого компонента й в'яжучого), вологість суміші й тривалість її зміцнення витримкою (вилежуванням). Одержання гранул повинне відбуватися з урахуванням наступних умов. 1. Оптимальний розмір гранул повинен складати 1,6-6,0мм. Вибір нижчої межі крупності пояснюється тим, що при огрудкуванні аглошихти активну роль зародків грають частки більше 1,6мм. Верхня межа крупності гранул визначається умовами прогріву й плавлення й становить 5-6мм. Фракції більшої крупності гірше прогріваються й погано спікаються [3, с. 41]. Для легкоплавких шламів верхній розмір гранул може бути підвищений до 8мм. 2. Наявність гранул крупністю менш 1,6 мм у складі придатного припустима, тому що це істотно спрощує й здешевлює технологію, підвищує пропускну здатність установки, а шлам, що пройшов стадію зміцнення, має більш щільну структуру й краще спікається [3, с. 44]. 3. Міцність сухих гранул фракції 5мм на роздавлювання з урахуванням зниження їхньої міцності при зволоженні в процесі огрудкування повинна становити 5Н (руйнувальне навантаженні, г×сили) и більше [4, с. 67]. Для підтвердження істотності обраних ознак виконане дослідження їхнього впливу на технічний результат у виробничих умовах. У якості матеріалу, що згрудковують обраний тонкий сталеплавильний шлам, що підлягає утилізації, а в якості в'яжучого - вапно. Можуть бути використані й інші вапняні матеріали - відсів вапняку, вапняний пил газоочищення випалювальних печей, а також вапняні шлами хімводоочистки. Компоненти змішували в обраних масових співвідношеннях, зволожували й зміцнювали вилежуванням для визначення оптимальних умов одержання гранул. Зміцнення вапнованого шламу витримкою (вилежуванням) проводили на відкритій площадці в природних умовах у літній період при середньодобовій температурі 20°С протягом 3-х місяців. За ходом процесу через 0,5міс., 1міс., 2міс. і 3міс., робили відбір проб, їхнє дроблення й випробування гранул фракції 5мм на роздавлювання. Як альтернативний варіант для усунення залежності зміцнення від сезонного характеру робіт здійснювали інтенсивне сушіння суміші протягом 0,5г при температурі 250°С, що забезпечує вологість 3,5%. 5 89443 Для одержання гранул зміцнений матеріал дробили в щокових дробарках у двоступінчастому «щадливому» режимі з відсіванням придатних 6 фракцій на першому щаблі. Отримані результати представлені в табл. 1. Таблиця 1 Трьохфакторна матриця залежності міцності гранул фракції 5мм від змісту сполучного, вологості суміші й тривалості її зміцнення, Н (г×сили) Тривалість зміцнення, міс. Вміст вапна, маси % 5 10 15 20 5 10 15 20 5 10 15 20 5 10 15 20 0,5 1,0 2,0 3,0 Вологість суміші, %мас 10 0,1 0,3 0,6 0,8 0,2 1,6 1,9 2,0 0,4 2,2 3,0 3,7 0,5 2,5 4,0 4,8 Для зручності аналізу в табл. 1 виділені наступні значення міцності гранул: курсивом - для недостатньої або надлишкової тривалості зміцнення; в іншому масиві підкреслені значення з недостатньою або надлишковою кількістю в'яжучого; у масиві, що залишився, звичайним шрифтом позначені значення міцності гранул з недостатнь 15 0,4 1,5 2,2 3,0 0,5 5,0 7,2 8,1 0,8 12,4 15,0 16,0 0,9 13,0 16,0 17,2 20 1,0 2,0 2,9 3,7 1,1 7,9 10,5 12,3 1,4 15,8 19,5 20,0 1,6 17,2 20,2 20,5 25 1,9 3,0 3,7 4,2 2,1 9,9 12,7 14,5 2,7 18,0 21,8 22,3 2,9 20,0 22,4 23,6 30 2,2 3,7 4,2 4,7 2,7 11,0 13,6 14,6 3,5 19,3 23,0 24,1 3,9 21,5 24,1 25,0 35 2,6 4,0 4,5 4,9 3,2 11,5 14,2 15,7 4,2 19,7 23,9 25,0 4,7 22,2 24,8 25,6 ою або надлишковою вологістю суміші; петитом виділені значення міцності гранул, відповідні цілі винаходу. У табл. 2-4, що складено за даними табл. 1, представлений вплив тривалості витримки, кількості в'яжучого й вологості суміші на міцність гранул. Таблиця 2 Вплив тривалості витримки на міцність гранул Тривалість витримки, мес. менш 1 Гранули мають недостатню міцність на роздавлювання 0,14,9 Н, що нижче заданої міцності, що становить 5 Н і більше. При дробленні має місце забивання дробарки. Висновок. Ціль винаходу не досягається. від 1 до 2 Більша частина гранул має міцність на роздавлювання 5,023,0 Н, що перевищує задану міцність 5 Н і більше. Висновок. Ціль винаходу досягнута. більше 2 Через тривалу витримку продуктивність способу різко падає. При цьому більшість гранул мають підвищену міцність 13,0-25,6 Н, що надлишкове для проведення нормального спікання. Висновок. Ціль винаходу не досягається. 7 89443 8 Таблиця 3 Вплив добавок вапна на міцність і вихід гранул Кількість добавок вапна, % менш 10 від 10 до 15 більше 15 Гранули мають недостатню міцність на роздавлювання 0,2-4,2 Н, що нижче заданої міцності, що становить 5 Н и більше. Висновок. Ціль винаходу не досягається. Більшість гранул мають міцність на роздавлювання 5,0-23,0 Н, що перевищує задану міцність 5 Н и більше. Висновок. Ціль винаходу досягнута. Зміст вапна в гранулах завищено, що приводить до зниження споживання шламу, росту основності агломерату й витрат на вапно. Більшість гранул мають завищену міцність на роздавлювання 8,1-25,0 Н. Висновок. Ціль винаходу не досягається. Таблиця 4 Вплив вологості суміші на міцність і вихід гранул Вологість суміші, % менш 15 від 15 до 30 більше 30 Гранули мають недостатню міцність на роздавлювання 1,6-3,7 Н, що нижче заданої міцності, що становить 5 Н и більше. Висновок. Ціль винаходу не досягається. Всі гранули мають міцність на роздавлювання 5,0-23,0 Н, що перевищує задану міцність, складову 5 Н. Висновок. Ціль винаходу досягнута. Надлишкова вологість приводить до подовження сушіння, погіршенню змішування й укладання. При цьому більшість гранул мають практично ту ж міцність на роздавлювання 11,523,9 Н, що й при вологості суміші 1530 %. Висновок. Ціль винаходу не досягається. Таким чином, тривалість сушіння 1-2міс., добавка вапняних матеріалів у кількості 10-15мас. % при вологості суміші 15-30мас. % дозволяє повністю вирішити завдання, поставлене в дійсному винаході. При цих умовах гранули мають міцність 5,0-23,0 Н, що відповідає заданій міцності 5Н и більше. Для перевірки якості гранул, одержуваних по пропонованому способу при обраних граничних умовах їхнього одержання, були проведені дослідження якості розсіву гранул і ефективності їхнього використання, див. табл. 5. Таблиця 5 Порівняння якості гранул і ефективності їхнього використання при різних умовах фракціонування Показник Зміст вапна Вологість суміші Тривалість сушіння Фракція гранул, мм 8-5 5-3 3-1,6 менш 1,6 Разом Середній розмір гранул Міцність гранул фр. 5мм Приріст продуктивності аглоустановки від уведення 1 кг гранул Ед. изм. 1 мас.% мас.% мес. % % % % % мм Н, г×с % 2 № досвіду 3 4 5 6 15 14 15 15 10 15 1 10 30 1 15 15 2 15 30 2 19,0 34,8 19,1 27,1 100,0 3,3 35 0,28 16,4 16,9 21,8 44,9 100,0 2,6 12 0,12 14,6 16,2 22,9 46,3 100,0 2,5 5 0,06 15,8 17,0 22,6 44,6 100,0 2,6 11 0,11 17,9 18,9 22,7 40,5 100,0 2,7 15 0,15 18,6 20,3 22,5 38,6 100,0 2,8 23 0,18 9 89443 При цьому дослід № 1 відповідає умовам найближчого аналога, дослід № 2 - варіанту фракціонування з інтенсивним сушінням до вологості 3,5 мас.%, досліди № 3-6 - варіантам фракціонування із граничними рівнями тривалості природного сушіння, вологості суміші й змісту вапна. Зіставлення розсівів кришива, отриманого за різними варіантами, показує, що кращий розсів, міцність і продуктивність дає кришиво з висушених брикетів. Кришиво із фракціонованих шламів інтенсивного сушіння має трохи гірші характеристики через незавершеність процесів карбонізації, однак і вони задовольняють пропоновані вимоги за міцностю. Кришиво із фракціонованих шламів природного сушіння має близькі характеристики. При цьому всі гранули дають стійкий приріст продуктивності аглоустановки при мінімальних витратах на одержання гранул по пропонованому способу. Виходячи з результатів проведених досліджень, спосіб виготовлення гранул фракціонуванням здійснюють таким чином. Тонкий сталеплавильний шлам витягають зі шламонакопичувача або відстійників, пошарово з вапняними матеріалами укладають на площадку, перемішують грейфером і витримують суміш до повного проведення реакцій гідратації, видалення надлишків вологи й карбонізації. Після витримки, що у літній період триває 1-2міс., суміш витягають і дроблять до фракції менш 8мм. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 10 Режим дроблення повинен бути щадливим, за можливістю багатоступінчастим, з невеликим коефіцієнтом здрібнювання на кожному щаблі й постійному відсіванні придатної фракції, що підвищує її вихід. Для цих цілей підходять дезінтегратори типу білячого колеса з невеликою швидкістю обертання. Випадання опадів знижує міцність, однак істотно не впливає на кінцеву міцність гранул, тому що вапно погано розчиняється у воді. Після продовження сушіння міцність масиву в більшій частині відновлюється. Очікувана економія в споживача при одержанні гранул по пропонованому способу складе більше 112грн на 1т гранул. Джерела інформації: 1. Савицкая Л.И. Использование железосодержащих отходов при окусковании руд: Обзорная информация. Серия «Подготовка сырьевых материалов к металлургическому переделу и производство чугуна». - М.: Ин-т «Черметинформация», 1984. - Вып. 5. - 27 с. 2. Пат. 55955 А Україна. МПК С22В1/00 Спосіб агломерації руд і концентратів з використанням дрібнодисперсних шламів. / В.А. Носков, Л.В. Биков, В.В. Ожогін та ін. - Заявка № 20022086452; Заявл. 22.08.02; Опубл. 15.04.03. Бюл. № 4. -2003. 3. Вегман Е.Ф. Теория и технология агломерации. - М.: Металлургия.- 1989-496с. 4. Производство и качество агломерата. / А.С. Кухарь, В.А. Мартыненко, В.П. Шевченко. М.: Металлургия, 1977. - 160 с. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601