Способ грануляции расплава шлака чугуна. Переработка жидких шлаков и припечная грануляция. Инновационные аспекты и преимущества

Доменные шлаки являются хорошим сырьем для производства различных изоляционных и строительных материалов, в том числе цемента. В связи с этим они подвергаются грануляции, способы которой разделяются на сухой, воздушный, полусухой и мокрый. По месту производства она разделяется на внедоменную и припечную. Припечная грануляция шлака получила развитие в отечественном производстве при строительстве мощных доменных печей и считается в настоящее время наиболее рациональным видом переработки шлака. Она исключает из эксплуатации парк шлаковозных ковшей, что значительно упрощает организацию и удешевляет производство.

В настоящее время внедоменная грануляция сохраняется только для печей постройки 30-60-х годов. Наиболее часто применяют водоструйную грануляцию путем рыхления шлака струями воды в желобах через специальные насадки с давлением 7-8 ат и расходом воды до 3 м 3 /т шлака. Желоба делают длиной до 10 и шириной примерно 0,8 м с уклоном 3°. Пропускная способность до 3,5 т/мин.

Современные доменные печи с круглыми литейными дворами оборудуют двумя гранустановками, по одной на каждые две чугунные летки. Установки обслуживают общей воздуходувной станцией, системой конвейеров и складским хозяйством. Каждая установка имеет две технологические линии, из которых одна резервная. Схема установки приведена на рис. 1. Шлак из доменной печи, стекая по желобу 4 на поток воды гранулятора 3, дробится и, попадая в бункер-отстойник 2, охлаждается. Образующийся при этом пар отводится по трубе 7.

Уровень воды в бункере 2 постоянный, так как излишек отводится в камеру оборотной воды 1, откуда эрлифтом 5, состоящим из воздуховода, воздушной насадки, подъемной трубы, сепаратора, напорного бака би трубы для сброса отработанного воздуха и излишков воды, подается вновь на грануляцию. Под действием воздуха, подаваемого трубой 12, шлак из колодца 14 эрлифтом 13 перекачивается (при отношении твердого к жидкому 1: 2) в сепаратор и далее самотеком поступает в обезвоживатель 8 карусельного типа, состоящий из 16 секций с сетчатыми днищами. Обезвоживатель вращается и каждая секция последовательно заполняется пульпой, вода из которой отфильтровывается через сетчатое днище, после чего шлак разгружается в бункер сушки 9. Отфильтрованная вода переливается в кольцевой водосборник 10, откуда поступает в отстойник 2. Шлак в бункере 9 имеет температуру около 90 °С. Дополнительное снижение влажности и температуры производится продувкой в бункере воздухом, после чего обезвоженный и охлажденный шлак выгружается на транспортер 11 и подается на склад или погружается в вагоны. Отработанный в эрлифте и бункере сушки воздух удаляется через трубу в атмосферу.

Малогабаритная придоменная грануляция шлака «Тулачермет». В 1994 г. введена в эксплуатацию первая в России малогабаритная установка придоменной грануляции (МГУПГШ), построенная по проекту ОАО «Гипромез» для доменной печи № З АК «Тулачермет».

МГУПГШ в составе двух независимых технологических линий (одна рабочая, другая - резервная) занимает в плане площадь 24 х 16,5 м. Она примерно в 3 раза меньше, чем построенные и эксплуатируемые в настоящее время установки на доменных печах HJ1MK, Северсталь, Криворожсталь, а также на заводах в Дунгапуре (Индия) и Бокоро (Китай). Новой установке не требуется заглубление для бассейна с водой, достигающее 15 м на типовых установках. За счет высокого давления воды и других новых конструктивных элементов МГУПГШ позволяет перейти на 100% придоменную переработку шлака практически любого состава. Это полностью исключает вывоз шлака в отвалы и позволяет отказаться от парка шлаковозных ковшей.

В 1998 г. введен в эксплуатацию комплекс с тремя МГУПГШ на доменной печи № 3 объемом 2560 м 3 Таншаньского металлургического комбината (Китай). В настоящее время весь шлак этой печи полностью гранулируется на МГУПГШ без использования шлаковозных ковшей.

Придоменная установка шлака позволяет сократить неорганизованные выбросы в атмосферу H 2 S и S0 2 .

Грануляторщик доменного шлака

§ 22. Грануляторщик доменного шлака 2-го разряда

Характеристика работ . Грануляция огненно-жидкого шлака на установках мокрой, полусухой и сухой грануляции производительностью до 1 млн. тонн шлака в год. Управление механизмами установки, включение подачи воды в бассейн, грануляционный желоб, траншею и поддержание необходимого уровня. Регулирование соотношения шлака и воды при сливе на грануляционной установке. Кантовка шлаковозных ковшей. Очистка шлаковых желобов, сточных канав и разбивка застывшего в ковшах шлака пневматическими отбойными молотками и другими инструментами. Управление скреперной лебедкой или другими механизмами при погрузке гранулированного шлака в железнодорожные вагоны. Уборка шлака на территории грануляционной установки и подъездных путях. Участие в ремонте обслуживаемого оборудования.

Должен знать: принцип работы оборудования грануляционной установки, механизмов кантования ковшей, пневматических отбойных молотков и применяемых погрузочных механизмов; свойства жидкого и гранулированного шлака; слесарное дело.

§ 23. Грануляторщик доменного шлака 3-го разряда

Характеристика работ . Грануляция огненно-жидкого шлака на установках мокрой, полусухой и сухой грануляции производительностью свыше 1 млн. тонн шлака в год. Обслуживание установки по производству шлаковой пемзы, термозита, литого щебня, шлаковаты и др. Подача сжатого воздуха. Управление гидроэкранной установкой. Выявление и устранение неисправностей в работе обслуживаемого оборудования.

Должен знать: устройство и правила технической эксплуатации обслуживаемых установок; химические свойства пемзы, термозита и других продуктов шлакопереработки.

При обслуживании бесковшевой придоменной установки грануляции шлака производительностью до 1 млн. тонн шлака в год - 4-й разряд;

при обслуживании бесковшевой придоменной установки грануляции шлака производительностью свыше 1 млн. тонн шлака в год - 5-й разряд.

Сухая грануляция

Сотрудниками университета префектуры Осака и лаборатории материаловедения университета Тохоку (Япония) был исследован способ сухой грануляции шлака с применением распылителя с вращающейся головкой. На рис. 4 показана схема установка для грануляции шлака данным способом. Здесь жидкий шлак заливают во вращающуюся чашу. Под действием центробежной силы шлак разбрызгивается через кромку чаши, и здесь его раздувает сжатый воздух, направленный струями вертикально вверх. Доменный шлак загружается в плавильную печь типа вагранки малого объема и после расплавления направляется в распылитель. Разбрызгиваемый шлак улавливается в шлакоприемнике, разделенном на несколько секций концентричными цилиндрическими перегородками.

Рисунок 4- Экспериментальная установка с распылителем с вращающейся головкой

1 - источник жидкого шлака;
2 - выпускной шлаковый желоб;
3 - раздувочный газ;
4 - шлакоприемник;
5 - раздувочное сопло;
6 - подвод газа;
7 - компрессор;
8 - чаша;
9 - электродвигатель;
10 - распылитель

В Германии предложен следующий способ переработки горячего доменного шлака. Жидкий шлак направляют в стальной бункер с водоохлаждающими двойными стенками, в который вводится сжатый воздух, распределяемый равномерно по сечению бункера. В рабочем пространстве бункера мелкие частицы доменного шлака движутся в режиме кипящего слоя. Капли шлака, охлаждаемые воздухом, налипают и намерзают на поверхность твердых частиц, что увеличивает их размеры и, в конечном счете, приводит к их выпадению из кипящего слоя. Укрупненный материал выдается через нижнюю наклонную горловину бункера. Далее гранулированный шлак подвергается грохочению. Мелкий шлак из отсева вновь направляется в бункер, а надрешетный продукт идет к потребителю.

Японскими фирмами «Мицубиси дзюкоге», «Ниппон кокаи» и «Тайхэйе киндзоку» разработаны установки воздушной грануляции доменного и конверторного шлаков. Которые эксплуатируются на заводах фирмы в Фукуяме. Здесь шлаковый расплав из ковша подается в отделение предварительной обработки, где в него вносят для улучшения качества продукта различные добавки для регулирования температуры и вязкости расплава. После этого расплав по желобу поступает в грануляционную камеру, где его дробит струя воздуха, подаваемого под давлением. Для достижения заданных свойств гранулированного шлака в зависимости от свойств расплава регулируют соотношение скоростей движения потоков воздуха и жидкого шлака. Тепло утилизируется излучением из потока частиц, а также из слоя, в который падают частицы.

На одной из доменных печей в Фукуяме работает установка придоменной грануляции расплава. Где струю расплава направляют в лоток между двумя вращающимися в разные стороны барабанами, поверхность которых охлаждается водой. В установке используется до 38% тепла жидких шлаков.

Фирма «Сумито киндзоку коче» создала установку сухой грануляции доменного расплава с утилизацией его тепла. Процесс грануляции расплава осуществляют на вращающемся барабане. Гранулят затем затвердевает в псевдоожиженном слое твердого шлака. Установка работает при температуре нижнего слоя до 700 оС и производительности до 50 т/ч. Вращающаяся чаша - воздуходутьевой распылитель - полученный гранулят отличается большой плотностью (2,8 - 2,9 г/см3) и пригоден в качестве мелкого заполнителя для бетонов. На установке утилизируется 55% физического тепла шлака.

В Швеции в Swedish State Steel Company, Merax LTD развивается процесс грануляции и утилизации тепла шлака. Шлак гранулируется ударением падающего слоя частиц ранее отвердевшего шлака. Пленка разрушается на гранулы, которые затем падают в многоярусный псевдоожиженный слой, из которого утилизируется тепло. По этому методу более 60 % тепла шлака утилизировано в качестве пара. Большое содержание стеклофазы в данном шлаковом продукте делает его пригодным для производства цемента.

В Австрии для размельчения шлакового расплава предложено устройство распылительной камеры круглого сечения, по оси которого из промежуточного ковша поступает струя жидкого шлака, разбиваемая двумя рядами подающих горячий газ, или топливных горелок. Частички шлака на дне камеры попадают на вращающийся диск, разбрасывающий их центробежной силой в кольцевую приемную камеру с подогреваемыми стенками в зоне поступления раздробленных частичек шлака и с охлаждаемыми со стороны кольцевой разгрузочной камеры.

Специалисты двух японских университетов (Осака и Тохоку) исследовали процессы сухой грануляции доменного шлака с помощью вращающегося измельчителя с чашей и усовершенствовали установку таким образом, чтобы расположенный соосно с ней бункер раскаленного гранулированного шлака можно было пропускать СН 4 + Н 2 О. При этом смесь газов нагревается до температуры шлак и при контакте с никелевым катализатором в данной части чаши происходит паровая конверсия газовой смеси с образованием Н 2 и СО, которые отводились из закрытого пространства над чашей.

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 ».

На внепечных (центральных) установках из доменного шлака: получают гран шлак, щебень, пемзу, шлаковату, литые изделия; на припечных–граншлак.

Внепечную грануляцию шлаков осуществляют мокрым и полусухим способом. Установки мокрой грануляции – это бассейновые и желобные.

Бассейновая установка: бассейн с водой вместимостью от 200 до 5500 м 3 и глубиной 2–6 м. Вдоль него с одной стороны проложен жд путь, по которому подают шлаковозы с жидким шлаком, с другой стороны – два пути для жд вагонов, в которых вывозят граншлак. Над бассейном и отгрузочными путями по эстакадам перемещается мостовой или козловой кран с грейфером.

Жидкий шлак сливают в бассейн кантованием. Попадающий в воду шлак в результате ее бурного испарения дробится на капли размером 1–10 мм. Застывшие гранулы грейферным краном выгружают на площадку для вылеживания и обезвоживания или в жд вагоны. Грейферы кранов снабжены отверстиями диаметром 10–12 мм для стекания воды. Расход воды на грануляцию 3–4 м 3 /т шлака. Мощность установки зависит от размеров бассейна, достигая 0,8–1 млн/т шлака в год.

Желобная установка: шлакоприемная ванна, стальной или чугунный желоб длиной от 3 до 20 м с уклоном на 5–15° и сопла, подающие в начало желоба воду под давлением 0,15–0,5 МПа в количестве до 3 м 3 /т шлака. Из стоящего на насыпи на жд пути шлаковоза сливают шлак в приемную ванну, откуда он льется в желоб по которому под небольшим напором стекает вода. Вода с образующимися гранулами шлака (пульпа) поступает в бассейн либо на склад. Влажность граншлака бассейновых и желобных установок составляет 20– 25%.

Полусухуая грануляция на барабанных и гидрожелобных установках. Барабанная установка: шлакоприемную ванну 2, наклонный направляющий лоток 3 с соплами для подачи воды, вращающийся барабан 4 с лопастями и бетонированную площадку 8, обслуживаемую грейферным крапом 5. Воду в лоток через сопла подают под давлением 0,2–0,5 МПа в количестве 0,8–1,0 м 3 /т шлака; барабан длиной 1,5–2,0 м и диаметром 1,2–1,4 м имеет частоту вращения до 600 мин -1 .

Из шлаковоза 1 шлак сливают в приемную ванну и затем по лотку шлак с водой попадают на лопасти барабана, которые раздробляют шлак и воду на мелкие частицы и отбрасывают их на склад на расстояние 20–40 м. В полете капли шлака охлаждаются воздухом и водой и затвердевают. Излишняя вода благодаря уклону площадки 8 стекает в отстойник 7, откуда она поступает в систему оборотного водоснабжения.

Рисунок 13.6 - Схема барабанной грануляционной установки

Граншлак загружают краном 5 с помощью грейфера 6 в жд вагоны 9, его влажность 5–10%.

Гидрожелобная установка: насыпь 1 со сливным жд путем 2 для шлаковозов 3; шесть– десять гидрожелобных агрегатов, расположенных перпендикулярно сливному пути; склад гранулированного шлака с поперечными эстакадами 10, по которым передвигаются грейферные краны 9, и систему оборотного водоснабжения.

Рисунок 13.7 - Схема гидрожелобной грануляционной установки

Гидрожелобной агрегат имеет приемную ванну 4; стальной гидрожелоб 5 длиной 9–10,5 м, расположенный с подъемом к концу под углом 3°; гидронасадку 6, подающую воду в начало желоба. Гидронасадка выполнена из отверстий диаметром. 15–25 мм или в виде щели общим сечением 0,004–0,008 м 2 ; воду в гидронасадку подают под давлением 0,4–0,7 МПа в количестве 2,5–3,5 м 3 /т шлака.

Перед грануляцией пробивают корку застывшего шлака в ковше с помощью копра и затем сливают шлак из шлаковоза 3 в приемную ванну, откуда он поступает в гидрожелоб, где поток воды дробит жидкий шлак на капли, охлаждает их и отбрасывает на расстояние до 40 м. Шлак на складе перегружают в штабели и затем в жд вагоны 11 грейферным краном 9, влажность отгружаемого шлака составляет ~10%. Излишняя вода, благодаря уклону площадки склада, стекает в отстойник 8 и отсюда после осветления (отстаивания) с помощью насосов 7 вновь подается в гидронасадки 6; в систему добавляют свежую (подпиточную) воду (0,5–0,8 м 3 /т шлака), а также известковый раствор для уменьшения выделений сероводорода при грануляции.

Гидрожелобный способ грануляции более механизированный обеспечивает меньшую влажность гранулята, быстрое опорожнение ковшей, взрывобезопасному.

В установку входят грануляционные агрегаты, копры для пробивания корки шлака в ковшах; пульты управления; склад граншлака, с мостовыми или портальными грейферными кранами; газоочистка; система оборотного водоснабжения и служебно-бытовые помещения. Производительность установок по граншлаку 750- 1500 тыс. т/год. Число гидрожелобов в составе установки определяется с учетом производительности одного гидрожелоба 160–180 тыс. т/год. Скорость слива шлака не должна превышать 4–5 т/мин, число одновременно кантуемых ковшей 2–3, а длительность обработки состава шлаковозов на установке должна быть меньше времени между подачами составов от печей. Годовая производительность установок должна быть на 30% выше, чем требуется для переработки образующегося шлака.

Грануляционные агрегаты располагают перпендикулярно сливному пути с расстоянием между ними равным длине шлаковоза по сцепкам. Агрегаты размещаются в закрытом корпусе, чтобы обеспечивалось улавливание парогазовых выделений, их очистка от сернистых соединений (известковой водой) и выброс газа и пара через трубу необходимой высоты. Расход воды на один агрегат до 15 м 3 /мин при давлении 0,5–0,7 МПа, свежей воды 0,7– 0,8 м 3 /т шлака.

Склад вмещает 7–10-суточный запас продукции. Он представляет собой бетонированную площадку с расположенными перпендикулярно шлаковозному пути крановыми пролетами (эстакадами) шириной 24 м. Длина склада- 120 м; высота штабелей граншлака до 7 м. Высота насыпи для сливного шлаковозного пути 5–8 м. Площадка склада должна иметь уклон в сторону отстойников системы оборотного водоснабжения, а вблизи грануляционных агрегатов уровень площадки должен быть ниже, чем в остальной части. Для уменьшения водопотребления применяют вододутьевые установки, где дробление шлака осуществляется водовоздушным потоком.

Припечная грануляция: гранулятор в закрытом кожухе, что предотвращает выделение в атмосферу паров воды и сернистых газов, которые вредны для здоровья и вызывают коррозию оборудования, водяной пар сильно затрудняет работу персонала и вызывает зимой обледенение оборудования.

Их преимуществ: меньшиее капзатраты и эксплуатационные расходы за счет сокращения большого парка шлаковозов и транспортных средств; более полное использование шлака, поскольку при перевозке в ковшах 15–30% шлака теряется в виде корок на поверхности и настылей на ковшах; уменьшается численность персонала; обеспечивается взрывобезопасность; работа установки поддается автоматизации; управление всеми механизмами со специального пульта.

ДП оборудуют двумя такими установками, располагаемыми с двух противоположных сторон литейного двора, каждая установка имеет две автономные рабочие линии; к одной из них шлак от печи поступает по ответвлению 6а шлакового желоба, а к другой – по ответвлению 6б.

Рисунок 13.8 - Установка придоменной грануляции шлака

Под желобом 6а гранулятор 5, подающий воду под давлением, которые раздробляют стекающий с желоба шлак на гранулы. Смесь воды, пара и гранул поступает в бункер 1, решетка 4 предотвращает попадание в бункер крупных предметов. Пар и газы поступают в скруббер 7 и удаляются через трубу 9 в атмосферу. В скруббер через форсунки 8 подают известковую воду, которая поглощает из пара и газов сернистые соединения.

Шлаководяная пульпа, из нижней части бункера 1 поступает в колодец 18 эрлифта, поднимающего ее вверх. Для обеспечения работы эрлифта в нижний конец его подъемной трубы 11 подают воздух, а чуть ниже –воду для взмучивания пульпы. Поднимаемая эрлифтом пульпа попадает в сепаратор 10, где происходит отделение отработанного воздуха, а затем самотеком по наклонному трубопроводу сливается в обезвоживатель 12 карусельного типа, который приводом 14 вращается. Обезвоживатель разделен на шестнадцать секций 13 с решетчатым откидывающимся дно. Пульпа поступает в каждую из секций и за время вращения обезвоживателя вода пульпы стекает через решетчатое дно секций 13 в водосборник 15, откуда поступает в бункер 1. Днища секций 13 открываются над бункером 17 и гранулы высыпаются в него, где осушиваются подаваемым снизу воздухом. Из бункера 17 гранулы попадают на конвейер 16 и далее на склад.

Над карусельным обезвоживателем установлен кожух-паросборник, из которого пар поступает в скруббер 7. Гранулятор работает на оборотной воде; осветленную воду подают к нему насосом 2 из камеры 3 оборотной воды, куда она переливается из бункера 1 через его край.

Выход шлака из печей объемом 1400–1800 м 3 2–3 т/мин; из печей объемом 2000–5000 м 3 3–10 т/мин. Максимальное количество шлака за один выпуск на печах объемом 3200–5000 м 3 до 200–250 т, длительность выпуска 40–60 мин. Расход воды 3–6 м 3 /т шлака, свежей воды для подпитки 0,6–0,8 м 3 /т. Влажность гранулята, поступающего на склад, 14–20%.

Получение щебня, пемзы и шлаковой ваты.

Шлаковый щебень – второй по объему продукт переработки доменных шлаков – получают на установках переработки ковшевых остатков и части щебня литьем.

Получение щебня из ковшевых остатков. Внутреннюю поверхность ковша вначале в течение 7 орошают водой, благодаря чему из-за усадки шлака облегчается отделение корок шлака (коржей) от стенок ковша. Далее ковш кантуют и, при необходимости, остатки, шлака выбивают копром. Коржи выпадают из ковша в траншею, оборудованную магнитно-грейферными кранами. Здесь крупные куски шлака разбивают, сбрасывая на них слитки и электромагнитом отбирают скрап чугуна. Далее шлак грейфером крана грузят в бункера системы, обеспечивающий дробление и рассев шлака на куски размеров (0– 40 мин). Мощность установки 310 тыс. м 3 щебня в год.

Производство литого щебня. Шлак из нескольких ковшей сливают в бетонированную траншею и поливают его водой, после чего сливают новую порцию шлака. Поливка исключает образование монолита из нескольких залитых слоев.

На установке НЛМК производительностью 600 тыс. м 3 щебня в год: две траншеи общей площадью 6200 м 2 . В течение трех–четырех суток в траншею сливают до 30 шлаковозных составов. Застывший шлак разрабатывают экскаваторами и автосамосвалами транспортируют к дробильно-сортировочному комплексу.

Часть доменного шлака отправляют на шлаковые отвалы-расположенную за пределами доменного цеха площадку с насыпью высотой не менее 10 м, по краю которой проложен ждь для подачи шлаковозов. Шлак из ковшей сливают под откос, где он затвердевает. Застывший шлак используют для строительства шоссейных дорог и на шлакоперерабатывающих предприятиях.