Рассматриваются технологические, экологические и экономические аспекты переработки мелкозернистых отходов. На предприятиях черной металлургии при производстве 1 т продукции образуется около 2 т твердых отходов. Кусковые или гранулированные отходы (шлаки) используются в качестве строительного материала или сырья для получения другой продукции. Мелкодисперсные отходы (шламы и пыли газоочистки, распадающиеся шлаки, замасленная и сухая окалина, мелкие фракции магнитного продукта и др.), как правило, вывозятся в отвалы или шламохранилища. При этом отторгаются городские и сельскохозяйственные земли, загрязняется воздушный и водный бассейны. В настоящее время, когда природные сырьевые запасы истощаются, эти отходы представляют интерес для самих металлургов, т.к. они содержат до 70% железа, марганец, легирующие металлы. В некоторых отходах находится до 60% оксидов кальция и магния, поэтому они могут быть использованы для производства железофлюсовых материалов. Физическое состояние – пластообразный вид замасленной окалины, мелкодисперсный состав пылей газоочисток, непостоянный гранулометрический состав с преобладанием мелких фракций магнитного продукта не позволяет использовать их в металлургической плавке без дополнительной специальной подготовки. Поэтому задачей подготовки железофлюсов из техногенного сырья для металлургического предела является агломерирование (окускование, окомкование и др.) с получением продукции с заданным химическим составом и физико-механическими свойствами, пригодной для использования в доменном или сталеплавильном процессах. В настоящее время имеется несколько способов окускования материалов: агломерация, окомкование, брикетирование. Агломерация, окомкование и гиперпрессование требуют специального дорогостоящего оборудования и не могут использовать одновременно весь спектр образующих отходов. Внедренные или отработанные в опытно-промышленных условиях способы брикетирования, как правило, требуют наличия связующих материалов и не используют в максимальной мере образующиеся мелкодисперсные отходы предприятий. Анализ литературных данных позволяет сформулировать следующие основные требования, предъявляемые к брикетам. Они должны: - обладать достаточной начальной механической прочностью, чтобы противостоять нагрузкам, возникающим при выходе изделий из пресса, транспортировке и загрузке в печь (прочность брикета при испытании на временное сопротивление сжатию должна быть не ниже 50 кг/см2 (0,5 МПа), и высокой механической прочностью в процессе нагрева и восстановления (при нагревании до 15000С в течение трех минут брикеты не должны разваливаться на куски); - иметь водо- и атмосфероустойчивость, обеспечивающую длительное хранение на складе; - иметь минимальную пористость (не более 10%), содержание влаги, включая гидратную, не более 2%; - быть однородными по размерам, а их форма должна обеспечивать газопроницаемость шихты; - содержать максимальное количество железофлюсовых составляющих и минимальное вредных. В связи с этим нами была разработана технология окускования отходов металлургического производства ОАО «Северский трубный завод» с получением опытных партий железофлюса и опробованием его в мартеновской плавке. При разработке состава окатышей была сделана попытка максимально использовать мелкие отходы предприятия. На заводе по отчетным данным за 2003 г. образовано 37300,6 т таких отходов (см. таблицу 1), из которых замасленная окалина относится к 3 классу опасности, остальные – к 4 классу. За их размещение в отвале завод выплачивает почти 4,6 млн руб. Обычно при получении брикетов в качестве связки или активизатора схватывания используют жидкое стекло, цемент и другие материалы. При разработке составов была сделана попытка максимально использовать активные свойства исходных компонентов, а в качестве добавок применили цемент и известь-пушонку. Последняя оказалась предпочтительней, поскольку улучшала металлургические свойства железофлюса. Учитывая, что мартеновский процесс является окислительным, для восстановления оксидов железа из отходов, улучшения хода плавки и ускорения шлакообразования в состав брикетов добавляли восстановитель (отсевы коксика). В таблице 2 приведены предельные значения компонентов при разработке различных комбинаций составов железофлюсов. В лабораторных условиях брикеты изготавливались на малом приборе для стандартного уплотнения грунтов СоюздорНИИ (ГОСТ 3344-83). Образцы из каждой смеси получали при 5, 10, 20, 30 и 40-кратном ударном воздействии, после чего их для сравнения выдерживали на воздухе, во влажной среде, сушке при 1500С и прокаливанию в печи Таммана при температурах 400–7000С. Учитывая, что сухая окалина на заводе реализуется, а цемент является нежелательной добавкой для получения железофлюса, были также испытаны составы без цемента и сухой окалины. Проведенные лабораторные испытания позволили разработать с учетом образования на заводе отходов составы флюсов, оптимальных для ведения мартеновской плавки по содержанию железа, шлакообразующих оксидов, восстановителя и обеспечивающих достаточную прочность брикетов в холодном и нагретом состоянии. Для изготовления опытной партии был выбран состав, в который включены замасленная окалина, магнитная земля, пыль газоочистки мартеновских печей и дробильно-сортировочного комплекса переработки отвальных шлаков, кокс и известь. Средний химический состав железофлюса по основным компонентам приведены в таблице 3. Опытная партия железофлюса для мартеновских плавок была изготовлена на вибропрессе Северского завода железобетонных изделий, производящего шлакоблоки. Получение однородной массы осуществлялось на смесителе бегункового типа. Блоки имели следующие размеры: 400х200х200 мм. По сечению они имели неоднородную структуру: наружные слои толщиной до 70 мм были плотные, а центральные – рыхлые, что свидетельствует о недостаточном усилии прессования. Однако даже при таких условиях прессования блоки имели достаточную прочность и не ломались при перегрузках. После 3 суток выдержки прочность блоков возрастала настолько, что они не разрушались при загрузке в мартеновскую печь и не трескались при оплавлении в процессе нагрева. Железофлюс подавали в печь на мелкую составляющую металлолома перед подачей извести. Такая последовательность способствовала ускорению шлакообразования. Предварительный анализ опытных плавок показал, что добавка изготовленных железофлюсов не оказала отрицательного воздействия на ход мартеновской плавки. В связи с этим на заводе было принято решение о строительстве установки по производству брикетированных железофлюсов мощностью 30 тыс. т в год с учетом использования всех основных мелкодисперсных отходов. Применение таких брикетов в мартеновских печах позволит экономить почти 13,5 тыс. т металлолома, улучшить ход плавки за счет ускорения шлакообразования и ввода в процесс углеродсодержащих материалов. Одновременно на заводе будет полностью решен вопрос переработки и использования основных отходов, исключены вывоз и складирование их в отвале. Даже без учета технологических преимуществ это приведет к ежегодному сокращению платежей за размещение отходов более чем на 4,5 млн рублей.
Ю.В. СОРОКИН, Б.Л. ДЕМИН, М.В. ЗУЕВ, А.И. СТЕПАНОВ, А.В. АЛЕКСЕЙЧУК, Е.Н. ЩЕРБАКОВ, М.Н. МИКУРОВА
