Доменное пр-во
Электрометаллургия
Конвертерное пр-во
Разливка стали
Популярные материалы

Утилизация - переработка сталеплавильных шлаков

Утилизация шлаков сталеплавильного производства - этапы переработки и утилизации всей массы образующихся в сталеплавильном производстве шлаков (Далее "шлак" - "Ш."; ) являются обязательным элементом безотходной технологии. Во-первых, многочисленные шлаковые отвалы и связанные с этим отчуждения земельных угодий, образование пыли, отрицательное воздействие на воздушный и водный бассейны вредны и экологически недопустимы; во-вторых, утилизация отходов экономически выгодна. Достаточно отметить, что только чистого металла со Ш. извлекается более 1 млн. т в год.

Основными путями утилизации шлаков сталеплавильного производства являются:

  • 1) извлечение металла;
  • 2) получение железофлюса для вагранок и аглодоменного производства;
  • 3) получение щебня для дорожного и промышленного строительства;
  • 4) использование основных Ш. в качестве известковых удобрений (шлаковой муки) для сельского хозяйства;
  • 5) использование фосфорсодержащих шлаков для получения удобрений для сельского хозяйства;
  • 6) вторичное использование конечных сталеплавильных шлаков.

Сталеплавильные шлаки условно (имея в виду их дальнейшее использование) можно разбить на несколько подгрупп:

а) шлаки, образующиеся в начальный период плавки (этот период часто называют окислительным). Эти Ш. содержат большое количество оксидов железа (иногда до 40 % от общего количества Ш.). Железо в Ш. может быть в виде оксидов FeO и Fe2O3 и в виде запутавшихся корольков железа. Основность этих Ш. невелика; обычно они скачиваются из агрегата после завершения начального периода плавки и могут храниться и перерабатываться отдельно;

б) шлаки, сформировавшиеся в конце плавки (конечные шлаки). Обычно эти Ш. содержат несколько меньшее количество железа и имеют более высокое значение основности (CaO/SiO2 = 2,5 — 3,5). При выплавке низкоуглеродистой стали содержание оксидов железа и в этих Ш. может быть достаточно высоким (15-20%), однако корольков железа в них значительно меньше. В дуговых печах при проведении восстановительного периода под белым или карбидным Ш. содержание оксидов железа снижается до <1 %, содержание СаО возрастает до 55—60 %. Конечные Ш. можно оставлять в агрегате для использования в следующей плавке или после выпуска вновь загружать в печь;

в) шлаки, попадающие в сталеразливочный ковш с выпускаемой сталью. Эти Ш. в жидком состоянии содержат незначительное количество железа. На практике часто определенное количество металла, оставшегося на днище и стенках ковша после окончания разливки стали, попадает вместе со Ш. в чаши (это так называемые скрапины). Получаемый в результате конгломерат конечного шлака и скрапин металла подвергают тщательной разделке с целью максимального извлечения железа.

В среднем можно принять, что в сталеплавильных Ш. содержится (в пересчете на чистое) 20—25 % железа, в том числе 10—15 % металлического железа. Находящееся в Ш. металлическое железо затрудняет дальнейшую переработку шлака; для его помола требуется мощное дробильное оборудование. При измельчении Ш. до кусков размером 25-27 мм из него удается извлечь металл (почти 15 % от массы Ш., что экономически оправдывает все затраты на помол и извлечение).

В отдельных случаях переработка шлака сталеплавильного производства еще более эффективно.

1) В тех случаях, когда шлаки содержат достаточно высокие концентрации оксидов железа и марганца, они используются в качестве флюсов для ваграночного и аглодоменного производства.

2) В тех случаях, когда шлаки содержат достаточно много фосфора, они с успехом заменяют суперфосфат и широко используются в сельском хозяйстве. Ш., содержащие много фосфора, настолько ценны, что сама технология передела высокофосфористых чугунов построена таким образом, чтобы одновременно получить и чистую по фосфору сталь, и возможно более богатый фосфором Ш..

3) Выскоосновные шлаки используются в сельском хозяйстве для известкования почвы.

4) При переделе руд, содержащих ванадий, одним из элементов технологии является кратковременная продувка чугуна в конвертере. Ванадий — элемент, обладающий высоким сродством к кислороду; он окисляется вместе с кремнием, титаном, марганцем в самом начале продувки. Такие чугуны перерабатываются, например, в конвертерных цехах Чусовского металлургического завода и Нижнетагильского металлургического комбината.

Чтобы повысить количество ванадия в образующемся Ш., известь в начале операции не загружают. Таким образом удается в начальный период продувки получить Ш., содержащий 16-18 % V2O5. Его скачивают и направляют на ферросплавные заводы для производства феррованадия или используют в чистом виде для прямого легирования стали (поскольку известь в конвертеры не загружается, ванадиевый Ш. содержит очень мало фосфора и серы).

5) При переделе чугуна с повышенным содержанием марганца образуются высокомарганцевые шлаки; они могут быть использованы как добавки, повышающие содержание марганца в стали.

6) Высокоосновные конечные шлаки используются повторно. Так, например, конечные Ш. конвертерного производства содержат, %: СаО 50-60, SiO2 13-15, FeO 10-26, MgO 4-10. Они содержат также определенное количество извести, не успевшей за время плавки ошлаковаться. При вторичном использовании (переработке) такого Ш. расход извести снижается, улучшается шлакообразование, повышается степень дефосфорации металла; высокоосновные маложелезистые конечные Ш. электроплавки используются для внепечной обработки стали (во время ее выпуска) с целью десульфурации.

7) В больших масштабах сталеплавильные Ш. используются в дорожном строительстве. Неприятным моментом при этом бывают случаи реагирования с влагой воздуха оставшейся неошлакованной извести в Ш.. Свойства и плотность материала при этом меняются, и на дорожном покрытии образуются трещины. Кроме того, распад основных Ш. обусловлен переходом во время охлаждения при 675 °С силиката (CaO)2-SiO2 из 3 - в y-модификацию с увеличением объема. Распад протекает во времени (Чистый ортосиликат кальция (СаО)2 • SiCb теоретически состоит из 65 % СаО и 35 % SiO2. Однако состав реальных шлаков отличается от состава двухкальциевого силиката и действительная температура их распада значительно ниже 675 °С.).

Существуют стандарты для предварительной оценки устойчивости структуры щебня против распада. Известны также способы предотвратить это явление, например продувкой жидкого Ш. кислородсодержащим газом. При подаче кислорода двухвалентное железо Fe+2 Ш. окисляется до трехвалентного Fe+3 и, взаимодействуя с СаО, образует феррит кальция, который не разлагается на воздухе. Используется также прием утилизации шлака паром в закрытых емкостях в течение 2—3 ч.

Обработанный таким образом Ш. может быть использован в строительстве. В большинстве случаев использованию Ш. в качестве строительного материала предшествует его выдержка в отвалах. Затем его измельчают и направляют на магнитную сепарацию для извлечения металла. Щебень из сталеплавильных Ш. является полноценным заменителем гранитного щебня в бетонах и железобетонах.

На ряде металлургических предприятий (Новолипецком металлургическом комбинате, череповецком «Северсталь», Таганрогском металлургическом заводе и др.) создано и действует оборудование для практически 100%-ной переработки шлаков. При этом получают значительное количество щебня, шлаковой муки, фосфат-шлака, извлекают значительное количество металла. Однако пока еще в целом по стране проблема утилизации шлаков решена не полностью: многие конструктивные разработки находятся в стадии решения.

Страница 3 из 4. Читать далее >>

Источник [6] → список литературы.

Читайте также:

Вернуться в начало раздела: Охрана природы и ресурсосбережение в металлургии
Вернуться на главную: Черная металлургия