ТЕХНОЛОГИЯ СУХОЙ ГРАНУЛЯЦИИ ШЛАКОВ РЕКУПЕРАТИВНОГО ТИПА
Представляем технологию сухой грануляции шлаков рекуперативного типа, разработанную в Красноярском институте цветных металлов (КИЦМ).
Отвальные шлаки составляют значительную долю материального и теплового баланса в черной (0,5-0,7 т шлака на 1 т металла) в цветной металлургии и (до 12 т шлака на 1 т металла).
Наиболее распространенный способ гидро-желобной грануляции шлаков обладает целым рядом существенных недостатков, таких как взрывоопасность, высокий расход воды до 20 м3 на тонну расплава, высокая влажность продукта, забивание и износ насосов мелкодисперсной шлаковой фракцией. С целью устранения этих недостатков в отечественной и зарубежной металлургии разрабатываются способы сухой грануляции отвальных шлаков.
Одним из наиболее перспективных способов обработки шлаков, на наш взгляд является способ кристаллизации расплавов на вращающиеся поверхности, с утилизацией теплоты [1,2]. Обработка шлака, в процессе его кристаллизации при захвате за счет поверхностного натяжения и вязкости из объема расплава на охлаждаемой стенке барабана, позволяет добиться максимальной скорости охлаждения шлаковых корочек. Существенное значение играет тот факт, что расплав шлака не контактирует с теплоносителем, что исключает возможность взрывов и необходимость в последующей сушке продукта.
Работа над установками сухой грануляции шлаков, рекуперативного типа, начата в Красноярском институте цветных металлов (КИЦМ), на кафедре «Металлургические печи» в 1982 г. с проектирования, изготовления и испытания лабораторной установки № 1 (рис.1,2) с воздушным охлаждением конденсаторов [А.С.1150468]. Исследования установки № 1 проводились в КИЦМ и на медном заводе (МЗ) Норильского горно-металлургического комбината (НГМК). В результате исследований была разработана установка №2, которая прошла испытания на МЗ, никелевом и Надеждинском металлургическом заводах. (НГМК). На следующем этапе, исследования установок (1985-89 г.г.) № 3-7 осуществлялись на Рязанском опытно-экспериментальном металлургическом заводе- (РОЭМЗ), института ГИНЦВЕТМЕТ (Таблицы 1,2 и 3) [1-2, 4-9]. Третий этап усовершенствования установок начат в 1989 г. с конструкции № 8 и продолжается на кафедре “Металлургии тяжелых цветных металлов”, (аппарат № 9, 1998 г.) [3].
Таблица 1 Опытные и проектные параметры установок барабанного типа
| Харак-теристика | Номер (№) установки и время (год) испытаний (проектирования) | ||||||||
| № 1 1982… 84 | № 2 1984 | № 3 1985 | № 4 1986 | № 5 1986 | №6 1987 | № 7 88-89 | № 8 1989 | № 9 1998 | |
| Барабан, d /l, мм поверхн. | Конус 80х120/200 глад. | 216/ 248 глад. | 630/ 1200 глад. | 631/ 1370 3 мм | 631/ 1370 2 мм | 631/ 1600 5 типов | 630/ 1600 2,5 мм | 900/ 1300 ребр. | 2000/ 1200 канав. |
| Двиг., кВт | 0,3 | 0,5 | 1,4 | 1,4 | 1,4 | 3,3 | 3,3 | - | 16 |
| W, об/мин | 48 | 19-35 | 2-11 | 2-11 | 1-9 | 2-7 | 1-5 | - | 1-5 |
| V ж, л | 1 | 2 | 120 | 150 | 150 | 200 | 200 | ХОВ | ХОВ |
| G шл, т/ч | 0,4 | 1,1 | 4,0 | 5,0 | 4,3 | 1,8 | 2,0 | 3,0 | 6,7 |
| T шл, oC | - | - | 720 | 580 | 380 | 600 | 400 | 400 | 380 |
| b шл, мм | 0,6-1,5 | 1,1-1,5 | 1, 7 | 2,2 | 2,4 | 2,5 | 2,6 | 2,5 | 2,5 |
| Q, кВт | - | 68 | 475 | 700 | 970 | 360 | 520 | 760 | 1800 |
| Q, к.п.д.% | - | 12 | 35 | 35 | 48 | 32 | 48 | 48 | 48 |
Затвердевание тонких слоев на охлаждаемой стенке, даже при низкой теплопроводности шлаков, позволяет обеспечить максимальную степень утилизации отводимой тепловой энергии, непрерывность процесса переработки и самоудаление шлаковых корочек при затвердевании. Структура затвердевших шлаков в значительной мере определяется скоростью охлаждения расплавов. При максимальной скорости охлаждения, достигавшей в процессе испытаний значений более 200 К/с степень остеклованности образцов составляла 80-90 %, а пористость (П) 2,5 - 3,1 % (Таблица 2, образцы 1-2).
При минимальной скорости охлаждения 80 - 100 К/с пористость 7,7 - 9,1%, степень остеклованности 5-20 %. Объемная масса во всем диапазоне скоростей охлаждения изменяется в диапазоне 3,196 - 3,385 г/см3 .
Таблица 2 Химический состав (%, мас.) и свойства шлаков
№ п.п. | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| SiO2 | 38,64 | 39,16 | 39,31 | 39,39 | 39,24 | 39,54 | 39,31 | 39,40 |
| Feобщ | 32,84 | 33,19 | 32,83 | 33,19 | 32,84 | 32,49 | 32,50 | 32,84 |
| Fe3 O4 | 13,63 | 15,48 | 7,99 | 10,98 | 1,92 | 5,02 | 10,42 | 5,08 |
| FeO | 23,31 | 22,36 | 27,24 | 25,51 | 31,50 | 28,98 | 25,20 | 29,29 |
| Al2 O3 | 4,55 | 4,71 | 4,61 | 4,69 | 4,69 | 4,70 | 4,61 | 4,67 |
| CaO | 3,54 | 3,57 | 3,64 | 3,57 | 3,22 | 3,43 | 3,29 | 3,36 |
| MgO | 2,24 | 2,07 | 2,08 | 1,91 | 2,10 | 1,86 | 1,97 | - |
| Cu | 1,07 | 0,81 | 0,76 | 0,69 | 0,65 | 0,66 | 0,76 | 0,64 |
| Ni | 0,52 | 0,25 | 0,18 | 0,11 | 0,15 | 0,12 | 0,23 | 0,13 |
| Zn | 0,31 | 0,32 | 0,32 | 0,42 | 0,42 | 0,30 | 0,28 | 0,29 |
| As | 0,67 | 0,48 | 0,44 | 0,49 | 0,92 | 0,79 | 0,56 | 0,52 |
| Pb | 0,043 | 0,030 | 0,040 | 0,033 | 0,043 | 0,037 | 0,040 | 0,033 |
| rо, | 3,385 | 3,347 | 3,431 | 3,385 | 3,304 | 3,294 | 3,267 | 3,196 |
| r, | 3,472 | 3,484 | 3,541 | 3,544 | 3,495 | 3,493 | 3,538 | 3,516 |
| П, % | 2,5 | 3,1 | 3,9 | 4,5 | 5,5 | 5,7 | 7,7 | 9,1 |
| Е, % | 90-95 | 80-90 | 70-85 | 50-65 | 50-75 | 25-40 | 10-20 | 5-10 |
Химический состав шлаков, обработанных за весь период исследований и опытно-промышленной эксплуатации способов обработки шлаков и установок, начиная с 1982 г. приведен в Таблице 3. Исследовано более 14 типов металлургических шлаков различного химического состава, основных предприятий СССР, Кубы и Германии, а также некоторых шлаков ТЭЦ и ГРЭС.
Таблица 3 Химический состав шлаков, обработанных на установках
№ уст. шлак | FeO | SiO2 | Fe3O4 | Al2O3 | CaO | MgO |
| № 1 НМЗ НГМК Ni линия | 47,6-50,3 | 27,8-28,4 | 7,6-12,4 | 3,6-3,9 | 1,3-2,1 | 0,6-1,6 |
| № 1 МЗ НГМК ПЖВ-1 | 45,1-47,1 | 24,7-29,2 | 7,9-16,7 | 3,5-5,7 | 1,2-1,8 | 0,8-1,5 |
| № 2 МЗ НГМК ПЖВ-1 | 43,0-44,6 | 24,0-29,9 | 7,8-13,0 | 4,5-5,4 | 2,2-3,1 | 1,2-1,5 |
| № 3 РОЭМЗ ПЖВ (НГМК) | 41,2-37,5 | 35,7-38,0 | 4,6-10,7 | 2,2-3,4 | 2,6-4,0 | 1,0-1,4 |
| № 4 РОЭМЗ | 42,3-43,7 | 35,5-37,5 | - | 3,2-3,8 | 1,2-1,7 | - |
| № 5 РОЭМЗ (Кубинское) | 47,4-48,8 | 30,9-38,5 | 3,9 -9,2 | 2,2-3,8 | 1,6-2,0 | 0,8-1,2 |
| № 5 РОЭМЗ (БГМК) | 35,5-43,4 | 33,0-41,3 | 5,4 -8,4 | 3,8-4,9 | 3,6-8,4 | 1,2-1,5 |
| № 6 РОЭМЗ (Пирот. кон-т) | 22,6-27,2 | 35,9-38,7 | - | 4,0-4,6 | 20,5-22,9 | - |
| № 6 РОЭМЗ (КиМК) | 36,7-38,9 | 35,0-38,2 | - | 3,6-3,8 | 6,6-7,9 | 3,1-3,5 |
| № 7 РОЭМЗ (БГМК) | 36,0-38,4 | 26,8-30,2 | 6,4 -7,3 | 2,8-3,5 | 16,3-26,0 | 2,0-2,2 |
| № 7 РОЭМЗ (АлГМК) | 38,4-42,8 | 28,8-32,1 | 8,3-12,0 | 3,0-3,2 | 9,6-9,9 | 1,8-2,1 |
| № 7 РОЭМЗ (Cu сырье) | 28,6-36,8 | 9,5-14,9 | 11,2-18,6 | 2,3-2,4 | 13,9-16,7 | 1,7-2,4 |
| № 7 РОЭМЗ (Пирот. кон-т) | 38,7 | 35,9 | - | 3,8 | 4,2 | - |
| № 7 РОЭМЗ (БГМК) | 42,2 | 40,6 | - | 4,4 | 3,2 | - |
В результате многолетних исследований разработаны, и освоены установки для переработки отвальных шлаков цветной металлургии с утилизацией отводимой тепловой энергии совместно с процессом измельчения. Выполнена техническая документация на установки № 8 и 9. Определены основные эксплуатационные характеристики установок для переработки шлаков, подготовлена техническая документация на участок обработки шлаков производительностью до 300 т/сутки.
Для включения в состав оборудования предприятия «Дальполиметалл» предложена конструкция участка грануляции шлаков на базе аналогичной установки барабанного типа, включающая шахтный теплообменник и утилизацию тепловой энергии шлаков в виде пара в котле утилизаторе.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Cooper A.W., Solvi M., Calmes M. Blast furnace slag granulation. - Iron and Steel Eng. 1986. Vol. 63. № 7. - Р. 46 -52.
2. Переработка металлургических шлаков методом намораживания. Обзор. Вып.2 Н. Г. Парфентьев, В. Н. Кривенко, Ф. М. Черномуров, А. В. Муравьев - М.: ЦНИИЦЭИ, 1991.-55 с.
3. В. Н. Кривенко. Методологический подход и выбор стратегии защиты окружающей среды от загрязнений промышленности В сб.: «Актуальные проблемы ресурсосбережения при добыче и переработке полезных ископаемых» - Красноярск.: ГАЦМиЗ, 1996, Ч.1 - С. 123-126.
4. В. Н. Кривенко, Н. Г. Парфентьев. Зависимость динамической вязкости железо - силикатных шлаков от температуры. Там же,Ч.2 - С. 41- 45.
5. Теплофизические свойства шлаков процесса Ванюкова. Н. Г. Парфентьев, В. Н. Кривенко, Ф. М. Черномуров, В. В. Мечёв. - Цветные металлы, 1988, № 11. - С. 40-44.
6. Н. Г. Парфентьев, В. Н. Кривенко, Ф. М. Черномуров. Физико – химические и теплофизические свойства продуктов процесса Ванюкова. - В сб.: Эффективность внедрения автогенных процессов в производстве тяжелых цветных металлов. -М.: МЦМ ГИНЦВЕТМЕТ, 1988. - С. 24.
7. В. Н. Кривенко, Ф. М. Черномуров, Н. Г. Парфентьев. Энерготехнологическое оборудование пирометаллургических процессов. - Там же. - С.63-64.
8. А.С. 1608169 (СССР) Устройство переработки расплавленного шлака В. Н. Кривенко. И. И. Куртов, Н. Г. Парфентьев и др. -3аяв.27.12.88.
9 . А.С. 1375599 (СССР) Способ переработки металлургического шлака.
Ф. М. Черномуров, В. В. Мечёв, Н. Г. Парфентьев, В. Н. Кривенко и др. Бюл.№7, 1988.
В.Н. Кривенко
С анализом российского рынка металлургических и топливных шлаков и с анализом оборудования для производства цемента на основе шлаков Вы можете познакомиться в отчетах Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок шлаков в России» и «Анализ оборудования для производства шлакощелочного вяжущего».