Отходы народного хозяйства и собственного производства в доменной плавке (стр. 2 из 3)

Отходы собственного производства в доменной плавке.

Хотя основным назначением доменной печи является получение первичного металла, её технология и конструкция в равной мере адаптированы к получению полиметаллических лигатур, шлаковых расплавов и горючих газов, которые в настоящее время квалифицируются преимущественно как побочная продукция. Однако при иной постановке задач побочным продуктом может стать и чугун.

В настоящее время значительная доля чугуна производится из комплексных полиметаллических руд, содержащих титан, хром, ванадий, медь, мышьяк, редкоземельные металлы. Доля этих руд будет в дальнейшем только возрастать. Количество примесей до сих пор в чугуне практически неконтролируемо. Перевод плавки комплексных руд в русло управляемого процесса потребует иной постановки вопроса. Прежде всего необходима переориентация доменной плавки на максимально полное извлечение основных примесей через получение полиметаллических лигатур или перевод примесных элементов в шлак с последующей его переработкой.

Уже сегодня доказана возможность получения в доменной печи наряду с чугуном титанистых шлаков с последующей переработкой их в титановом производстве. Исследованиями уральских и казахских специалистов показана возможность получения в доменной печи глиноземистых шлаков с последующим использованием их для производства глинозема. Перечень аналогичных технологий может быть продолжен.

Еще один побочный продукт – это доменный шлак. Он не содержит извлекаемых компонентов и экологически безопасен. Его выход составляет более 150 млн. т в год. Однако существующие технологии переработки позволяют утверждать, что доменный шлак - это не отход, а промышленное сырье, которое в индустриально развитых странах используется практически полностью. Его наиболее крупными потребителями являются цементная промышленность (в Японии - 70% доменного шлака, в Германии - 55%) и дорожное строительство (в Японии - 20%, в Германии - 40%). Применение шлака при производстве цемента дает дополнительный ресурсо-экологический эффект, так как снижает энергозатраты на 40% и уменьшает выбросы CO2 .

Основу шлака составляют CaO и SiO2 . При кристаллизации расплава образуется двухкальциевый силикат 2CaO*SiO2 , который при охлаждении претерпевает полиморфное превращение, сопровождающееся увеличением объема. Это вызывает саморассыпаемость шлака. Предотвращение саморассыпаемости достигается увеличением скорости охлаждения расплава при его грануляции, например распылением в воду.

Гранулированный шлак имеет много преимуществ, и его производство непрерывно увеличивается (в странах ЕС гранулируют 70% шлака). При определенных составах и большой скорости охлаждения шлак затвердевает без кристаллизации и приобретает стекловидную аморфную структуру. Из шлака делают отливки (каменное литье), производят техническое стекло и стекловату. Что и вызвало последние годы интерес стекольных заводов к использованию доменных шлаков, что, очевидно, связано с достаточно высокими ценами на основное минеральное сырье, применяемое в производстве стекла.

Большое содержание железа так же и в сталеплавильных шлаках (до 20%) затрудняет их использование в цементной промышленности. Основное применение - изготовление щебня для дорог. Шлак надо стабилизировать, чтобы связать избыток CaO и перевести железо в трехвалентное состояние. Который повышает химическую стойкость и уменьшает выщелачивание.

Шлаки с высоким содержанием фосфора и CaO используют как удобрение и при известковании почв. Но при большом содержании железа это неэффективно, и часть шлака подвергают вторичной металлургической переработке (в Японии и Германии до 20%).

В комплексе металлургического предприятия доменная печь является так же энергетическим агрегатом, снабжающим другие переделы доменным газом. Эта функция иногда может доминировать даже в существующих условиях, а в перспективе может стать не менее важной, чем производство чугуна.

Доменная печь – один из наиболее совершенных газификаторов кускового топлива. Она может быть настроена на получение горячих восстановительных газов для вдувания в другие печи, но может работать в режиме генерации отопительного газа для энергетических нужд.

К примеру, Новолипецкий металлургический комбинат заключил контракт на строительство новой ТЭЦ мощностью 150 МВт, что позволит НЛМК повысить уровень его самообеспечения электроэнергией до 66%. При этом для выработки электроэнергии будет использоваться доменный газ.

Очищенный доменный газ используют как топливо для воздухонагревателей доменной печи, коксовых батарей и паровых котлов; в смеси с коксовальным газом он идет для отопления мартеновских и нагревательных печей.Традиционно доменный газ используется в самом доменном цехе для обогрева воздухонагревателей и для нагрева слитков в обжимном цехе. При сжигании 1 т кокса получается около 4000 нм3 газа.

Таким образом, доменная печь, являясь многоцелевым агрегатом, легко может быть перестроена на технологию, в которой доминирует одна из его основных функций – получение первичного металла, шлака заданного состава, газа требуемых параметров путем газификации твердого топлива.

Наряду с доменной печью существуют и другие интересные технологии, к примеру – «Ромелт».

Ромелт - новый способ переработки отходов.

Процесс Ромелт является непрерывным способом получения чугуна из железосодержащего сырья и отходов с применением недефицитных и дешевых марок некоксующихся углей. Принципиальная схема печи Ромелт представлена на рисунке: в печь, с расплавом шлака через нижние фурмы вдувается кислородно-воздушная смесь, которая интенсивно перемешивает шлак. Печь футерована только до уровня нижних фурм. Остальная часть выполнена из водоохлаждаемых элементов - кессонов. На холодной поверхности кессонов шлак образует твердую корку - гарнисаж. Так решается проблема стойкости футеровки в контакте со шлаковым расплавом. Шихта – руда или железосодержащие отходы (шламы, окалина) и уголь - непрерывно загружаются сверху на поверхность шлакового расплава с температурой 1400 - 1500 °С. Предварительной подготовки пылевидного сырья или угля не требуется. Уголь выполняет две функции. Его горение совместно с дожиганием газов поддерживает температуру в печи. Кроме того, он обеспечивает восстановление оксидов железа и формирование чугуна, который в виде капелек осаждается на дно (подину) печи. Металл и шлак выпускают через отверстия (летки), выполненные на разных уровнях.

Для дожигания выделяющихся газов (CO, H2 , летучие углеводороды угля) и возврата тепла в ванну через верхние фурмы подается кислород. В опытной установке выходящие из печи газы поступают в котел-охладитель, где окончательно дожигаются за счет естественного подсоса воздуха, охлаждаются и подаются на газоочистку. В промышленном агрегате они будут использованы для выработки электроэнергии. Процесс Ромелт расширяет возможности прямого использования отходов. На время эксплуатации печи накоплен опыт переработки различных материалов, включая шламы доменного и конвертерного производств, окалину, шлак свинцово-цинкового комбината. Из них извлекали главный полезный компонент (железо) и получали чугун, который использовали для производства стали.

Остальные компоненты переходят в безопасное компактное состояние - шлак, который по составу и свойствам близок к доменному и может быть использован аналогично ему. Так решается двуединая ресурсоэкологическая задача. Переработка шлаков цветной металлургии еще один пример утилизации несобственных отходов в черной металлургии. Однако на этом не исчерпываются возможности процесса.

В печи Ромелт компоненты распределяются между чугуном, шлаком и газом. Опыт показал, что легковосстановимые нелетучие элементы Cu, Ni восстанавливаются и переходят в чугун. Поэтому комплексный подбор шихты позволит получить легированный чугун со специальными свойствами.

Летучие элементы Zn, Pb, Ag выносятся с дымовыми газами и при охлаждении осаждаются в пыль, где их концентрация многократно возрастает. Поэтому при переработке некоторых отходов пыль процесса Ромелт становится сырьем для получения цветных металлов.

Для такого использования пыли важно знать, в какие соединения связываются элементы, и уметь управлять этим процессом. Теоретическое решение задачи можно получить расчетом сложных химических равновесий, а практическая реализация достигается изменением степени дожигания.

Относительно небольшие конструктивные изменения позволяют использовать печь Ромелт для сжигания и утилизации бытовых и горючих промышленных отходов. Ее можно рассматривать как мусоросжигательный завод нового поколения, преимуществом которого является возможность связывания негорючих компонентов в шлак и металлический полупродукт.

Заключение.

Являясь многоцелевым агрегатом, доменная печь будет выполнять, кроме металлургической, функции энергетическую и санитарно-экологическую применительно к региональным и другим потребностям. Это объективно выдвигает доменную печь на роль ведущего металлургического агрегата XXI века.