Методы переработки и утилизации мартеновских шлаков

Мартеновские шлаки как силикатные системы с различным содержанием железных окислов. Общая характеристика методов переработки и утилизации мартеновских шлаков. Анализ требований к шлаковому щебню и шлаковому песку, применяемому в дорожном строительстве.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 16.01.2014
Размер файла 1,2 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Методы переработки и утилизации мартеновских шлаков

мартеновский шлак шлаковый щебень

Введение

Одной из самых острых проблем, с которыми в начале двадцать первого века столкнулось человеческое общество, является интенсивное образование и накопление промышленных и бытовых отходов. С каждым годом промышленное производство растет в геометрической прогрессии. Соответственно растет и объем отходов. Так, например, при производстве 1 т металла необходимо обработать 200-300 т (иногда до 1000 т) руды, а суммарное количество отходов одного технологического цикла при выплавке 1 т металла примерно от 90 до 200 т ТПО.

Суммарное количество отходов только на 2010 г оценивалось в 3,65 млрд т. В связи с этим проблема утилизации промышленных отходов становится год от года все актуальнее.

Металлургическая промышленность на данный момент является одним из наиболее «грязных» видов производств. Ее отходами являются пыли, токсичные газы, токсичные сточные воды, содержащие тяжелые металлы, а также шлаки, относящиеся к твердым промышленным отходам (ТПО). При чем, на долю черной металлургии приходится большая часть ТПО.

Большую часть отходов (80%) в металлургическом производстве составляют шлаки, которые определяют эффективность организации безотходного металлургического производства.

Шлак мартеновского производства поддается вторичной переработке. Мартеновский шлак широко применяется в строительной промышленности, в то числе и дорожном строительстве, сельском хозяйстве, а также доменной металлургии.

Однако, непостоянный минералогический и химический состав, а также высокое содержание металлических включений, затрудняет использование готовой вторичной продукции.

Целью моей курсовой работы является обзор способов использования переработанных мартеновских шлаков, методов по их переработке и утилизации, а также сравнение эффективности данных методов.

Для достижения поставленной цели использовались аналитические методы.

1. Получение, свойства и состав мартеновских шлаков

1.1 Участие мартеновских шлаков в технологическом процессе выплавки сталей и чугунов

Участие шлаков при выплавке чугунов и сталей в мартеновском процессе является одной из особенностей данного вида сталепроизводства. Она заключается в том, что сталь постоянно находится под слоем шлака, сначала первичного, затем - вторичного. Также, через слой шлака осуществляется подача всех флюсов, кислорода и атмосфер печи. В определенные периоды плавки он должен помогать осуществлять интенсивный переход кислорода из пространства печи в металл или, наоборот изолировать металл, предотвращая его окисление. Также шлак должен предохранять металл от перенасыщения кислородом и азотом. То есть, осуществлять управление плавкой можно меняя состав, консистенцию и температуру шлака, добиваясь получения металла нужного состава.

Производство мартеновской стали можно условно разделить на две части: кислое и основное. Различаются они не только технологией изготовления, но и химическим составом футеровки подины, элементы которой при выплавке окисляются и включаются в конечный состав металла.

1.1.1 Основной мартеновский процесс

Образование шлака происходит при расплавлении и окислении металла и содержит 35 - 45% оксида кальция и 13 - 17% оксида магния. После образования поверхностного слоя шлака жидкий металл оказывается изолированного от прямого контакта с кислородом и другими газами.

Затем первичный шлак скачивают и загружают в печь известь для образования нового и более основного шлака. Через некоторое время в печь загружают железную руду, которая насыщает шлак оксидом железа и, растворяясь в шлаке и металле, насыщает его кислородом и вызывает реакцию окисления углерода:

C + FeO = CO + Fe

Изготовление металла этим способом предполагает несколько заниженное содержание углерода, чем требуется по технологическому процессу. Затем начинается последняя стадия плавки: доводка и раскисление металла. В печь вводится кусковой ферромарганец (12% Mn) и ферросилиций (12-16% Si). Марганец и кремний окисляются, приостанавливая процесс окисления углерода.

1.1.2 Кислый мартеновский процесс

Получение шлака при кислом процессе не слишком отличается от основного процесса. При кислом процессе удаление из металла фосфора и серы невозможно, так как для их перевода из металла в шлак необходимо, чтобы в печи содержался основный шлак. Поэтому шихта отличается чистотой по этим примесям.

Для получения первичного кислого шлака в печь загружают некоторое количество кварцита или вторичного мартеновского шлака для предотвращения взаимодействия с кремнеземом футеровки и образования легкоплавкого соединения 2FeO*SiO2. После этого шихта нагревается газами, железо, марганец, кремний, окисляются, их окислы сплавляются с добавками (флюсами) и образует кислый шлак, содержащий до половины SiO2.

В кислой печи непрерывно идут два процесса:

окисление кремния оксидами железа шлака, в результате чего содержание кремния в металле уменьшается;

восстановление кремния из шлака и из пода, в результате чего содержание кремния в металле повышается.

Содержание кремния в ванне определяется соотношением скоростей этих двух процессов. Скорость восстановления кремния из пода примерно постоянна, скорость же окисления в значительной степени зависит от состава шлака и его жидкотекучести. Интенсифицировать процессы окисления примесей в кислой печи можно путем введения железной руды, марганцевой руды, извести или мелкораздробленного известняка, а также продувкой ванны кислородом. Например, при введении в печь извести (или известняка) образуются более прочные, чем силикаты железа, силикаты кальция

(FeO)2 * SiO2 + 2CaO = (СаО)2 * SiO2 + 2(FeO),

в результате чего активность оксидов железа в шлаке возрастает. Изменения скорости протекания реакции окисления можно добиться, изменяя также характер атмосферы печи. При уменьшении коэффициента расхода воздуха уменьшаются парциальные давления окислительных составляющих газовой фазы (О2, СО2) и скорость перехода кислорода в металл снижается.

В таком шлаке металл находится, по большей части, в силикатной форме, что затрудняет его переход из шлака в ванну. Кремний связывает закись железа в кремнезем, что затрудняет процесс окисления углерода, который в свою очередь влияет на теплоемкость всей ванны. Поэтому кипение металла при кислом процессе начинается позже, чем при основном, даже если подвод тепла осуществляется нормально, или даже с избытком.

Так как, в кислом шлаке свободной закиси железа почти нет и окисления его не происходит, то перед окончанием плавки содержание кислорода в металле гораздо ниже чем при основном процессе.

1.1.3 Состав и свойства мартеновских шлаков

Мартеновские шлаки - силикатные системы с различным содержанием железных окислов. В состав этих шлаков входят ортосиликаты кальция, магния, алюмоферриты кальция, оксид железа (II) и оксид железа (III). Последние составляют магнитную фракцию образующегося шлака.

Основными продуктами образования мартеновского шлака являются:

a) Продукты окисления примесей чугуна и лома - SiO2, MnO, P2O5, Cr2O3 и др.

b) Продукты разъедания футеровки агрегата - MgO и CaO в основных печах и SiO2 в кислых.

c) Загрязнения, внесенные шихтой (песок, глина и др.) т.е. SiO2, Al2O3.

d) Ржавчина, покрывающая лом - Fe3O4, Fe2O3, FeO.

e) Добавочные материалы (известняк, известь, железная руда,

агломерат, марганцевая руда и др.) - CaO, Fe2O3, MnO, SiO2, Al2O3, и др.

Состав мартеновских шлаков в процентах приведено в таблице 1.

Таблица 1. Состав мартеновских шлаков, %

Наименование

шлаков

Наименование элементов

СаО

SiO2

MgO

MnO

А12О3

2О3

FeO

Р2O5

Сr2О3

TiO2

S

Мартеновские

18.5

25.4

8.9

8.0

2.4

6.0

21.1

0.29

1.5

0.8

0.11

Нормальные мартеновские шлаки, затвердевая, образуют монолитную массу плотного, ноздреватого строения от темно-серого до черного цвета. При большом содержании извести при специальных плавках шлаки делаются более светлыми, иногда белыми, не стойкими к воздействию воды, от которого могут разлагаться, превращаясь в порошок.

Кислые шлаки при затвердевании образуют плотную стеклообразную массу серого или зеленоватого цвета, прочную, но хрупкую.

Для характеристики состава основного шлака пользуются величиной отношения концентраций в нем основных окислов к кислотным или (CaO)/(SiO2). Эту величину называют основностью шлака.

Соотношение основных и кислотных окислов приведено в таблице 2.

Таблица 2. Соотношение основных и кислотных окислов

Основность шлака

Соотношение основных и кислотных окислов

Низкоосновные

(CaO)/(SiO2) < 1,5

Средней основности

(CaO)/(SiO2) = 1,6 ? 2,5

Высокоосновные

(CaO)/(SiO2) >2,5

Кислый шлак более чем наполовину состоит из кислотных окислов (кремнезема). Характеристикой кислых шлаков может служить отношение (SiO2)/(FeO) + (MnO) или (SiO2)/(FeO) + (MnO) + (СаО), которое называют кислотностью шлака.

Важнейшими характеристиками шлаковых смесей являются вязкость, которая, повышаясь затрудняет тепло- и массоперенос в шлаке, вызывает замедление процессов нагрева и рафинирования металла, поверхностное натяжение, от величины которого на границе штейн - шлак зависят размеры устойчивого зародыша, смачивание шлаков, флюсов и огнеупоров.

Компонентами шлака, резко повышающими его вязкость, прежде всего являются МgО (> 10-12%) и Сг2О3 (>5-6%); эти компоненты при содержаниях выше указанных пределов обогащают шлак мелкодисперсными частицами. Вязкость основных шлаков существенно снижается при введении 2-5% CaF2 5-7% Al2O3, 5-7% Na2O или К2О.

Таким образом, из данных таблицы можно заключить, что содержание окислов железа делает шлаки мартеновского производства ценным вторичным сырьем в черной металлургии, а также, в силу состава (обогащен окислами железа) используют в качестве шихты доменной печи, а также в качестве флюса. Высокое содержание оксидов кальция, марганца характеризует переработанный шлак как ценное удобрение.

2. Способы переработки мартеновского шлака

2.1 Направления использования шлака

Чтобы определить эффективность переработки мартеновских шлаков, сначала необходимо рассмотреть пути использования образованного вторсырья. Это определит вид и требования к переработанному продукту и процессу его производства.

Основными потребителями образовавшегося продукта являются:

a) Дорожное строительство. Дорожное строительство - наиболее материалоемкая область применения шлакового щебня. При этом требования к щебню варьируются в соответствии с назначением слоя дорожного покрытия. Одним из основных требований к щебню для дорожного строительства является его способность не дробиться при укладке и уплотнении.

I. Наиболее широко применяются отвальные шлаки и минеральный порошок для изготовления верхних слоев дорожного покрытия. Такое покрытие успешно противостоит испытаниям на прочность, истирание, ударные нагрузки, обладает устойчивостью к сдвиговым деформациям, большей тепло- и морозостойкостью, а также большим коэффициентом сцепления.

II. Требования к шлаковому щебню и шлаковому песку, применяемому в дорожном строительстве описывает ГОСТ 3344-83.

b) Сельскохозяйственные предприятия. Мартеновский шлак создает наиболее оптимальные условия существования микроорганизмов почвы, увеличивая их содержание. Он является эффективной добавкой в органо-минеральных компостах; повышает качество продукта и содержание белковых веществ в сене и зерне, а также сахара и витаминов; уменьшает заболеваемость растений. Например, поражение свеклы пятнистостью снижается на 40%, а повреждение корнидом -- на 30% при 100% поражаемости.

c) Доменные металлургические производства. Мартеновские шлаки в шихте доменных печей применяет ряд зарубежных и отечественных предприятий. Уровень их применения зависит от вида шихты, марок выплавляемых сталей и химического состава шлаков. Во Франции он равен 100-250 тыс. т/год для одного завода, в США - 124 кг/т шлака (завод в Белфонте) и т.д. По опыту Аргентины, введение в печи до 100 кг/т чугуна шлаков, содержащих 25% FeO и 40% СаО, снижает стоимость шихты на 9,3%. Шлаки такого состава выполняют роль флюса при доменной плавке.

Применение мартеновских шлаков в отечественных производствах.

На металлургическом заводе им. Серова опробовано применение мартеновского шлака (основность 2,0-3,4) для комплексного рафинировния чугуна. Шлак в количестве 2-4 т выпускали в горячий чугуновозный ковш. Затем туда же с высоты около 3 м заливали 35-40 т чугуна. В результате этого достигнута десульфурация на 36% и обескремнивание на 25%, на 45-56% восстанавливался марганец шлака, за счет физического тепла последнего на 35°С повысилась температура чугуна.

На Златоустовском металлургическом заводе при выплавке хромсодержащей мартеновской стали в ванну печи подается отработанный электропечной шлак производства стали Х18Н10Т с содержанием 15-30% хрома. Последний извлекается без ухудшения технологического процесса плавки. За счет восстановления хрома из шлака и уменьшения его угара расход феррохрома снижается на 3-3,5 кг в расчете на 1 т стали.

Для улучшения шлакообразования кислые мартеновские шлаки подаются в завалку кислой печи в количестве 3% от массы металлической шихты при выплавке шарикоподшипниковой стали и 0,5-1% при получении легированной стали для поковок ответственного назначения.

d) Цементная промышленность. Активным потребителем шлаков является также цементная промышленность, использующая ежегодно 20-23 млн. т. гранулированного продукта. Это объясняется высокой химической активностью резко охлажденного шлака, которая возникает из-за неупорядоченной структуры стекла, стремящейся при наличии подходящих температурных условий завершить начатое формирование. Такой химический потенциал проявляется в вяжущих свойствах шлака. Молотый, гранулированный шлак при взаимодействии с водой способен образовывать прочные образования подобно цементам. Процессы твердения могут протекать при 180 - 200оС, но более интенсивно идут при повышенной температуре и в присутствии активизаторов - извести, гипса и т.п.

Различные по составу шлаки обладают различными свойствами, а также разнятся областями применения.

Кислые шлаки пригодны также для производства шлаковой пемзы, литого щебня и шлаковой ваты.

2.2 Грануляция

Грануляция мартеновского шлака может производиться несколькими способами:

Естественный. Пористые шлаки можно получить при остывании шлака за счет оставшихся в нем газов. Однако, этот способ себя не всегда оправдывает за счет затрат времени и физических свойств выходного шлакового продукта. В случае естественного охлаждения шлака пористость неравномерная с резкими переходами от крупных к мелким ячейкам.

Искусственный. Такая поризация шлака происходит при воздействии воды, пара, воздуха.

Последний способ, в свою очередь, разделяется на несколько способов:

a) Бассейновый способ, основан на поризации шлака водой. Бассейн, снабженный системой подъема, состоит из ванны, механизма закрывания и открывания борта, системы водоподачи. Ванна -- металлическая чаша размером 6х6х1,25 м с наклонными бортами. Дно ее имеет отверстия диаметром 4 мм через 15 см. Через отверстия в процессе слива в ванну шлака подается вода, которая поризует расплав. В течение последующих 6--8 мин вспученная масса шлака кристаллизуется и затем выгружается в приямок, откуда перегружается грейфером на промежуточный склад. Здесь происходит окончательная кристаллизация в течение 3--5 ч, затем шлак подают на дробление и сортировку.

b) Траншейно-брызгальный способ. Струи воды под давлением 0,6 МПа пронизывают шлаковый расплав, заполняющий траншею. Вспучивание и кристаллизация продолжаются в траншее в течение 1,5--2 ч. Толщина слоя поризованного шлака от 10 до 30 см. После застывания слой поливают водой и на влажную поверхность сливают новый шлаковый расплав. При достижении толщины слоя 3--3,5 м пемзу разрабатывают экскаватором и подают в дробильно-сортировочный узел.

c) Гидроэкранный способ. Шлаки с температурой 1450 °С прямо из печи поступают по желобу длиной 2 м в гранулятор. Шлак разбивают на гранулы струей воды под давлением 0,35 МПа. При скорости течения шлакового расплава 0,25--0,6 т/мин расход воды составляет около 7 м3/мин. Пульпу подают в бункер-накопитель, из него в короб, а затем после магнитной сепарации в бункер-отстойник. Далее материал поступает на склад готовой продукции.

Гранулированный мартеновский шлак с успехом применяется в качестве щебеночных слоев дорожного покрытия. Это обуславливает его высокая морозо- и жаростойкость (успешное испытание до двухсот циклов испытаний), а также успешное сопротивление истиранию. Стоимость такого сырья почти в два раза ниже природного материала.

Технические параметры процессов грануляции приведено в таблице 3.

Таблица 3. Технические параметры процессов грануляции

Технические параметры процесса

Способ грануляции

Бассейновый

Траншейно-брыз.

Гидроэкранный

Расход воды, м3

0,2 - 0,4 м3

0,1 м3

0,2 м3

Температура шлака на входе, оС

1250 - 1300 оС

1340оС

1340оС

Температура шлака на выходе, оС

100 - 150 оС

80оС

50оС

Влажность продукта на выходе, %

15 - 30%

10%

15 - 18%

Как видно из таблицы, общими недостатками всех методов грануляции является практическая несовершенство оборотного водоснабжения, теплового загрязнения окружающей среды, большие потери тепла шлаков, получение гранулированного шлака повышенной влажности.

Такие недостатки можно устранить снижением практического расхода воды (например, совершенствование систем подачи воды, разработка более экологичных систем, переходом на сухие способы грануляции и т.д.), либо улучшить систему оборотного водоснабжения (интенсивное осаждение взвесей, охлаждение воды, путем ее вторичного использования в отопительных агрегатах).

Переход на сухие способы грануляции может решить проблему повышенной влажности шлака, которая затрудняет его разморозку в зимние периоды. Также этой цели может служить система вертикальной газовой продувки конечной шлаковой продукции.

Развитая система парогазовой очистки может решить проблему повышенных вредных газовых выбросов (углекислый газ, пар). Например, газоулавливающие установки (зонты, местные отсосы), с последующие нейтрализацией выбросов известковым молоком Са(ОН)2.

2.3 Грануляторная установка водовоздушного типа

Расплав непосредственно из плавильного агрегата или через промежуточную емкость подают в приемную воронку, через концентрическую горловину расплав попадает в емкость, набранную из колосников, образующих грушевидную форму. При вращении емкости вокруг наклонной оси расплав взаимодействует с металлическими телами (шарами), отдает тепло, намораживается на поверхность шаров, истирается, если расплав затвердел, перемещается в межшаровом пространстве вдоль оси вращения емкости от оси к периферии, к колосникам. Взаимодействуя с рабочими телами (шарами), расплав интенсивно отдает тепло, в процессе охлаждения расплав теряет текучесть, становится вязким, затвердевает на поверхности шаров и в полостях, ими образованными. Затвердевшие куски шлака в составе гетерогенного расплава, взаимодействуя с шарами, с колосниками и с потоком увлажненного воздуха, в результате механического и термического воздействия разрушаются и измельчаются. Окончательное формирование крупности готового продукта осуществляется при взаимодействии рабочих тел с колосниками, когда шлак выходит из емкости. Через зазоры между колосниками материал просыпается и попадает в устройство для охлаждения и транспортирования, по которому отгружается на последующую переработку или на склад готовой продукции.

Для принудительного охлаждения шаров, расплава, изменяющего свое агрегатное состояние, емкости и установки в целом в корпус установки встроен воздуховод. В воздуховоде смонтирован водовод с форсунками. Парогазовая смесь, образующаяся в результате охлаждения шлакового расплава, локализуется в корпусе установки и через устройство для отвода парогазовой смеси поступает в систему очистки отработанного воздуха и пара. Отбор тепла от расплава осуществляется за счет подачи воды в количестве от 0,01 до 0,5 м3/т перерабатываемого расплава, а крупность продукта формируют путем изменения скорости перемещения рабочих тел в диапазоне от 0 до 1,5 м/с.

Принципиальная схема грануляторной установки жидкого шлакового расплава приведена на рисунке 1.

Рис. 1. Принципиальная схема грануляторной установки жидкого шлакового расплава: 1 - воронка, 2 - емкость, 3 - колосники, 4 - горловина в виде обратного конуса, 5 - наклонная ось вращения с возможностью изменения угла ее наклона, 6 - рабочие тела (шары), 7 - корпус, 8 - устройством для отгрузки и охлаждения готового продукта, 9 - воздуховод, 10 - водовод, 11 - форсунки, 12 - устройство для отвода парогазовой смеси.

Технические параметры процесса грануляции в водовоздушной установке приведены в таблице 4.

Таблица 4. Технические параметры процесса грануляции в водовоздушной установке

Технологические параметры процесса

Водовоздушная установка

Расход воды, кг/м3

0,03 - 0,096 м3

Температура шлака на входе, оС

1300 - 1450 оС

Температура шлака на выходе, оС

50 - 80 оС

Влажность продукта, %

7 - 10%

Метод водовоздушной грануляции существенным образом сокращает расход воды в технологическом цикле, а также имеет систему местной вентиляции, частично решающую проблему парогазовых выбросов.

Однако, такой метод обуславливает значительные энергозатраты. Также водовоздушный способ грануляции не решает проблему отвода физического тепла шлакового расплава.

2.4 Воздушно-гравитационная переработка мартеновского шлака

Этот способ применяется для переработки основного мартеновского шлака, а именно для извлечения из него металлической составляющей, которая препятствует его использованию в качестве сырья при производстве строительных материалов.

Данный метод переработки обосновывается свойствами двухкальциевого силиката белита 2CaOSiO2, содержащегося в основном мартеновском шлаке. Процесс длительного охлаждения шлаков неразрывно связан с полиморфными превращениями высокотемпературных б и в модификаций двухкальциевого силиката в г-модификацию. Такое превращение сопровождается увеличением объема шлаковового материала на 10-12%, что и приводит к распаду шлака.

Суть этого метода заключается в том, что после завершения силикатного распада шлак подвергают нескольким стадиям многоступенчатой обработки с выделением магнитной фракции и получением конечного продукта.

Обработка включает в себя следующие стадии:

a) Горячее грохочение. Шлак, охлажденный до начала силикатного распада (550оС) подвергают горячему грохочению с интенсивным охлаждением и удалением образовавшейся пылевидной фракции. Шлак под действием силикатного распада разрушается и проходит через решетку грохота. Скрап, оставшийся на решетке возвращают в производство. Образовавшийся в процессе грохота продукт подвергают измельчению с охлаждением, которое приводит к дополнительному силикатному распаду новой поверхности и воздушной сепарации.

b) Удаление промежуточных фракций шлака и не измельчаемой металлической составляющей. Данный этап нацелен на размол крупных кусков шлака с последующим удалением из него металлических включений.

c) На этой стадии используются воздушные барабанные сепараторы, которые могут измельчать шлаковый щебень как при помощи измельчающих тел (шаров), так и без них.

I. Самоизмельчение шлака в сепараторе происходит за счет крупных шлаковых фракций, которые ударяясь о стенки вращающегося по часовой стрелке барабана продвигались продвигаются в сторону выгрузки. Возникающая при этом пылевидная фракция однонаправленной струей воздуха удаляется в систему вентиляции, которая при этом ускоряет продвижение распавшихся кусков шлака.

II. Барабанный сепаратор, работающий с использованием размольных тел имеет цилиндроконическую форму и вращается вокруг оси, которая может быть наклонена к горизонту по максимальным углом в 30о. Такой барабан имеет два режима: "Измельчение" и "Выгрузка". При вращении барабана против часовой стрелки шлаковый материал остается в передней части сепаратора, где происходит его измельчение размольными телами. При вращении барабана по часовой стрелке измельченные шлаковые фракции продвигаются в сторону выгрузки под действием регулируемой струи воздуха, дополнительно очищающей барабан от пылевидной фракции.

d) Загруженность сепаратора не должна превышать 40% его объема, так как это приводит к снижению производительности и повышенному расходу оборудования. Оптимальная частота вращения барабана должна находиться в диапазоне = (0,2;0,9) об/мин. Увеличение частоты приводит к прекращению измельчения за счет центробежной силы.

e) Расход воздуха, необходимого для сепарации и охлаждения материала, находится в диапазоне 0,1-6,0 м3/кг.

f) При использовании очищенного от металлических включений шлака в качестве активной минеральной добавки для производства цемента размер металлических частиц, попадающих в конечный продукт, должен быть меньше 0,08 мм.

g) Циклическая переработка материала. Этот этап включает в себя избирательное измельчение шлака с разрушением наименее прочной неметаллической части для извлечения остаточной металлической составляющей. Затем образовавшуюся массу подвергают воздушной сепарации, удаляя пылевидную фракцию. Расход воздуха регулируют исходя из интервала значений 0,1-6,0 м3/кг. Затем оставшуюся часть разделяют: мелкая часть отправляется на последующую переработку, крупная же возвращается на повторное измельчение.

Количество циклов переработки выбирают таким образом, чтобы перевести всю неметаллическую составляющую шлака в пылевидную фракцию и извлечь ее в процессе воздушной сепарации. Для этого барабанные сепараторы последовательно устанавливают один за другим, чтобы измельченный и обеспыленный материал из первого сепаратора попадал в зону измельчения второго и т.д.

Иногда для активизации распада на этапе кристаллизации в шлак вводят добавки, активизирующие его силикатный распад. Добавочные вещества образуют центры кристаллизации 2CaOSiO2. В связи с этим кристаллизация 2CaOSiO2 идет интенсивней, чем кристаллизация окислов железа и марганца, что в дальнейшем в процессе полиморфного превращения приводит к более интенсивному самораспаду шлака. В качестве активизирующих добавок используют, например, известковые высевки или саморассыпавшийся ковшовый шлак. Введение таких добавок позволяет сократить технологический процесс механической переработки за счет более активного распада шлака.

Технологические параметры процесса воздушно-гравитационной переработки шлака приведены в таблице 5.

Таблица 5. Технологические параметры процесса воздушно-гравитационной переработки шлака

Технологические параметры процесса

Воздушно-гравитационная переработка

Расход воздуха, кг/м3

2 - 12 м3

Температура шлака на входе, оС

700 - 600оС

Температура шлака на выходе, оС

50 - 80 оС

Влажность продукта, %

0%

Как видно из таблицы данный метод может с успехом применяться для переработки основного мартеновского шлака в шлаковую муку, которая затем может использоваться в сельском хозяйстве, а также в качестве добавки к цементам. В данном способе переработки шлака используется замкнутый водный цикл, что выгодно отличает его от «мокрых» способов переработки.

Однако существенным недостатком дано метода является то, что шлак требует непосредственной переработки на производстве, а значит, существенно затрудняет процесс. К тому же, шлак полученный данным методом является скорее побочным продуктом, нежели основным, а потому, его качество будет ниже, чем при целенаправленной переработке.

2.5 Метод переработки отвального мартеновского шлака

Мартеновский отвальный шлак содержит от 27% железа. Причиной этому, главным образом служит то, что при выпуске металла из печи не представляется возможным четко разделить металл и шлак. Поэтому, часть металла, осаждающегося и кристаллизующегося на дне ковша под слоем шлака, перевозят на отвал. На дне ковша образует большой кусок (лепешка) металла. Размер куска: диаметр 0,8-1,4 метра, толщина куска 0,15-0,35 метра. Такие коржи на шлаковых полигонах складируются вместе со шлаком.

При подсчетах потери металла с коржами мартеновского шлака в составе указанных шлаков обычно не учитывается. Следовательно, общие потери металла составляют примерно 30%.

На первой метода стадии переработки отвального шлака выделяют коржи металла путем рассева отвального шлака в барабане, при этом получают два продукта - металлические коржи и шлак (схема). На второй стадии шлак промывают водой, при этом получают два продукта - мытый крупный шлак. Второй продукт представляет собой оксид кремния и карбонат кальция, которые образуются в результате естественного разложения компонентов шлака на оксид кремния SiO2 и карбонат кальция. Схематично эти реакции можно представить в виде:

CaO·SiO2+СO2>CaCO3+SiO2

Оксид кальция реагирует с атмосферным диоксидом углерода с образованием карбонатов кальция по реакции

СаО+СO2>СаСО3

Извлеченный из отвала шлак подвергают грохочению с выделением коржей металла, которые отправляют на переплавку в мартеновскую печь. Шлак промывают водой на сите с выделением оксида кремния и карбоната кальция, которые направляют на изготовление клинкера. Промытый шлак подвергают магнитной сепарации при напряженности магнитного поля 3000-6000 эрстед с отделением королькового железа, которое подают на переплавку в электропечь или мартеновскую печь. Далее шлак дробят в роторной дробилке и осуществляют магнитное выделение оксидного железа при напряженности магнитного поля 7000-9000 эрстед, которое направляют на агломерацию. Шлак подвергают рассеву на фракции с получением шлакового песка крупностью менее 0-5 мм и шлакового щебня крупностью 5-30 мм, которые используют для приготовления строительных бетонов и растворов.

Результатом такого способа является полное извлечение железа и получение строительных материалов шлакового песка, шлакового щебня, пыли и глинистой массы для производства клинкера.

Принципиальная схема комплексной переработки мартеновского шлака приведена на рисунке 2.

Рис. 2. Принципиальная схема комплексной переработки мартеновского шлака

Технологические параметры процесса переработки отвального мартеновского шлака приведены в таблице 6.

Таблица 6. Технологические параметры процесса переработки отвального мартеновского шлака

Технологические параметры процесса

Переработка отвального маар. шлака

Расход воды, кг/м3

0,6 м3

Температура шлака на входе, оС

15 - 30 оС

Температура шлака на выходе, оС

15 - 30 оС

Влажность продукта, %

0%

Такой способ переработки шлака является одним из самых оптимальных, позволяя перерабатывать шлак сразу в нескольких направлениях, извлекая из него максимум пользы. Этот способ предполагает использование остывшего, лежалого шлака, что определяет возможность транспортировки на другие предприятия, тем самым, исключая возможность вовлечения в процесс переработки внутреннего пространства заводской территории или территории цехов, что позволяет наиболее оптимально организовать рабочую зону и соответствующие системы очистки.

2.6 Кристаллохимический способ переработки мартеновских шлаков

Кристаллохимический распад шлаков - измельчение шлаков в порошок высокой дисперсности в результате реакции двухкальциевого силиката 2CaOSiO2, который способен при определенных условиях образовывать кристаллы с различной симметрией. При остывании шлаковых масс кристаллы двухкальциевого силиката увеличиваются в размерах на 10-12%, что способствует саморазрушению шлака.

Этому процессу могут препятствовать различные стабилизаторы. Однако, в составе основного мартеновского шлака, в следствие поликомпонентности и многофазности его расплава, уже включены новообразования, служащие химическими и физическими стабилизаторами.

Кристаллохимический способ получения шлаковой муки из основных мартеновских шлаков путем обогащения шлакового расплава доломитным или шлаковым порошком, засыпанным в количестве от одного до пяти процентов на дно шлаковозного ковша.

Особенностью данного способа кристаллохимической переработки шлака является введение в шлаковый расплав доломитового порошка с размером зерен менее 2 мм, в количестве от 1 до 5% (по весу), который служит зародышем кристаллизации двухкальциевого силиката и при охлаждении шлака вызывает превращение его в муку в результате силикатного распада.

Принципиальная схема получения шлаковой муки из основных мартеновских шлаков приведена на рисунке 3.

Мартеновский шлаковый расплав обогащенный доломитовым порошком в шлаковнице 1, транспортируется с шлакопредельной установки.

Здесь шлаковый слиток 2 вываливается на металлическую или железобетонную решетку 3 с размерами отверстий приблизительно 10 мм. В зависимости от размеров шлакового слитка 2 он охлаждается на решетке 3 в течение 18--24 часов. По мере его охлаждения, начиная от 675оС, происходит силикатный распад шлака и его самопроизвольное измельчение. Образующаяся шлаковая мука, проваливается сквозь отверстия решетки 3, поступает в приемный бункер 4. Частицы нераспавшегося шлака в количестве 10--15% от веса всего шлака удаляются с решетки 3 грейфером, установленном на мостовом кране 5. Крупные металлические включения удаляются с решетки электромагнитом. По мере заполнения бункера 4 шлаковой мукой, она подается на транспортер 6, над которым установлен магнитный сепаратор 7, извлекающий из муки магнитные фракции. Извлеченный из муки металл оправляется в бункер 8. После сепарации шлаковая мука попадает на грохот 9 и сортируется на фракции. Далее шлаковая мука ссыпается по фракциям в бункеры 10.

Основным шлаковым продуктом, получаемым кристаллохимическим способом является шлаковая мука. Потребителем этого продукта являются сельское хозяйство и строительная промышленность.

Рис. 3. Принципиальная схема получения шлаковой муки из основных мартеновских шлаков

Технологические параметры процесса переработки мартеновских шлаков известковым способом приведены в таблице 7.

Таблица 7. Технологические параметры процесса переработки мартеновских шлаков известковым способом

Технологические параметры процесса

Переработка мартеновских шлаков известковым способом

Расход воды, кг/м3

0 м3

Температура шлака на входе, оС

1340 - 1400 оС

Температура шлака на выходе, оС

15 - 30 оС

Влажность продукта, %

0%

Проблемой кристаллохимического способа получения шлаковой муки из основных мартеновских шлаков является то, что таким образом можно продукт можно получить лишь из расплавленного шлака, что затрудняет процесс производства.

2.7 Способ переработки мартеновских шлаков известковым способом.

В мартеновских шлаках после их кристаллизации и охлаждения встречаются не ассимилировавшиеся в расплаве и попадающие в него из шихты включения свободной окиси кальция.

Отвальные шлаковые глыбы, имеющие подобные включения СаО, под действием атмосферной влаги подвергаются распаду на куски разной величины.

Шлаки представляют собой преимущественно однокальциевый силикат CaOSiO2, двухкальциевый силикат 2CaOSiO2, трехкальциевый силикат 3CaOSiO2. В отвалах в шлаках протекают следующие реакции разложения двух- и трехкальциевых силикатов

3CaOSiO2>2CaO·SiO2+CaO

2CaOSiO2>CaO·SiO+CaO

CaOSiO2>CaO+SiO2

Технология переработки шлака известковым способом предполагает внесение в шлаковый расплав известняка, который обжигается за счет теплосодержания расплава. Затем, шлаковый расплав охлаждается и превращается в смесь шлака и извести - шлакоизвестковый спек. После выгрузки шлакоизвестковый монолит подвергается обильному орошению водой, которая запускает механизм известкового распада в щебень.

Полученный шлакоизвестковый щебень имеет представлен достаточно крупными фракциями, которые должны проходить дальнейшее дробление и измельчение. Этому способствует искусственная поризация шлакового спека, который в немалой степени обеспечивается большими объемами углекислоты, выделяющиеся при обжиге известняка в шлаковом расплаве. После дробления щебень подвергают магнитной сепарации для отделения магнитных включений, которые затем возвращают в производство. Затем щебень подвергается грохочению, в результате которого разделяется на две части по размеру: крупную и мелкую. Первая возвращается на повторное дробление, вторая идет на размол в шаровую мельницу.

После размола в мельнице полученный продукт вновь подвергают магнитной сепарации. Образующуюся в результате данной операции магнитную часть затем можно использовать в качестве аглошихты.

Технологические параметры процесса воздушно-гравитационной переработки мартеновских шлаков известковым способом приведены в таблице 8.

Таблица 8. Технологические параметры процесса воздушно-гравитационной переработки мартеновских шлаков известковым способом

Технологические параметры процесса

Переработка маар. шлаков известковым способом

Расход воды, кг/м3

0,2 м3

Температура шлака на входе, оС

1340 - 1400 оС

Температура шлака на выходе, оС

15 - 30 оС

Влажность продукта, %

5 - 7%

Недостатком данного метода, также как и кристаллохимического способа переработки шлака, является невозможность использования отвального шлака, требуется немедленная переработка. К тому же вода, используемая в технологическом процессе, не подлежит восстановлению.

Заключение

В данной работе были рассмотрены методы по переработке мартеновского шлака. По результатам анализа было выявлено, что наиболее оптимальной и экологичной технологией переработки мартеновского шлака является комплексная переработка, продуктами которой становятся строительные материалы: шлаковый песок и шлаковый щебень, применяющиеся в дорожном строительстве, пыль, потребителем которой являются сельскохозяйственная отрасль (производство удобрений) и цементная промышленность (вяжущее), а также глинистая масса для производства клинкера.

Другой перспективной технологией переработки мартеновского шлака является воздушно-гравитационный способ переработки, который позволяет получить максимальное количество вторичного материала (скрапа), с успехом использующегося в дальнейшем производстве. Шлаковым продуктом, в процессе такой переработки является шлаковая мука и мелкофракционный шлаковый щебень.

Прочие же методы обуславливают затруднение своего использования рядом недостатков, связанных с устаревшей технологией переработки, неэффективностью, неэкологичностью, а также нерентабельностью производства.

Список использованных источников

1.Линчевский Б.В., Соболевский А.Л., Кальменев А.А. Металлургия черных металлов - М.: Металлургия, 1986. - 360 с.

2.Лотош В.Е. Переработка отходов природопользования. Екатеринбург: Полиграфист, 2007. - 503 с.

3.Воскобойников В. Г., Кудрин В. А., Якушев А. М. Общая металлургия - 6-изд., перераб. и доп. - М.: Академкнига, 2005. - 768 с:

4.Свинолобов Н.П., Бровкин В.Л. Печи черной металлургии: Учебное пособие для вузов. - Днепропетровск: Пороги, 2004. - 154 с

5.Родионов А.И., Клушин В.Н., Торочешников Н.С. Техника защиты окружающей среды: Учебник для вузов 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Химия 1989. - 512 с.: ил.

6.А.А. Дрейер, А.Н. Сачков, К.С. Никольский, Ю.И. Маринин, А.В. Миронов. Твердые промышленные и бытовые отходы, их свойства и переработка, 1997 г.

7.Никулин Ф.Е. Утилизация и очистка промышленных отходов -- Ленинград: Судостроение, 1980. -- С. 12--13.

8.Гребенщиков А.А., Куренков А.Г. Экологический вестник Дона. «О состоянии окружающей среды и природных ресурсов Ростовской области в 2012 году»

9.Строй справка: Получение гранулированного шлака и порошка URL: http://stroy-spravka.ru [Дата обращения 15.12.2013]

10.Поиск патентов и изобретений, зарегистрированных в РФ и СССР URL: http://www.findpatent.ru [Дата обращения 17.12.2013]

11.Библиотекарь. Ру URL: http://www.bibliotekar.ru [Дата обращения 17.12.2013]

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Физико-механические свойства металлургических шлаков. Производство пемзы из доменного шлака. Анализ переработки сталеплавильных шлаков. Перспективы применения центробежно-ударной техники для переработки металлургических шлаков. Способы грануляции шлака.

    реферат [1,2 M], добавлен 14.10.2011

  • Классификационные признаки золы и шлаков для последующей технологии переработки. Опыт утилизации золы в европейских странах. Проблемы индустрии строительных материалов России по нерудным материалам и использованию золы-уноса, шлаков. Ведущие компании РФ.

    статья [966,8 K], добавлен 17.07.2013

  • Пирометаллургическая технология получения вторичной меди. Распределение основных компонентов вторичного медного сырья по продуктам шахтной плавки. Шлаки цветной металлургии. Перспективы применения центробежно-ударной техники для переработки шлаков.

    реферат [25,8 K], добавлен 13.12.2013

  • Способ переработки магниевого скрапа. Способ переработки магниевых шлаков, содержащих металлический магний, хлористые соли и оксид магния. Разработка концепции технологических процессов утилизации хлоридных отходов титаномагниевого производства.

    контрольная работа [188,2 K], добавлен 14.10.2011

  • Строение и свойства топливных шлаков. Агломерированные шлаки и золы. Способы механизированного получения шлаковой пемзы. Производство удобрений из шлаков. Способы получение комплексных удобрений. Основные недостатки смесей из пористых материалов.

    реферат [167,6 K], добавлен 14.10.2011

  • История возникновения пластмасс. Основные механические характеристики пластмасс. Виды, свойства, типы пластмасс. Способы утилизации пластмассовых отходов. Методы переработки пластмасс в промышленности. Вред пластика, новые идеи переработки пластмасс.

    презентация [700,5 K], добавлен 09.03.2011

  • Основные виды обработки древесины, важнейшие полуфабрикаты из нее. Изучение процесса утилизации, рекуперации и переработки отходов деревообрабатывающего производства. Оценка класса опасности отходов с выявлением суммарного индекса опасности отходов.

    курсовая работа [890,3 K], добавлен 11.01.2016

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.