ПРИМЕНЕНИЕ ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НОВОГО ТОВАРНОГО ПРОДУКТА ИЗ ОТХОДОВ МЕТАЛЛИЗОВАННОГО СЫРЬЯ

Ежегодно в чёрной металлургии образуется огромное количество пыли, шламов, шлаков, золы и других отходов. Кроме того значительное количество отходов накопилось в шламохранилищах и отвалах предприятий отросли[1]. Эти отходы содержат такие ценные вещества, как оксиды железа, магния, марганца, кальция, цинка, свинца, калия и натрия, а также углерод, соединения серы и т. д.

Шламы и пыль, образуются в металлургическом производстве от: печей прямого восстановления железа и доменного производства, агломерационных фабрик, мартеновских печей, конвертеров, электросталеплавильных печей.

По содержанию железа их можно разделить на:богатые (55-67%)-пыль и шлам газоочисток мартеновских печей и конвертеров, печей прямого восстановления железа; относительно богатые (40-55%)-шламы и пыли аглодоменного производства; бедные (30-40%)-шлам и пыль газоочисток электросталеплавильного производства.

Богатые и относительно богатые шламы и пыли можно использовать сразу для выплавки стали, но только после приведения их в компактное состояние. Бедные шламы и пыли - в аглодоменном производстве, но тоже при переводе в компактное состояние.

Рассмотрим процесс получение брикетов из металлизованного сырья и шлама на примере.

Исходными материалами в данной работе являются: шлам получаемый, при очистке колошникового газ через скрубберы мокрой очистки и отходы металлизованного сырья, которые получаются в результате дробления истирания горячебрикетированного железа при движении по конвейеру, на ломателе брикетной ленты, в водоохлаждаемом конвейере ГБЖ.Связующим являлся водный раствор на основе поливинилацетата.

Для получения брикетов использовалось следующее оборудование:

- LECO PR-10 MOUNTING PRESS(рис.1)

Рис.1. LECO PR-10 MOUNTING PRESS

Одиночный монтажный пресс, предназначенный для монтирования образцов от 1,0 до 1,5 дюймов (от 25 до 40 мм) в поперечном сечении. Состав: шлам, мелочь, связующее – водный раствор на основе поливинилацетата. Смешивали сухую смесь и связующее в течение 10 минут. Готовили сухую смесь, смешивая железосодержащий шлам и металлизованную мелочь, взвешивали.

Содержание связующего составляет  10,7% от общей массы брикета.Форму покрывали силиконовым слоем смазки для того, чтобы брикет хорошо можно было удалить (рис.2). Затем заполняли формы подготовленной смесью по 95г и заполняли форму.

Рисунок 2- Покрытие силиконовой смазкой формы и ее заполнение.

Затем прессовали и выдерживали под давлением  в течение 5, 7 и 10 минут  различные брикеты. В результате получались брикеты цилиндрической формы (рис.3), размером диаметром 4см и высотой 2см.

Рисунок 3- Брикеты, спрессованные из металлизованной мелочи и шлама цеха №1 ГБЖ ОАО «ЛГОК».

Брикеты должны обладать достаточной прочностью для транспортировки и складирования. Поэтому провели исследования на их прочность с помощью гидравлического пресса (рис.4) Прикладывание нагрузки к отдельному металлургическому брикету с заданной скоростью и постепенным нарастанием нагрузки до начала разрушения брикета. Регистрируют максимальную нагрузку, при которой испытуемый брикет начинает разрушаться, брикет 5-минутный, после испытания на прочность по сжатию (рис.4).

Прочность на сжатие определяется как среднеарифметическое результатов всех измерений (по 5 измерений)

Рисунок 4-Пресс для проведения исследований брикетов на сжатие.

Ударная прочность - это показатель, характеризующий хрупкость материала и способность материала не разрушаться, не давать трещин при ударах, оценивается количеством работы, которую нужно затратить на разрушение материала [2].

Максимально допустимая нагрузка напрямую зависит от времени изготовления брикета. Так 10-минутный брикет выдерживает нагрузку 2,6тонны. А 5-минутному достаточно 1,70 тонны до  первых трещин. На рисунке 16 представлена зависимость прилагаемого усилия от времени выдержки брикета под давлением.

Испытания на ударную прочность проводят с целью проверки способности изделия противостоять разрушающему действию механических ударов, сохранять свои параметры; определить максимальное количество работы, необходимой для разрушения образца. Проверка способности изделия сохранять свои основные параметры в условиях действия механических ударов. Данный метод предназначен для испытания металлургических брикетов.

Сущность метода –  падение  отдельно взятого брикета с высоты 2м на металлическую платформу, до  начала его разрушения.

При проведении экспериментов выяснено, что прочность на удар зависит от времени выдержки брикета под давлением (рис. 5).

Рисунок 5-Брикет с выдержкой 5 минут под давлением  после 7 ударов.

Результаты экспериментов представлены на рисунке 6и 7.

Рисунок 6- Влияние времени выдержки под давлением на прочность (сжатие).

Рисунок 7- Влияние времени выдержки под давлением на прочность (удар).

Из результатов данного эксперимента ясно, что наибольшей ударной прочностью обладают брикеты с выдержкой 10минут под давлением.

Для реального производства предлагается производить брикеты холодным способом при выдерживании 10минут под давлением  27-30 МПа при этом брикеты имеют форму цилиндра диаметром 4см и высотой 2см, плотностью 3750кг/м³, ударной прочностью более 20 раз при сбрасывании на металлическую плиту с высоты 2м,нагрузка  на сжатие 2,6Тс, содержание железа общего не менее 60 %; содержание диоксида кремния не более 7,0 %; Содержание серы не более 0,01%.

Подводя итоги стоит сказать, что при использовании метода холодного брикетирования можно уменьшить отрицательное воздействие отходов на окружающую среду и получить дополнительное использование этих отходов в металлургическом производстве, в этом случае большое количество переработанной руды возвращается в производство.

Список литературы:

1. Калачко А.С. Утилизация пыли и шламов чёрной металлургии. – М.: Металлургия, 1970
2. Леонов А.С. Технологическая инструкция «Установка металлизации». Губкин, 2007г.
3. Тимофеева А. С. Тимофеева Е.С. Теплофизические особенности производства окисленных окатышей и металлизованного продукта. – Старый Оскол: Тонкие наукоёмкие технологии, 2015.-204c.