Управління властивостями агломераційної шихти в умовах утилізації залізовмісних металургійних шламів

Размещено на http://www.allbest.ru

Національна металургійна академія України

УДК 669.162

Котляр Михайло Ігорович

Управління властивостями агломераційної шихти за умов утилізації залізовмісних металургійних шламів

05.16.02 “Металургія чорних металів”

Автореферат

дисертації на здобуття ученого ступеню кандидата технічних наук

Дніпропетровськ, 2004

Дисертація є рукописом

Роботу виконано в Національній металургійній академії України Міністерства освіти і науки України і на Криворізькому державному гірничо-металургійному комбінаті “Криворіжсталь”

Науковий керівник: - доктор технічних наук, професор

Шатоха Володимир Іванович

Національна металургійна академія України, проректор з міжнародних питань

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор

Колесник Микола Федорович

Запорізька державна інженерна академія, завідувач кафедри металургії чорних металів

кандидат технічних наук

Петренко Віталій Олександрович

ВАТ “Дніпропетровський металургійний завод ім. Петровського” помічник директора заводу

Провідна установа:

Дніпродзержинський державний технічний університет Міністерства освіти і науки України, кафедра руднотермічних процесів (м. Дніпродзержинськ)

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національної металургійної академії України (49600, Дніпропетровськ, пр. Гагаріна, 4)

Учений секретар спеціалізованої вченої ради

доктор технічних наук, професор Камкіна Л.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

утилізація залізовмісний металургійний агломерат

Реалізація в Україні концепції стійкого розвитку стосовно до металургії вимагає, зокрема, підвищення ефективності використання твердих залізовмісних відходів. Це актуально як з точки зору економії невідновних природних ресурсів, так і з метою зменшення забруднення відходами навколишнього середовища.

Кабінетом Міністрів України прийнято "Програму використання відходів виробництва і споживання на період до 2005 року", а також "Національний план з гігієни довкілля на 2000-2005 роки". Ці документи підкреслюють актуальність створення ресурсозберігаючих технологій, що забезпечують більш повне залучення відходів у виробництво, і регламентують сприятливий інвестиційний клімат для рішення поставлених задач.

Актуальність теми. Існуючі на металургійних підприємствах України масштаби і темпи накопичення залізовмісних шламів диктують необхідність розробки і впровадження технологій, що забезпечують збільшення обсягів і підвищення ефективності утилізації даного виду відходів.

Пошук і застосування ефективних способів підготовки залізовмісних металургійних шламів до утилізації в процесі спікання агломерату є в умовах України найбільш прийнятним рішенням проблеми утилізації шламів без додаткових капіталовкладень.

Зв'язок з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертаційної роботи безпосередньо пов'язана з планами наукових досліджень Національної металургійної академії України і Криворізького державного гірничо-металургійного комбінату “Криворіжсталь”, а також з затвердженими Кабінетом Міністрів України "Програмою використання відходів виробництва і споживання на період до 2005 року" і "Національним планом з гігієни довкілля на 2000-2005 роки". Базовими для підготовки дисертації є науково-дослідні роботи “Исследование влияния торфа активированного при подготовке шламов на качество агломерата” (2001 р. Інв. № 751-01), „Исследование вещественного состава шламов, а также руд и вмещающих пород залежей ШУ КДГМК “Криворожсталь” (2002 р., Інв. № 75-02), виконані відповідно до плану науково-дослідних робіт КДГМК “Криворіжсталь”, у яких автор був відповідальним виконавцем.

Мета дослідження. Забезпечити збільшення обсягів і підвищення ефективності утилізації залізовмісних шламів за умов металургійних підприємств України шляхом управління властивостями аглошихти в процесі її підготовки.

Задачі, які необхідно вирішити для досягнення поставленої мети:

- виявити причини недостатньо ефективної утилізації залізовмісних металургійних шламів при виробництві агломерату;

- теоретично обґрунтувати й експериментально довести доцільність застосування нового виду добавки при підготовці шламів до використання як компоненту агломераційної шихти;

- розробити технологію виробництва агломерату з застосуванням нового методу підготовки залізовмісних шламів та оцінити її технологічну і техніко-економічну ефективність.

Методи дослідження. У роботі досліджено властивості агломераційної шихти і закономірності процесу спікання агломерату. Сипучість матеріалів оцінювали з застосуванням стандартного методу по величині кута природного укосу, ефективність процесу огрудкування оцінювали за результатами розсіву огрудкованої шихти. Експерименти виконано для різних технологічних режимів підготовки шихти і при різному компонентному складі агломераційної суміші з застосуванням симплекс-планування. Дослідження процесів підготовки шихти до спікання й агломераційного процесу верифіковано на лабораторних установках різної ємності для урахування фактору зміни масштабу, а також у промислових умовах. Статистичну обробку результатів досліджень виконана з використанням стандартних функцій пакету MS Excel™. Економічну ефективність технології досліджено на основі дослідно-промислового відпрацьовування з використанням загальноприйнятих методів приведення параметрів агломераційного процесу до однакових умов.

Наукова новизна отриманих результатів.

- отримали подальший розвиток дослідження переносу вологи в суміші дисперсних матеріалів з різною вологоємністю стосовно до компонентів агломераційної шихти;

- вперше досліджено закономірності зміни сипучості залізовмісних шламів при змішуванні з вологоємною добавкою - торфом;

- вперше визначено вплив на огрудкування і спікання агломераційної шихти попереднього змішування шламів з вологоємною добавкою - торфом і обґрунтовано межи раціонального вмісту цієї добавки в шихті.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій. Наукові положення дисертації, що стосуються закономірностей впливу вологоємної добавки на властивості залізовмісних металургійних шламів і агломераційної суміші, параметри і результати спікання агломерату, теоретично обґрунтовані й експериментально перевірені на лабораторних установках різного масштабу й за промислових умов із застосуванням методів статистичної обробки результатів.

Висновки і рекомендації дисертаційної роботи ґрунтуються на результатах дослідно-промислових іспитів і відпрацьовування технології в умовах Криворізького державного гірничо-металургійного комбінату “Криворіжсталь”.

Наукове значення роботи. Дисертаційна робота розширює існуючі уявлення про взаємодію компонентів агломераційної шихти з різною вологоємністю і доповнює теоретичні основи технологічного управління властивостями агломераційних шихт.

Практичне використання отриманих результатів. Розроблену в роботі технологію підготовки залізовмісних металургійних шламів до утилізації при виробництві агломерату впроваджено в агломераційному цеху КДГМК “Криворіжсталь”. Фактичний річний ефект від її реалізації у 2002 році склав 603058,84 грн.

Крім економічного ефекту, зумовленого збільшенням обсягу утилізації шламів, економією твердого палива, концентрату і вапна, а також підвищенням продуктивності агломашини, результати роботи мають екологічне і соціальне значення: заощадження невідновних викопних ресурсів, зменшення відведення земель під складування шламів, скорочення забруднення навколишнього середовища від шламосховищ. Відсутність необхідності в капіталовкладеннях, простота реалізації та економічна ефективність роблять розроблену технологію перспективною для широкого використання на металургійних підприємствах України з повним циклом.

Особистий внесок здобувача. У дисертації узагальнено результати, отримані автором у ході науково-дослідних робіт, виконаних на КДГМК “Криворіжсталь” при його особистій участі. Ним особисто складено плани експериментів та досліджено властивості агломераційних сумішей, які містять шлами, підготовлені сумісно з торфом та закономірностей виробництва агломерату з них [1-3,6,7]; особисто розроблено та відпрацьовано технологію підготовки шламів до спікання [4,5,8]; розкрито наукові аспекти вологообміну [4]. У проведенні промислових і лабораторних експериментів, впровадженні результатів роботи авторові допомагали співробітники Національної металургійної академії України, Науково-виробничого підприємства “Промтех”. Узагальнення результатів робіт виконано автором самостійно.

Апробація результатів дисертації. Результати наукових досліджень, включених у дисертаційну роботу, висвітлювалися на науково-технічних конференціях “Економічна доцільність та нормативно-правова забезпеченість переробки відходів” (2002 р., Ялта), “Теплотехніка й енергетика в металургії”, (2002 р., Дніпропетровськ), науково-технічної конференції “Проблеми розвитку Криворізького залізорудного басейну” (2002 р., Кривій Ріг), неодноразово обговорювалися на наукових семінарах Національної металургійної академії України (Дніпропетровськ) і науково-технічних радах Криворізького державного гірничо-металургійного комбінату “Криворіжсталь” (Кривій Ріг).

Публікації.

Результати дисертації опубліковані в 4 статтях у наукових журналах, 3 матеріалах праць і тез науково-технічних конференцій, 1 патенті.

Структура дисертації.

Дисертація складається зі вступу, 5 розділів, загальних висновків, 1 додатку. Викладена на 130 стор., включає 25 табл., 14 рис., список використаних джерел з 89 найменувань.

Автор щиро дякує професорові кафедри металургії чавуну Національної металургійної академії України доктору техн. наук Д.А.Ковальову і доценту тієї ж кафедри кандидату техн. наук М.В.Ігнатову за цінні зауваження і рекомендації, висловлені в процесі підготовки дисертаційної роботи.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

АНАЛІЗ СУЧАСНИХ ТЕНДЕНЦІЙ ЩОДО УТИЛІЗАЦІЇ МЕТАЛУРГІЙНИХ ШЛАМІВ

Для металургійних підприємств України проблема підвищення ефективності утилізації залізовмісних шламів є особливо актуальною, оскільки у зв'язку з недостатньою якістю підготовлених шихтових матеріалів вихід пилу з технологічними газами суттєво перевершує середні показники для аналогічних закордонних підприємств.

Високий рівень накопичення при недостатньому ступені утилізації шламів робить проблему утилізації цього виду відходів одним з найбільш актуальних напрямів наукових досліджень і дослідно-конструкторських розробок у чорній металургії України.

Виконаний у даному розділі аналіз дозволив прийти до наступних висновків:

1. Найбільш перспективним напрямом утилізації залізовмісних шламів є застосування їх як компоненту аглошихти. Зокрема, виконаний проф. Ю.С.Юсфиним зі співавторами аналіз показав ресурсо-екологічну значимість рециклінгових можливостей агломераційного виробництва, що навіть не завжди може бути оцінена у вартісному вираженні.

2. Промислові технології зневоднювання шламів до вологості, прийнятної для утилізації при спіканні агломерату, пов'язані з необхідністю згущення і наступної фільтрації, реалізуються в металомісткому устаткуванні й енергоємні. Крім того, навіть за умови використання реагентів, що підвищують ефективність згущення, не забезпечується зневоднювання до вологості 7-8%, оптимальної для агломерації.

3. Більш глибоке зневоднювання вимагає застосування термічного сушіння, пов'язане з додатковими капітальними й енергетичними витратами, супроводжується забрудненням атмосфери.

4. Управління властивостями шламів з використанням добавок є одним з перспективних підходів до рішення проблеми утилізації залізовмісних металургійних шламів і не потребує капіталовкладень.

5. Способи переведення вологи шламів у зв'язану форму шляхом змішування їх із сухими компонентами (пилом газоочистки, негашеним вапном і ін.) супроводжуються значним вилученням пилу у навколишнє середовище, у них не вирішені проблеми ефективного введення сухих компонентів.

6. Актуальним є пошук нових добавок, що забезпечують ефективне управління властивостями залізовмісних металургійних шламів з метою їхнього застосування як компоненту агломераційної шихти.

ДОСЛІДЖЕННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ МЕТАЛУРГІЙНИХ ШЛАМІВ, СИСТЕМИ ЇХ СКЛАДУВАННЯ, ЗНЕВОЛОЖЕННЯ Й УТИЛІЗАЦІЇ НА КДГМК "КРИВОРІЖСТАЛЬ"

Основними ділянками утворення залізовмісних шламів є газоочисні споруди агломераційної фабрики, доменних і сталеплавильних цехів, а також гідрозмив підбункерних приміщень.

У 1989 р. кількість шламів, що утворюються при мокрій очистці технологічних газів, складала близько 336 тис. т у рік, а у 2001 році в результаті скорочення промислового виробництва на комбінаті зменшилася приблизно до 178 тис. т на рік. Крім того утворюється близько 36 тис т шламів від гідрозмиву підбункерних приміщень, а також від розливальних машин і аспіраційних систем. Кількість вже накопичених залізовмісних шламів (переважно аглодоменних) на цей час перевищує 5 млн т. Середній вміст шламів в агломераційній шихті у 1999 році складав 84 кг/т агломерату при цьому масштаби утилізації недостатні, особливо, з огляду на кількість накопичених шламів.

Збільшення частки шламів у шихті понад 100 кг/т агломерату супроводжується зниженням ефективності технології агломерації в зв'язку зі збільшенням виходу пилу, зменшення частки придатного агломерату. Основна причина цього - низька сипучість шламів, які погано змішуються з іншими компонентами шихти, самостійно агрегатують, формуючи в шарі, що спікається, “гнізда”, які не проходять необхідних стадій спікання і стають джерелом утворення пилоподібної фракції. Досвід роботи свідчить про те, що застосування вапна або вапняного пилу для обробки шламів з метою їхнього підсушування і підвищення сипучості не дозволяє ефективно вирішити проблему. Після змішування й огрудкування виявляється значна кількість грудок шламів “опудрених” вапном, що також практично не беруть участь у процесах спікання.

Дані про склад шламів різних виробництв наведено в табл.1. Високий вміст заліза, оксиду кальцію і наявність вуглецю свідчать про значну металургійну цінність даного виду відходів.

Таблиця 1

Хімічний склад шламів аглодоменного і сталеплавильного виробництв

Вид шламів	Mnзаг	SiO2	CaO	MgO	FeО	S	Feзаг	впп	С
Шлами агломераційного виробництва	0,84	8,33	8,87	0,95	14,85	0,44	49,25	9,9	4,15
Шлами доменних газоочисток	0,2	7,7	4,6	0,75	8,4	0,23	52,7	15,4	11,7
Шлами мартенівських газоочисток	0,71	1,48	1,06	1,95	2,6	0,06	63,7	2,15	0,89
Шлами конверторних газоочисток	1,05	2,93	16,07	1,46	11,61	0,22	45,85	2,78	3,42
Шлами гідрозмиву підбункерних приміщень	1,5	8,0	20,0	2,0	н.д.	0,3	41,0	н.д.	14,7

ОБҐРУНТУВАННЯ ДОЦІЛЬНОСТІ ВИКОРИСТАННЯ ТОРФУ ЯК ВОЛОГОЄМНОГО МАТЕРІАЛУ ПРИ ПІДГОТОВЦІ МЕТАЛУРГІЙНИХ ШЛАМІВ ДО ВИКОРИСТАННЯ В АГЛОМЕРАЦІЙНІЙ ШИХТІ

Розглянуто фізико-хімічні закономірності поглинання торфом вологи безпосередньо з водного середовища, досліджено особливості переносу вологи в процесі контактування торфу з вологими дисперсними матеріалами, проаналізовано можливості поліпшення технологічних властивостей торфу шляхом активації.

На підставі представленого аналізу зроблено висновок, що поглинення води торфом проходить у дві стадій, що відрізняються по інтенсивності і кількості поглиненої вологи. Основну кількість води (70 - 90%) торф поглинає на першій стадії. Перша стадія (гідратація зовнішніх активних центрів і капілярне усмоктування) закінчується через ? 10 хв, а друга (внутрішня гідратація) продовжується протягом 2--5 діб.

Фактичні межі водопоглинення для низинного торфу складають 73-837%, причому в більшості випадків має місце водопоглинення 210-280%. Оскільки повітряно-сухий торф звичайно має вологість близько 30-45%, можна зробити висновок про те, що він має значний потенціал для капілярного усмоктування вологи залізовмісних металургійних шламів.

Закономірності поглинання торфом вологи з дисперсних середовищ, зокрема з вологих металургійних шламів, суттєво відрізняються від водопоглинення безпосередньо з водного середовища.

Аналіз стану вологого матеріалу з точки зору обміну вологою з навколишнім середовищем виконано на основі розрахунку ізотерм сорбції і десорбції з використанням залежності між рівноважним вологовмістом матеріалу (w_р) і відносною вологістю повітря ()

1/w_p= 1/w_p Bln (1)

де w_c - максимальний гігроскопічний вологовміст даного матеріалу, %;

В - коефіцієнт, що залежить від температури

Математичною обробкою наявних в літературних джерелах експериментальних даних отримано значення невідомих величин рівняння (1) для торфу, а також для коксу, який є одним з основних компонентів шламів підбункерних приміщень і залізовмісних шламів доменної газоочистки. Показано, що крива рівноважного вологовмісту коксу цілком знаходиться усередині області сорбції торфу. Тобто, при будь-якій вологості повітря термодинамічно обумовлене усмоктування торфом вологи з коксу.

Як критерій для оцінки спроможності торфу усмоктувати вологу зі шламів використане запропоноване акад. А.В.Ликовим поняття потенціалу переносу вологи, що визначає напрямок переносу вологи залежно від вологості і властивостей контактуючих дисперсних матеріалів.

Проведений аналіз дозволив зробити висновок про те, що торф, маючи надзвичайно високі параметрами вологоємності, може бути ефективно використаний для обробки залізовмісних металургійних шламів з метою їхнього використання як компоненту агломераційної шихти. Разом з тим, як і для будь-якого природного матеріалу, його параметри може бути поліпшено або стабілізовано. Активація торфу шляхом обробки реагентами, що інтенсифікують процеси розкладання, збільшує вміст поверхнево-активних гумінових речовин і дозволяє поліпшити його технологічні властивості. У роботі всі дослідження і дослідно-промислові іспити проводили з використанням торфу, активованого спиртової бардою, що забезпечило досягнення більш якісних і стабільних параметрів гранулометричного складу підготовленої аглошихти, поліпшення ходу процесу спікання і якості готового агломерату.

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ УТИЛІЗАЦІЇ ЗАЛІЗОВМІСНИХ ШЛАМІВ ПРИ СПІКАННІ АГЛОМЕРАТУ З ЗАСТОСУВАННЯМ ТОРФУ

Спочатку досліджено можливості управління шляхом добавки торфу властивостями агломераційних шихт, що не містять шламів.

Установлено, що фізико-хімічні характеристики торфу, зокрема, наявність у ньому поверхнево-активних гумінових речовин (особливо після активації), забезпечують поліпшення показників огрудкування агломераційних шихт, підготовлених з використанням торфу, і газопроникності шару, що спікається. Це особливо актуально в умовах сучасної тенденції до підвищення в агломераційній шихті частки дрібнодисперсних матеріалів. Крім того, торф, - відносно дешеве паливо, а застосування його для поліпшення властивостей аглошихти супроводжується зниженням питомої витрати твердого палива. Хімічний склад і фізико-хімічні властивості торфу активованого наведено в табл.2.

З метою експериментальної перевірки технологічної доцільності спікання агломерату з використанням торфу як інтенсифікатору процесу огрудкування шихти і часткової заміни твердого палива в агломераційній лабораторії ГЗК КДГМК “Криворіжсталь” були проведені лабораторні дослідження, у яких до складу агломераційної шихти вводився торф.

Компонентні склади базової і трьох дослідних агломераційних шихт, що використовувалися в проведених експериментах, наведено в табл.3. Загальна маса шихтової суміші у всіх дослідах складала 65 кг.

Першим етапом іспитів було визначення впливу добавки торфу на гранулометричний склад огрудкованої шихти. Проводили огрудкування матеріалів у змішувальному барабані і розсів із застосуванням стандартних методів. Результати експериментальної оцінки гранулометричного складу огрудкованих базової і дослідних агломераційних шихт наведені на Рис.1.

Таблиця 2

Склад і властивості торфу активованого

Зольність, %	Горюча маса, %	Елементний склад, %	Хімічний склад золи, %	Пористість, %	Насипна маса, т/м3	Кут природного укосу, град	Температура початку займання, °С	Водопоглинення, %	Питома теплота згорання, кДж/кг
		С	Н	S	O2	СаО	Мg0	SiO2	Аl2O3
16,0	70,0	57,8	5,8	0,3	33,4	74	0,71	5,3	0,79	50 -60	0,51	43,0	380 -450	228 -431	21800 -23500

Таблиця 3

Склади дослідних шихт (%)

№	Найменування	Варіанти шихт
		Базова	Дослідна I	Дослідна II	Дослідна III
1	Концентрат	49,0	48,9	48,8	48,9
2	Аглоруда	7,6	7,5	7,5	7,5
3	Вапняк	14,3	14,3	14,3	14,3
4	Возврат	24,7	24,6	24,6	24,6
5	Тверде паливо	4,5	4,0	3,8	3,6
6	Торф	0,0	0,6	1,0	1,2

Добавка торфу сприяє поліпшенню гранулометричного складу шихти. Найкращі результати досягаються при вмісті торфу в шихті 0,6 і 1,0 %. Подальше збільшення вмісту торфу, можливо, знижує міцність гранул: спостерігається зростання вмісту фракції -3 мм до рівня базової шихти.

Використання торфу дає такі результати: поліпшення гранулометричного складу шихти; скорочення часу спікання на 7-10%; збільшення виходу придатного на 2,6 % (відносн.), питомої продуктивності на 7,1-11,6% без утрати міцності агломерату на удар, збільшення міцності на тертя на 1,4 % (абс.).

З урахуванням установленого позитивного впливу добавок торфу на гранулометричний склад шихт, що не містять шламів, і якість одержуваного агломерату було проведене експериментальне дослідження можливостей управління властивостями агломераційних сумішей, що містять шлами.

Метою першого етапу досліджень була оцінка впливу попередньої обробки шламів торфом на показники спікання агломерату й експериментальне обґрунтування технологічних параметрів утилізації.

Для реалізації цієї мети було складено шихти, що містили в різній пропорції доменні і сталеплавильні шлами, попередньо підготовлені шляхом змішування з торфом у заданій пропорції. Експерименти виконано на аглочашах ємністю 5 кг і частково продубльовано на чаші ємністю 60 кг для перевірки відтворюваності результатів при збільшенні масштабу установки. Склад шихти шляхом нормування симплексу перераховувався таким чином, що вміст заліза підтримувалося на приблизно постійному рівні.

Торф вводився до шихти не як самостійний компонент, а як добавка до шламів - з метою підвищення їхньої сипучості й ефективності наступного змішуван-ня з іншими компонентами шихти.

Найбільш важливою законо-мірністю, що випливає з наведених на рис.2 даних, є збільшення вмісту фракції 3 - 5 мм при зниженні вмісту фракції +10 м.

У випадку аглодоменних шламів раціональною часткою торфу в шихті можна вважати 1,0-1,5%. Подальше збільшення вмісту торфу в шихті супроводжується ростом вмісту дрібної фракції, хоча паралельно росте вміст фракції 3-5 мм і зменшується частка фракції +10 мм, що може супроводжуватися погіршенням газопроникності шару і збільшенням виносу пилу.

Підвищення швидкості спікання при збільшенні частки торфу в аглошихті не тільки не погіршує якості агломерату, але супроводжується збільшенням виходу придатного, що зв'язано з поліпшенням гранулометричного складу шихти.

Результати оцінки зміни виходу придатного при збільшенні частки шламів у шихті, наведені на рис.3 показують, що вихід придатного росте в усьому діапазоні збільшення частки торфу в шихті, - як для доменних, так і для сталеплавильних шламів, - незважаючи на деяке погіршення гранулометричного складу аглошихти при вмісті в ній торфу понад 1,5%.

Оцінити вплив частки аглодоменного шламу в складі шихти при постійному вмісті торфу дозволяють дані рис.4, де наведено зміну гранулометричного складу шихти при збільшенні частки шламу з добавкою і без добавок торфу.

Попередня підготовка шламів із застосуванням торфу дозволяє розширити діапазон вмісту аглодоменних шламів у шихті, при якому не відзначається негативної зміни гранулометричного складу шихти, до 13%. У випадку спікання шихт, що містять шламі, без добавок торфу збільшення частки фракції +10 мм спостерігається в усьому дослідженому діапазоні вмісту шламів.

У цілому результати експериментального дослідження свідчать про можливості ефективного управління властивостями агломераційної шихти і параметрами процесу спікання агломерату шляхом попереднього змішування аглодоменних і сталеплавильних залізовмісних шламів з торфом.

Подальші дослідження в роботі було спрямовано на промислову перевірку і відпрацьовування раціональних технологічних режимів спікання агломерату із шихт, що містять металургійні шлами, за пропонованою технологією.

Спочатку було виконано перевірку можливості поліпшення сипучості металургійних шламів шляхом застосування торфу як вологоємної добавки в дослідно-промислових умовах.

Було досліджено різні варіанти змішування в штабелях сталеплавильних і доменних шламів з вапняним пилом і торфом. Вапняний пил, сталепла-вильні й аглодоменні залізовмісні шлами були відібрані на ділянці перевантаження шламів КДГМК “Криворіжсталь”.

Для оцінки впливу добавок торфу до шламів на властивості одержуваної суміші було сформовано п`ять штабелів такого складу:

1- й базовий	Суміш сталеплавильного шламу з вапняним пилом 9:1
2-й базовий	Суміш аглодоменного шламу з вапняним пилом 9:1
3-й дослідний	Суміш сталеплавильного шламу з вапняним пилом і торфом 9:1:2
4-й дослідний	Суміш аглодоменнного шламу з вапняним пилом і торфом 9:1:2
5-й дослідний	Суміш сталеплавильного шламу з торфом 8,3:1,7

Штабелі витримували 24 години, після чого виконували змішування матеріалів, аналогічне умовам при розбиранні рудного штабелю рудногрейферним краном. Склад і властивості отриманих агломераційних сумішей наведено в табл.4.

Таблиця 4

Характеристики отриманої агломераційної суміші

№ штабеля	Насипна маса, т/м3	Кут природного укосу, град
1	1,47	48,8
2	1,32	44,2
3	1,02	38,2
4	1,00	37,1
5	1,13	39,4

При підготовці залізовмісних шламів за базовою технологією, з використанням сухого вапняного пилу, після розбирання штабелю одержували грудки шламу, „опудрені” вапняним пилом. Використання торфу для підготовки залізовмісних шламів забезпечило суттєве поліпшення властивостей одержуваної шламоторфяної суміші. Дані розсіву, а також зменшення кутів природного укосу, що спостерігається для всіх дослідних штабелів свідчать про поліпшення гранулометричного складу і більш високу сипучість одержуваної суміші. Насипна вага суміші склала 1,02 - 1,13 т/м² (при насипній вазі вихідних шламів - 1,9-1,95 т/м³).

Для оцінки можливості поліпшення техніко-економічних показників спікання агломерату шляхом застосування торфу при підготовці шламів в агломераційному цеху КДГМК “Криворіжсталь” проведено дослідно-промислове відпрацьовування технології виробництва агломерату з шихт, що містили понад 100 кг шламів на 1 т агломерату.

У процесі проведення промислових іспитів відпрацьовано два варіанти підготовки шламів шляхом змішування їх з торфом - на ділянці перевантаження шламів (I варіант) і на рудному дворі аглофабрики (II варіант).

У ході іспитів були вироблені дві дослідні партії агломерату - при витраті торфу в кількості 4,5 і 10,0 кг на 1 т агломерату.

Проведений дослідно-промисловий експеримент показав доцільність використання торфу як добавки, що забезпечує можливість використання при агломерації вологих (понад 25% вологи) залізовмісних металургійних шламів. При використанні торфу для підготовки шламів продуктивність агломераційного цеху зросла за період іспитів на 0,7% при витраті торфу 4,5 кг/т агломерати і на 1,4% при витраті 10,0 кг/т агломерату. Витрата вапна скоротилася на 4,5-5,5 кг/т агломерати, витрата коксового дрібноті зменшилася на 6 кг/т агломерату. Впровадження даної технології створює передумови для збільшення частки шламів у шихті і додаткового збільшення економічної ефективності за рахунок економії концентрату.

ПРОМИСЛОВЕ ВІДПРАЦЬОВУВАННЯ І ОЦІНКА ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ ТЕХНОЛОГІЇ ВИРОБНИЦТВА АГЛОМЕРАТУ ІЗ ШИХТ, ЩО МІСТЯТЬ ШЛАМИ, ПОПЕРЕДНЬО ОБРОБЛЕНІ ТОРФОМ

У результаті скорочення питомої витрати вапна, залізорудного концентрату і коксової дрібноти при збільшенні витрати шламу і введення в шихту (у процесі підготовки шламів) торфу протягом періоду впровадження в порівнянні з базовим періодом собівартість 1 тонни аглошихти знизилася на 0,36 грн.

Якість готового агломерату цілком відповідала як за хімічним складом, так і за міцністю існуючим технічним умовам. Виконані розсіви довели, що у випадку підготовки шламів із застосуванням торфу поліпшується огрудкування шихти: вміст фракції 1-3 мм збільшилося з 48,7 % до 51,2 %, при цьому газопроникність шару збільшилася на 6,1 %.

Використання технології підготовки шламів дозволило збільшити їх витрату в шихту в 2001 році в середньому до 112,5 кг/т агломерату, а в 2002 - до 135 кг/т що на 60% перевищує середній показник порівняльного періоду.

Незважаючи на суттєве збільшення питомої витрати шламів питома продуктивність агломашини склала 1,37 т/м²год і зросла на 1,5% у порівнянні з базовим періодом.

Успішні результати промислових іспитів послужили підставою для впровадження запропонованої технології підготовки шламів до утилізації при спіканні агломерату в 2001 році. В даний час технологія постійно використовується в агломераційному цеху КДГМК “Криворіжсталь”. Річний економічний ефект від її впровадження складає 603058,84 грн.

Статистичною обробкою виробничих даних агломераційного цеху в 2001 і 2002 роках отримане рівняння, яке характеризує зміну продуктивності агломашини (у, т/год) залежно від частки шламів в аглошихті (х, %):

y = -15,619x2 + 51,949x + 48,814

з якого випливає, що підвищення частки торфу в аглошихті вище 1,7% недоцільне з огляду на продуктивність процесу.

Спосіб підготовки залізовмісних металургійних шламів до використання при спіканні агломерату з застосуванням торфу активованого захищений патентом України.

Крім економічного ефекту, зумовленого збільшенням обсягу утилізації шламів, економією твердого палива, концентрату і вапна, а також підвищенням продуктивності агломашини, результати роботи мають позитивні екологічні і соціальні наслідки: збільшення обсягів утилізації шламів дозволяє заощаджувати невідновні викопні ресурси, зменшує відведення земель під шламосховища, скорочує забруднення навколишнього середовища від шламосховищ металургійних підприємств.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Ефективна утилізація залізовмісних шламів є однією з найважливіших технологічних і природоохоронних проблем у чорній металургії. Масштаби і темпи нагромадження шламів перевершують обсяги їхньої утилізації. За умов України найбільш доцільним способом утилізації шламів є використання їх як компоненту аглошихти. Основними перешкодами до нарощування частки шламів в агломераційній шихті є недостатня їхня сипучість і змішуваність з іншими компонентами агломераційної шихти, а також відсутність дешевих, ефективних і екологічно безпечних технологій зневоднювання.

2. Поставлену задачу підвищення ефективності утилізації шламів вирішено шляхом використання при підготовці шламів до змішування з іншими компонентами агломераційної шихти нової добавки - активованого торфу.

3. На основі аналізу закономірностей водопоглинення торфу обґрунтовано доцільність використання торфу як вологоємної добавки до шламів. Потенціал вологоємності торфу забезпечує усмоктування вологи зі шламів у всьому практично значимому діапазоні вологості, що є передумовою підвищення межі вологості шламів при утилізації в процесі виробництва агломерату, відмови від застосування технологій зневоднювання шламів.

4. Установлено, що підготовка агломераційних шихт, що не містять шламів, із застосуванням торфу дозволяє поліпшити фракційний склад шихти, підвищити газопроникність шаруючи, що спікається. Продуктивність агломашини підвищується на 11,6% при заміні до 20% твердого палива торфом.

5. Експерименти, у яких підготовка шихт, що містять до 17% різних шламів, проводилася з застосуванням до 2% торфу від маси шихти, показала суттєве поліпшення фракційного складу агломераційної суміші, зниження газодинамічного опору шару. При вмісті торфу в кількості до 1,5% можливе збільшення частки шламів у шихті до 13% без негативних змін гранулометричного складу суміші і ходу спікання.

6. Промислове відпрацьовування й оцінка техніко-економічної ефективності виробництва агломерату показали, що у випадку підготовки шламів із застосуванням торфу поліпшується огрудкування аглошихти, росте газопроникність шару, що спікається, збільшується питома продуктивність агломашини.

7. Використання технології підготовки залізовмісних шламів шляхом змішування їх із торфом дозволило збільшити частку шламів у шихті в середньому на 60%. При цьому забезпечується підвищення межі припустимої для утилізації вологості залізовмісних шламів до 30%.

8. Технологію підготовки шламів до утилізації при спіканні агломерату впроваджено в 2001 році і в даний час вона постійно використовується в агломераційному цеху КДГМК “Криворіжсталь”. Річний економічний ефект від упровадження технології складає 603058,84 грн.

9. При підвищенні частки торфу стосовно загальної маси аглошихти до 1,7% спостерігається стійкий ріст продуктивності агломашини. Подальше збільшення частки торфу в шихті недоцільне.

10. Крім економічного ефекту, зумовленого збільшенням обсягу утилізації шламів, економією твердого палива, концентрату і вапна, а також підвищенням продуктивності агломашини, результати роботи мають позитивні екологічні і соціальні наслідки: збільшення обсягів утилізації шламів дозволяє заощаджувати викопні ресурси, скорочує забруднення навколишнього середовища від шламосховищ.

11. Відсутність необхідності в капіталовкладеннях, простота реалізації та економічна ефективність роблять розроблену технологію перспективною для широкого використання на металургійних підприємствах України з повним циклом.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ

В наукових фахових виданнях:

1. Повышение эффективности утилизации металлургических шламов/М.И.Котляр, О.А.Гогенко, В.И.Шатоха, С.Н.Крипак// Металлургическая теплотехника: Сб. научн. тр. Национальной металлургической академии Украины, 2002, т.7. -С.51-54.

2. Повышение эффективности спекания агломерата из шихты, содержащей металлургические шламы/ М.И.Котляр, О.А.Гогенко, В.И.Шатоха, С.Н.Крипак// Теория и практика металлургии. - №3 - 2003. - С.27-30.

3. Управление свойствами агломерационных шихт в условиях утилизации металлургических шламов путем добавки торфа активированного//М.И.Котляр, О.А.Гогенко, В.И.Шатоха, С.Н.Крипак// Системні технології. Регіональний міжвузівський збірник наукових праць. - Випуск 3(26). - Дніпропетровськ, 2003. - С.105-115.

4. Технология производства агломерата с применением в шихте железосодержащих металлургических шламов, обработанных торфом/ М.И.Котляр, О.А.Гогенко, В.И.Шатоха, С.Н.Крипак// Металлургическая и горнорудная промышленность. - №4. - 2003. - С. 4-5.

Патент:

5. Деклараційний патент на винахід 41130А, Україна. С02F11/12, С02F11/16. Спосіб отримання суміші з залізовмісного шламу та модифікуючої добавки/ О.В.Дубіна, В.О.Шеремет, О.О.Гогенко, Л.Ю.Фрадкін, І.М.Сміяненко, Г.В.Козенко, Н.М.Омесь, А.В.Кекух, О.Я.Зусмановський, С.М.Кріпак, М.І.Котляр, О.М.Гришин. №. 2001021285. Заявл. 22.02.2001. Опубл. 15.08.2001. Бюл.№7.

В інших виданнях:

6. Минералы железа в металлургических шламах КГГМК “Криворожсталь”/ В.В.Иванченко, В.Д.Евтехов, Л.Н.Ковальчук, В.В.Филенко, С.Н.Тырышкина, М.І.Котляр, О.Г.Кубанов// Вісник Криворізького технічного університету. - 2003. - №2. - С.72-77.

7. Петрографический состав и механические свойства продукции агломерационного цеха/В.В.Иванченко, А.Н.Страшко, В.Д.Евтехов, В.М.Корякин, О.Г.Кубанов, А.Г.Осадчук, М.И.Котляр// Сб. трудов научно-техн. конф. “Проблемы развития Криворожского железорудного бассейна”. - Кривой Рог, 2002. - С.58

8. Эффективность внедрения и новые пути развития технологии подготовки железосодержащих отходов с целью вовлечения их в качестве вторичного сырья/ М.И.Котляр, А.В.Кекух, О.А.Гогенко, О.Н.Гришин, С.Н.Крипак, В.И.Набока, В.Д.Ашихмин, Г.П.Крымов// Зб. матеріалів конф. “Економічна доцільність та нормативно-правова забезпеченість переробки відходів”, 27-30 травня 2002 р. м. Ялта. - Київ: Знання. - 2002. - 45-47.

АНОТАЦІЯ

Котляр М.І. Управління властивостями агломераційної шихти в умовах утилізації залізовмісних металургійних шламів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.02 “Металургія чорних металів”. - Національна металургійна академія України, Дніпропетровськ, 2004.

Дисертацію присвячено проблемі підвищення ефективності утилізації шламів при спіканні агломерату. Перешкодами до нарощування частки шламів в шихті є недостатня їх сипкість і змішуваність, низька ефективність зневоднювання. Проблему вирішено шляхом використання торфу при підготовці шламів. Експерименти та промислове відпрацьовування на КДГМК “Криворіжсталь” показали значне поліпшення фракційного складу суміші, зниження газодинамічного опору шару, можливість збільшення частки шламів у шихті в середньому на 58%. Крім економічного ефекту, зумовленого збільшенням обсягу утилізації шламів, підвищенням продуктивності агломашини, економією палива, концентрату і вапна, результати роботи дозволяють заощадити невідновні ресурси, зменшити забруднення довкілля.

Ключові слова: Агломерат, залізовмісний металургійний шлам, утилізація, підготовка агломераційної шихти, окомкування, спікання, торф, вологоємність

SUMMARY

Kotliar M.I. Sintering burden properties control under conditions of ferrous sludge utilising. - Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of candidate of engineering sciences on a speciality 05.16.02 “ Metallurgy of Ferrous Metals”. - National Metallurgical Academy of Ukraine, Dnipropetrovsk, 2004.

The dissertation is devoted to a problem of ferrous sludge utilising efficiency. Sludge addition to iron ore sintering burden causes blending problems. Task has been solved by implementing of sludge preparation technology using activated peat to dehumidify sludge and to increase its blending ability. Preparation of sludge with peat allows improving of mixture grain content, sintering layer permeability and raising the sludge share in sintering for 58%. Sludge preparation technology has been implemented at the “Kryvorizhstal” sinter plant. Economic efficiency achieved by increasing the sludge's part in the burden, decreasing consumptions of solid fuel, iron ore concentrate and lime and raising the sinter production. Other positive impacts are natural resources economy, decreasing the land use for sludge storage, reduction of environment pollution.

Key words: Sinter, ferrous sludge, utilising, sintering burden preparation, pelletising, sintering, peat, humid capacity

АННОТАЦИЯ

Котляр М.И. Управление свойствами агломерационной шихты в условиях утилизации железосодержащих металлургических шламов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.16.02 “Металлургия черных металлов”. - Национальная металлургическая академия Украины, Днепропетровск, 2004.

Диссертация посвящена одной из важнейших технологических и природоохранных проблем черной металлургии - повышению эффективности утилизации железосодержащих шламов.

Масштабы и темпы накопления шламов превосходят объемы их утилизации. В условиях Украины наиболее целесообразным способом утилизации шламов является использование их в качестве компонента аглошихты. Основными препятствиями к наращиванию доли шламов в агломерационной шихте являются недостаточная их сыпучесть и смешиваемость с остальными компонентами агломерационной шихты, а также отсутствие малозатратных, эффективных и экологически безопасных технологий обезвоживания.

Поставленная задача повышения эффективности утилизации шламов решена путем использования при подготовке шламов к смешиванию с остальными компонентами агломерационной шихты новой добавки - торфа активированного.

На основе анализа закономерностей водопоглощения торфа обоснована целесообразность использования торфа в качестве влагоемкой добавки к шламам. Потенциал влагоемкости торфа обеспечивает впитывание влаги из шламов во всем практически значимом диапазоне влажности, что является предпосылкой повышения предела влажности шламов при утилизации в процессе производства агломерата, отказа от применения технологий обезвоживания.

Установлено, что подготовка агломерационных шихт, не содержащих шламов, с применением торфа позволяет улучшить фракционный состав шихты, повысить газопроницаемость спекаемого слоя. Производительность агломашины повышается на 11,6% при замене до 20% твердого топлива торфом.

Эксперименты, в которых подготовка шихт, содержащих до 17% различных шламов, проводилась с применением до 2% торфа от массы шихты, показала существенное улучшение фракционного состава аглосмеси, снижение газодинамического сопротивления слоя. При содержании торфа в количестве до 1,5% возможно увеличение доли шламов в шихте до 13% без обычно наблюдаемых негативных изменений гранулометрического состава аглосмеси и хода спекания.

Промышленная отработка и оценка технико-экономической эффективности производства агломерата показали, что в случае подготовки шламов с применением торфа улучшается комкуемость аглошихты, повышается газопроницаемость спекаемого слоя, увеличивается удельная производительность агломашины.

Применение технологии подготовки железосодержащих шламов путем предварительного смешивания их с торфом позволило в процессе внедрения и дальнейшего промышленного освоения технологии увеличить долю шламов в шихте в среднем на 58% при сохранении заданного режима спекания, выхода годного и качества готового агломерата. При этом обеспечивается повышение предела допустимой для утилизации влажности железосодержащих шламов до 30%. При повышении доли торфа по отношению к общей массе аглошихты до 1,5-1,7% наблюдается устойчивый рост производительности агломашины.

Технология, предусматривающая подготовку шламов к спеканию с участием торфа, внедрена на Криворожском государственном горно-металлургическом комбинате “Криворожсталь” в 2001 году и характеризуется средней экономической эффективностью на уровне 0,22 грн/т агломерата.

Помимо экономического эффекта, обусловленного увеличением объема утилизации шламов, экономией твердого топлива, концентрата и извести, а также повышением производительности агломашины, результаты работы имеют позитивные экологические и социальные последствия: увеличение объемов утилизации шламов позволяет экономить невосполняемые ископаемые ресурсы, уменьшает землеотвод под шламохранилища, сокращает загрязнение окружающей среды от шламохранилищ.

Ключевые слова: Агломерат, железосодержащий металлургический шлам, утилизация, подготовка агломерационной шихты, окомкование, спекание, торф, влагоемкость

Размещено на Allbest.ru

...