CC BY
20
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2009 р. Вип. № 19
УДК 66.046.58
Остроушко A.B.1, Альошин О.О.2, Тарасюк Л.1.
ЕКОЛОГО-ЕКОНОМ1ЧН1 АСПЕКТИ УТИЛ13АЦП ШЛАК1В МЕТАЛУРГШНОГО ВИРОБНИЦТВА
На сучасному етат розвитку вШчызняног металурги одним з актуальных завданъ е зниження выкыЫв вуглекислого газу / етрат тепла в наеколишне середовище. Анал1з лтературных даних, а також результат1в проеедених експерымент1в в лабораторных та промысловых умовах на ВАТ „МК „Азовсталъ" показалы економгчну / екологгчну доцшътстъ выкорыстання конвертерных / вгдвалъных шлаюв фракцп 10-0 мм як складовог аглошыхты у кыькост1 15 - 30 кг/т агломерату. Можлыв1сть впровадження поЫбног технологи у выробныцтво з высокою ефектывтстю тдтверджуетъся результатами переробкы шлаковых в1двал1в на ВАТ „ММК1м. 1лл1ча. "
В результат! багатор1чно! науково! 1 практично! д1яльносп авторами [1] переконливо доведено, що ршення рссурсо-сколопчних проблем в таюй галузг як прничометалургшна (ГМК) повинне здшснюватися за рахунок впровадження шновацшно! модел1 перетворення виробництв з прюритетним освоениям ресурсозбер1гаючих технологш, що забезпечують скорочення баластних вщход1в 1 виробничих витрат.
1нтегруючись в цившзований сконо\пчний проспр, в 2004 рощ Украша ратифшувала Киотський протокол, зпдно якому з метою сприяння спи ком у розвитку встановлеш вимоги по юльюсному обмеженню 1 скороченню викцщв парникових газ1в, а також шдвищенню ефективносп використання снсргп у вщповщних секторах нацюнально! економши. В той же час, при аналЫ еколопчних показниюв металургшного виробництва багато впчизняних дослщниюв наводять дат по юлькосп викцщв тшьки таких шюдливих газ ¡в як монооксид вуглецю, дюксид арки [ азоту, але не придшяють належно! уваги вмюту у викидах вуглекислого газу, юльюсть якого при цьому достатньо велика. Багатьом фах1вцям ГМК вщомий також факт щодо високо! питомо! витрати снсргп. яка, наприклад, в сталеплавильному виробництв1 Украши вище, шж на сталеливарних ком пан ¡ях Свропи в 4,7 разу.
Одним з найбшып доступних способ1в полшшення економ1чних 1 сколопчних показниюв сталеплавильного виробництва в даний час е, в першу чергу, використання внутршшх резерв1в шляхом тдвищення частки вторинних матер1альних рссурав. зокрема шлаюв, в технолопчних процесах замють природно! сировини за принципом рециклинга.
В робот1 [2] шдкреслюеться, що з розвитком конвертерного виробництва стал1 все бшыпа увага придшяеться використанню конвертерних шлаюв, що мютять 80 % корисних для домен но!' плавки компонента - Бе, Мп, СаО, М§, Б та шш. Конвертерний шлак бшыпоси завод ¡в мютить 14 - 18 % зал ¡за. вихщ чавуну з одше! тонни шлаку складае 0,19 - 0,22 т. Вихщ чавуну з 1 т агломерату бшыпосп аглофабрик коливаеться вщ 0,5 до 0,55 т.
Таким чином, кожш 10 кг конвертерного шлаку, використовуваш для замши сирого вапняку в шихт1 доменно! печ1, забезпечують зниження витрати вапняку на 5,0 - 5,5 кг 1 агломерату на 2,5 - 3,0 кг, але 1 збшыпення виходу шлаку на 2,5 - 3,0 кг.
При цьому необхщно врахувати, що при розкладанш 1кг вапняку видшяеться 0,4 кг вуглекислого газу 1 витрачаеться близько 1700 кДж снсргп.
Розрахунки показують, що зам ¡на сирого вапняку конвертерним шлаком бшып ефективний захщ нгж тдвищення основносп агломерату шляхом збшыпення витрати вапняку.
ПГТУ. канд. техн. наук, доц.
Департамент техногенних рссурав УкрАПчормет. 3ПГТУ, канд. техн. наук, доц.
Однак цшеспрямованого, комплексного використання конвертерних шлаюв з метою повного використання корисних ел сменив дотепер не було.
Метою дано! роботи е сколого-сконо\пчна оцшка дослщжуваних способ! в [ визначення рацюнально! технологи використання металургшних шлага в в аглодоменному виробництвк зокрема на ВАТ «МК «Азовсталь».
При незначних витратах на подготовку конвертерного шлаку його можна з уешхом використовувати в доменному виробництвк що шдтверджуеться роботою деяких металургшних шдприемств [1, 2-6].
Найбшыпе доцшьно використовувати сталеплавильш шлаки у доменних печах, де застосовуеться сирий вапняк, на розкладання якого значно збшыпуеться витрата коксу [2, 4].
На Снакпвському мсталурпйному завод 1 використовують конвертерний шлак як флюсуючий компонент доменно! шихти. Вш мютить 44,5 % СаО; 17,4 % 8Ю2; 5,97 % 5,06 % МпО; 1,24 % А1203; 14,34 % БеО; 8,39 % Ре203; 19,45 % Бе общ; 0,118 % 8 1 0,95 % Р205. Десульфуращя чавуну пол ¡пш и лас я за рахунок формування основного доменного шлаку у горш печг Полшшали техшко-економ!чш показники роботи печей, еколопчш умови на дшянщ шлакопереробки . Ефектившсть використання 1т конвертерного шлаку у доменнш плавщ становила 12,4 руб. [5].
В робот! [2] шдкреслюеться, що на деяких мсталурпйних заводах сирий вапняк використовуеться тшьки для коригування шлакового режиму 1 його витрата складае 5-10 кг/т чавуну. У цих умовах недоцшьно замшяти сирий вапняк конвертерним шлаком, тому що коригувати шлаковий режим добавкою, що мае перемшний \1\пчний склад, важко.
Зам ¡на вапняку конвертерним шлаком без тдвищення основносп агломерату приводить до збшыпення витрати коксу 1 зниженню продуктивное^ доменных печей. Використання конвертерного шлаку для цих цшей не ефективно.
Використання конвертерного шлаку для тдвищення основносп агломерату забезпечуе збшыпення продуктивност1 доменних печей на 0,3 - 0,32 т 1 зниження витрати коксу на 0,15 -0,47 т на 1 т конвертерного шлаку.
Таким чином, використання конвертерного шлаку доцшьно й ефективно для замши сирого вапняку шляхом уведення конвертерного шлаку безпосередньо в доменну шч, чи шляхом тдвищення основносп агломерату в результат! використання конвертерного шлаку.
Так на Снакпвському завод 1 установлений ефект вщ застосування конвертерного шлаку поточного виробництва з вщвал1в у доменному цеху, а також на аглофабрищ без тдвищення [ з тдвищенням основносп агломерату; на ВАТ «МК «Азовсталь» - у доменному виробництв11 на аглофабрищ без тдвищення основносп. оскшьки наприкшщ 1983 р. основшсть агломерату була шдвищена тут до 1,8. На ВАТ «ММК \ м. 1лл1ча» можливо лише введения конвертерного шлаку в аглошихту без тдвищення основносп. тому що в доменному цеху витрата сирого вапняку е мшмальною.
Аналп економ1чно! сфективносп використання конвертерних шлаклв на СнаклУвському завод1, ВАТ «МК «Азовсталь» I «ММК ¡м. 1лл1ча» у доменному та агломерацшному виробництвах евщчить що використання конвертерного шлаку для замши вапняку при агломерацп [ збшыпення основносп агломерату знижуе вмют зал ¡за в агломерат! на 0,2 - 1,3 %.
Негативними сторонами використання конвертерного шлаку у доменнш плавш е тдвищення виходу шлаку , вмюту фосфору в чавуш, теплового навантаження на горн у зв'язку з низькою вщновлювашетю конвертерного шлаку 1 високою температурою плавления, приходу арки на тонну чавуну за рахунок внесения II и шлаком; значш коливання х1м1чного складу вщ партп до партп. що впливае на стал1сть шлакового режиму доменно! печ1.
Дослщжсння доц1льност1 застосування сталеплавильних шлаклв при виробництв1 агломерату проводилися на багатьох шдприемствах чорно! металург^'. У результат! виконаних роб1т установлено, що практично вел коштовш елементи переходять и шлаку в агломерат [6-8].
Виконаний анал1з л1тературних джерел 1 патентних матер1ал1в щодо використання сталеплавильних шлаклв у аглодоменному виробництв1 показав, що найб1льш ефективн1 вщом1 способи 1х застосування мають поряд з низкою достошств 1 деякл недол1ки, яю зашкоджують прийняття цих технолог1й до виробництва агломерату та чавуну.
На ВАТ «МК «Азовсталь» у 1998 рощ проводилося ешкання агломерату з викорисганням в шихп шлаку конвертерного передшу фракцй 0-10 мм, в кпькосп 7,8 %. При цьому основш
технолопчш показники сшкання залишилися на колишньому р1вш, за винятком швидкосп агломашин, яка шдвшцилася в середньому на 8,5 % при шдвшценому розрщженш у вакуумкамерах в середньому на 10,3 %. Процес проткав р1вшшс. мшшсть агломерату шдвшцилася (барабанна проба зросла на 3,8 %) при деякому збшыпенш стираносп агломерату. Проте вмют зал ¡за знизився на 1,32 %.
Обсяги шлаюв, що збер1гаються у вщвалах, 1 зал ¡ за. що мютиться в них, складають мшьйони тонн. Тому для переробки поточних 1 вщвальних шлага в на багатьох шдприемствах створюють чи набувають сучасш високопродуктивш установки [7, 9, 10], магштний продукт яких використовуеться в агломерат иному та доменному виробництвах з рпною питомою витратою як металовмюний компонент.
Для визначення можливосп утилпацп продукта (скрапу), який виробляе нова високопродуктивна сепарацшно-сортувальна установка 1 фракщя якого становить 0-10 мм, було признаним за доцшьне провести дослщження впливу його використання в агломерацшнш шихт1 на характеристики процесу.
Оцшка коливань \i\ii4Horo складу конвертерного шлаку на ВАТ «МК «Азовсталь» за пер ¿од з лютого 2003 р. по червень 2004 р. 1 сум1пп скрапу и ¡ел я розаву й вщмагничування шлага в доменного, конвертерного, конвертерного захололого, вщвального 1 м старих склад ¡в у серпш 2004 р. показала, що основш характеристики \i\ii4Horo складу конвертерних шлага в: вмют оксид ¡в зал ¡за в них 1 основнють коливаються в широких межах вщ 6,5 до 24 % 1 вщ 2,1 до 5,3 вщповщно. але середн1 значения зазначених величин, обумовлених щом1сячно, вщр1зняються незначно: у межах 6,0 1 4,5 % вщ середнього в цшому вщповщно.
Склад сум1пи скрапу, призначеного для дослщження, и ¡ел я розаву й вщмагшчення шлаклв (% мае.) за даними анал1зу трьох проб приведений в таблиц! 1.
Таблиця 1 - Склад сум ¡ни скрапу и ¡ел я вщмагшчування шлаклв (% мае.)
№№ зразклв БеО 8Ю2 А120з СаО МёО Основнють
СаО/8Ю2 (Са0+Мё0)/8102
1 52,6 17,5 4,2 27,1 4,6 1,55 1,81
2 53,7 18,1 ЗД 18,8 8,5 1,04 1,51
3 46,8 23,6 4,7 22,7 7,5 0,96 1,28
середне 51,03 19,74 4,00 22,9 6,87 1,18 1,53
максимальна р1зниця 6,87 6,1 1,6 8,3 3,9 0,59 0,53
1з таблиц! 1. видно, що сум ¡ни скрапу, отримаш и ¡ел я розаву й вщмагшчування шлаклв доменного, конвертерного, конвертерного захололого та вщвального мають вмют оксид ¡в зал ¡за значно бшыпий, н1ж у конвертерних шлаклв поточного виробництва, а основн1сть - нижчу 1 коливаються вони у менш широких межах: вщ 46,8 до 53,7 1 вщ 0,96 до 1,81 % вщповщно.
Виконаш розрахунки щодо оцшки ступеня впливу питомо! витрати конвертерного шлаку рпного складу при введенн1 його в агломерац1йну шихту на змшу вм1сту зал ¡за в агломерат! 1 його основност1 св1дчать про те, що м зростом частки сум1ш1 скрапу у склад1 шихти знижуеться вмют зал ¡ за.
Для шдвшцення ефективност1 використання конвертерного шлаку розрахунковим шляхом визначили рацюнальний склад шихти, при якому забезпечуегься мш1мальне зниження вмюту зал ¡за в шихт1 на 0,45 %, може бути досягнуто при введенш конвертерного шлаку в юлькосп 15 - 30 %.
Для уточнения складу шихти проводилися експерименти в лабораторних умовах. Досл^джувався вплив вм1сту конвертерного шлаку в аглошихп на швидисть й сшкання. Пробш дослщи показали, що максимальне пщвшцення швидкост1 сшкання шламоторфяно! сумш1 спостер1галося при викорисганш 2 % конвертерного шлаку (з 4*10^ до 6,9*10^ м/с). При використанш 3 % конвертерного шлаку зростання швидкосп було незначним (з 4» 10^ до 4,2» 10^ м/с).
Згщно з розрахунками рацюнальною е питома витрата сум1ш1 скрапу близько 20 кг/т агломерату. Тому при проведенш дослщно-промислового сп1кання агломерату 25 серпня 2004 р. в цеху агломерацп в продовж 7 годин вводили у аглошихту сумш скрапу фракци 0-10 мм в кллькосп 2 кг на погонний метр транспортер но!' стр1чки, що забезпечило питому витрату
скрапу - 20 кг/т агломерату. За цей перюд виробництво дослщного агломерату становило 1885 т, витрата су\ш±п скрапу - 37 т.
Коливання вмюту зал ¡за й основносп сум ¡ил скрапу теля вщмагничування шлаклв значт 1 вимагають бшып ретельного усереднення.
Параметри процесу агломерацп пщтримувались на протяз1 дослщного перюду постшними 1 становили на агломерацшних машинах ( АМ ):
АМ№1 АМ №2
Швидкють посування аглостр1чок, м/хвил 1,6 1,6
Висота шару агломерату, мм 380 390
Розрщженють у колекторг кПа 8 9
Температура у 12 в/к, °С 230 230
ХЪичний склад 1 мщнють агломерату, виробленого до 1 в пер ¡од проведения дослщного ешкання, приведен! у таблиц! 2.
Таблиця 2 - ХЪпчний склад 1 характеристики мщносп агломерату, виробленого за поточною 1 дослщною технолопями
Тсхнолопя Бе БеО СаО вЮг Основшсть МёО Барабанна мщшеть Вмют фракцй 0-5 мм пщ бункерами
домен но!' печ1, %
Поточна, 19,5 (середня за м1сяць)
середня за добу 57,2 10,7 9,72 8,14 1,19 1,55 68,4
Дослщна 56,8 10,0 10,77 7,65 1,41 1,31 68,5
58,0 10,6 9,55 7,69 1,24 1,51 69,4
56,9 11,2 9,39 9,0 1,04 1,25 69,0 17,5
Середня, за дослщний 57,2 10,6 9,9 8,1 1,22 1,36 69,0
перюд
Анал1з результата промислового випробування дослщного ешкання агломерату евщчить, що в дсякш \iipi пщвищилась мщнють агломерату: барабанна проба дослщного агломерату зросла вщ 68,4 до 69,0 %. Роза в агломерату показав, що кл ль клеть др1б'язку у дослщному агломерат! пщ бункерами доменного цеху становила - 17,5 % проти середнього у попередньому мюящ - 19,5 %.
Випадок виробництва агломерату у дослщному перюд 1 з пониженною основшстю (1,04) за розрахунками пов'язуеться ¿з коливанням \i\ii4Horo складу сум ¡ил скрапу.
Показано (таблиця 2), що введения конвертерного шлаку до складу аглошихти в кллькосп близько 20 кг/т агломерату за рахунок зниження питомо! витрати аглоруди 1 вщаву вапняку на 10 кг/т агломерату кожного викликае зниження вмюту зал ¡за в агломерат! на 0,42 - 0,54 % 1 незначне пщвищення основносп на 0,01, що в ц1лому створюе можлив1сть рсалпувати технолог1ю пщготовки сталеплавильних шлаклв у аглодоменному виробництв1 за рахунок зниження витрат на виробництво агломерату й утилпацп конвертерного шлаку в кллькосп близько 30 тисяч тонн у р1к.
Попередн1 висновки св1дчать, що головною причиною порушення технологи ешкання агломерату 1 вироблення некондицн по основносп е значш коливання \i\ii4Horo складу скрапу по вм1сту зал ¡ за 1 основност1.
Для усереднення скрапу фракцп 10-0 мм пропонуеться :
• Орган1зувати усереднення скрапу на дщянщ його в1двантаження ¡з вщдшення шлакопереробки шляхом формування штабелю емшетю не менше 1000 т, постачання скрапу в цех агломерацп робити за узгодженим граф ¡ком ¡з розвантаженням на аглоштабель по встановленому фронту аналопчно шламовапняков1й сум1ш1.
• Продовжити роботи по налагоджуванню устаткування 1 технологи витягування металу з1 шлаклв фракцп 10-0 мм на новш установи! для пщвищення вмюту зал ¡за у скрапу.
За даними роботи [10] на BAT «ММК i\i. 1лл¡ча» за 2005 piic на сспарацшно -сортувальнш установщ перероблено 900 тис. тонн вщвального шлаку 3i ступенем вилучення металу 3i шлаку 7 - 8 %.
Показано, що завдяки присутносп зал ¡за у шлаку i його подальшого окисления видшяеться значна i<i ль клеть тепла i знижуеться витрата палива на агломеращю на 0,2 -
0.3.кг/кг металевого зал ¡ за. При цьому звшьнюеться територ1я вщ шлакових вщвал1в i знижуеться еколопчна напруженють навколишнього середовища.
Висновки
1. Оцшка CK0H0\iiLiH0i ефективносп утшпзацп конвертерних шлаклв на Снакпвському завод!, ВАТ «МК «Азовсталь» i ВАТ «ММК ivi. 1лл1ча» в доменному й агломерацшному виробництвах евщчить про його доцшьшеть для замши сирого вапняку шляхом уведення конвертерного шлаку безпосередньо в доменну шч, чи шляхом шдвищення основносп агломерату.
2. В результат! анал1зу вщомих технолопчних piuiCHb по використанню сталеплавильних шлаклв в аглодоменному виробництв! показано, що ix еффективнють залежить вщ складу шихтових матер1ал1в, складу i питомо! витрати шлаку, що вводиться.
3. На пщстав1 розрахунку i лабораторних дослщв запропоноваш рацюнальш вар1анти упшзацй конвертерного i вщвального шлаклв у аглошихтг Промислове випробування введения вщвальних шлаклв до складу аглошихти подтвердило перспективнють дослщженого вар1анту. Сформульоваш рекомендацп по зниженню коливань основносп i вмюту зал ¡за в агломерат! шляхом додаткового усереднювання витягуваних з вщвал1в шлаклв.
4. Виконану роботу доцшьно продовжувати з метою вщшукування рацюнальних метод ¡в подготовки поб1чних зал1зовм1сних матер1ал1в у власному виробництвк зокрема замаслено! окалини, як складово! аглошихти.
üepeniK посиланъ
1. Алешин A.A. Эколого-экономические и нормативно-правовые аспекты обращения с вторичными ресурсами и побочными продуктами промышленности / A.A. Алешин, Е.А. Казачков, A.B. Остроушко II Вюник Приазов. держ. техн. ун-ту: 36. наук. пр. - 2006. -Вип. № 16.-С. 250-255.
2. Эффективность использования конвертерного шлака в аглодоменном производстве /
A.A. Бачинин, И.М. Мищенко, К.И. Тканич и др. II Сталь. - 1985. - № 4. - С. 7 - 10.
3. Использование конвертерных шлаков в доменной плавке / A.A. Шокул, Е.А. Царицын, Л.Д. Шаркевич, В.П. Лозовой II Черная металлургия: Бюл. НТИ. - 1982. - № 21. - С. 41 - 43.
4. Ильченко К.Д. Использование конвертерных и ферросплавных шлаков в доменном производстве / К.Д. Ильченко // Тез. докл. 3 Всесоюзной конф. по проблемам энергосберегающих технологий «Интенсивное энергосбережение в промышленных технологиях». - М.: 1991. - С. 30.
5. Использование конвертерных шлаков в доменном производстве / И.И. Шестопалов, Г.А. Петров, Г.М. Верцман и dp. II Металлург. - 1990. - № 12. - С. 37 - 38.
6. Курбацкий М.Н. Использование шлаков металлургического производства / М.Н. Курбацкий, Т.А. Курган, Н.С. Игнатьева II Сталь. - 1992. - № 12. - С. 73 - 74.
7. Куксенко В.А. Агломерация шихты с добавками отвального сталеплавильного шлака /
B.А. Куксенко, В.А. Коржавин, Ю.К Латков II Всесоюз. научно-технич. конф. «Проблемы теории и технологи подготовки железорудного сырья для доменного процесса и бескоксовой металлургии». - Днепропетровск. - 1990. - С. 134 - 135.
8. Опыт использования мартеновского шлака в аглодоменном производстве / В.А. Кобелев, A.A. Бондарь, В.А. Зайцев // 3-й Междунар. конгресс доменщиков «Современный опыт и перспективы развития доменного производства». - Новокузнецк. - 1995. - С.75 - 76.
9. ГоловГ.В. Развитие переработки отвальных шлаков наНТМК IГ.В. Голое//Сталь. - № 1. - С. 73.
10. Внедрение технологии использования металлоотходов обогащенных сталепплавильных (МОС) и сталеплавильного шлака в аглодоменном производстве на ОАО «ММК им. Ильича» / В.Б. Балаховцев, В.И. Жигарь, В.А. Струтинский и др. II XIII регион, науч,-технич. конф.: Сб. тез. докл. в 2 т. - Мариуполь: ПГТУ, т. 1. - 2006. - С. 25 - 26.
Рецензент: C.JI. Макуров
д-р техн. наук, проф., ПГТУ Стаття надшшла 07.04.2009
