СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ВАНАДИЙСОДЕРЖАЩЕЙ ШЛАКОСОДОВОЙ ШИХТЫ К ОКИСЛИТЕЛЬНОМУ ОБЖИГУ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF PREPARATION OF SLAG-SODA CHARGE CONTAINING VANADIUM FOR OXIDISING ROASTING AND PROCESSING LINE FOR THIS PROCESS

Область техники
Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к способу подготовки шихты для получения ванадийсодержащих продуктов.
Уровень техники
Основным материалом для получения пятиокиси ванадия по принятой в России пирометаллургической схеме переработки ванадийсодержащего сырья является ванадийсодержащий шлак - продукт переработки в конвертерах ванадийсодержащего чугуна.
Шлак состоит из оксидной части (окислов Fe, V, Cr и т.д.) и включений металлической фазы от крупного скардовника (более 200 мм) до мелкой фракции менее 0,5 мм. Содержание металловключений составляет 20-30%. Ванадиевый шлак содержит до 40% оксидов железа, обладающих слабомагнитными свойствами, что осложняет магнитную сепарацию железа и увеличивает потери шлака с металлоотсевом.
2
2
3
2
Ввиду высокого содержания SiO, AlO, MgO, TiO и др. оксидов конвертерный шлак относится к высокоабразивным материалам.
Используемый конвертерный шлак должен соответствовать требованиям, установленным в СТП 115-7-2005 «Шлак ванадиевый конвертерный».
Известен способ подготовки ванадийсодержащего шлака к окислительному обжигу с использованием реагентной добавки, включающий дробление шлака, мокрый помол, классификацию по крупности, выделение металла грохочением и магнитную сепарацию. Для увеличения степени извлечения ванадия реагентную добавку вводят после фильтрации, а полученную шихту подвергают дополнительному совместному помолу (а.с. СССР №947214, МПК C22B 34/22, БИ №28, 1982 г.). Однако в известном способе использован принцип мокрого помола.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является способ и технологическая линия переработки ванадиевых шлаков (А.А.Карпов и др. «Перспективы развития АСУТП ферросплавного цеха ОАО ЧМЗ», ж. Металлург, №8, 2000, с.48-50). Способ-прототип подготовки ванадийсодержащей шлакосодовой шихты к окислительному обжигу включает дробление шлака, магнитную сепарацию, измельчение, смешивание его с химическими добавками для последующего обжига.
Линия для подготовки ванадийсодержащей шлакосодовой шихты к окислительному обжигу содержит:
Бункер щековой дробилки, дробилку щековую, бункер склада шлака, склад колод, дробление колод шлака, бункер шаровой мельницы, шаровую мельницу, элеватор, электромагнитный сепаратор, сброс металлоотсева, бункер трубчатой мельницы, автоматический дозатор шлака, трубчатую мельницу, содовый бункер со шнековым питателем, сепаратор вторичной магнитной сепарации, конвейер подачи шихты в обжиговую печь, обжиговую печь.
В ОАО «Чусовской металлургический завод» в состав комплекса шихтоподготовки входят:
- склад шлака, оборудованный мостовым магнитоэлектрическим краном для разгрузки колод ванадиевого шлака, дробления их плитой и копровым шаром, щековыми дробилками и системой транспортеров, предназначенных для подачи дробленого шлака;
- склад шихты, на котором расположены бункера для хранения дробленого шлака, ленточные транспортеры для подачи шлака, закрома и бункера для приема, хранения и подачи в производство соды, установка для фракционного разделения уловленных металловключений;
- участок шихтоподготовки, имеющий в своем составе 4 шаровые мельницы ⌀2,7×1,45 м и 2 трубчатые мельницы ⌀1,5×5,6 м для сухого измельчения шлака, транспортеры, элеваторы, питатели для подачи шлака, соды, магнитных сепараторов для отделения металловключений.
Недостатками существующей схемы шихтоподготовки являются:
- Существующая технологическая схема переработки ванадийсодержащих шлаков и устаревшее оборудование не позволяют расширить ассортимент продукции, не обеспечивают потребностей заказчика в качестве поставляемой пятиокиси ванадия.
- Отсутствует возможность оперативного регулирования степени измельчения шихты, что приводит к неоднородности по фракционному составу и значительному переизмельчению шихты.
- Имеются достаточно большие потери ванадия с отделяемым металлоотсевом вследствие:
- применения дробильно-размольного оборудования, не позволяющего эффективно разделить металлическую и шлаковую фазы;
- применение для извлечения металловключений магнитных сепараторов, не соответствующих по своим параметрам и способу установки характеристикам обогащаемого материала и особенностям технологического процесса.
- Из-за неудовлетворительного выделения металловключений из готовой шихты не менее 2% извлеченного металлоотсева теряется в обжиговой печи из-за образования ванадатов железа и снижения выхода растворимых соединений ванадия.
- Потери ванадия с пылеуносом за печами обжига доходят до 2%. Обе вращающиеся печи работают на естественной тяге без газоочистного оборудования. Отсутствует система подачи в производство уловленной пыли и отвальных отходов выщелачивания, что также снижает общее извлечение ванадия в целом на химическом участке.
- Системы аспирации размольного оборудования не в состоянии обеспечить современные требования к воздуху рабочей зоны в помещениях отделения.
- В настоящее время участки шихтоподготовки и обжига являются одними из основных источников загрязнения воздушного бассейна завода.
Раскрытие изобретения
Задачей создания изобретения является разработка простого и эффективного способа подготовки шихты к окислительному обжигу, свободного от недостатков прототипа, и создание высокопроизводительной технологической линии для его осуществления.
Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в 1-м пункте формулы изобретения, общих с прототипом, таких как способ подготовки ванадийсодержащей шлакосодовой шихты к окислительному обжигу, включающий дробление шлака, магнитную сепарацию, измельчение, смешивание его с химическими добавками для последующего обжига, и отличительных существенных признаков, таких как перед обжигом полученную смесь гранулируют, а дробление проводят в несколько стадий с классификацией по крупности, на 1-й подготовительной стадии дробят на куски размером до 200 нм, на 2-й стадии дробят на куски до 80 мм, разделяют на фракции +80 мм, 10-80 мм и - 10 мм, на 3-й стадии полученную фракцию 10-80 мм подвергают дроблению на роторной дробилке в замкнутом цикле с вибрационным односитным грохотом с ячейками сита 10×10 мм, получают фракцию - 10 мм, которую объединяют с ранее полученной фракцией - 10 мм и подвергают измельчению в два этапа: на 1-м центробежное измельчение и сепарацию до крупности частиц 0,15 мм, которую на 2-м этапе подвергают воздушно-центробежной классификации, шлак размерностью зерен 0,06-0,15 мм подают на узел дозирования и смешивания, определяют содержание пятиокиси ванадия в шлаке, в зависимости от которого задают количество химических добавок и соды, подают необходимое количество компонентов шихты и добавок в смеситель, смешивают, подают в гранулятор, затем готовые гранулы направляют на окислительный обжиг.
Согласно п.2 формулы изобретения магнитную сепарацию шихты проводят на всех стадиях дробления и стадии измельчения с помощью подвесных саморазгружающихся железоотделителей на постоянных магнитах. В пункте 3 формулы отмечается, что процесс шихтоподготовки осуществляют с помощью автоматизированной системы управления на базе программируемого контроллера.
Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в 4-м пункте формулы изобретения, общих с прототипом, таких как линия для подготовки ванадийсодержащей шлакосодовой шихты к окислительному обжигу, содержащая установленные по ходу технологического процесса и связанные между собой транспортными коммуникациями приемный бункер, щековую дробилку, бункеры склада шлака и обжиговые печи, и отличительных существенных признаков, таких как линия включает установленные после щековой дробилки вибрационный двухситный грохот, дробилку роторную, вибрационный односитный грохот и измельчительно-классифицирующий комплекс, выполненный в виде одной или более технологических ниток, включающих каждая: приемный бункер, бункер металлоотсева, центробежную мельницу, один выход которой соединен с приемным бункером, а другой с воздушно-центробежным классификатором, который подключен одним выходом к участку дозирования и смешивания посредством, например, конвейера, а другим к группе циклонов, подключенных одним выходом к участку дозирования и смешивания посредством, например, конвейера или к биг-бегам для сбора конвертерного шлака, а другим выходом к рукавному фильтру, подключенному к участку дозирования и смешивания посредством, например, конвейера или к биг-бегам для сбора конвертерного шлака, при этом участок дозирования и смешивания включает силосы шлака тонкого помола, химических отходов и кальцинированной соды, ленточный весовой дозатор, над которым установлен концентратор для определения содержания пятиокиси ванадия в шихте, включенный в общую схему (автоматизированную систему управления технологическим процессом) АСУ ТП, при этом весовой дозатор связан посредством элеватора с дозатором-весами, соединенными со смесителем, накопительным силосом и дополнительно установленным перед обжиговой печью-гранулятором шихты.
Согласно п.5 формулы изобретения в качестве транспортных коммуникаций технологического оборудования, перечисленного в п.4, она содержит ленточные конвейеры и/или шнековые питатели и/или элеваторы.
В п.6 формулы изобретения отмечается, что линия снабжена АСУ ТП на базе программируемого контроллера.
Особенность размещения железоотделителей в технологической линии нашла отражение в п.7 формулы изобретения, а именно после щековой дробилки и дробилки роторной перед приемными бункерами измельчительно-классифицирующих комплексов над ленточными конвейерами установлены подвесные саморазгружающиеся железоотделители на постоянных магнитах.
Вышеперечисленная совокупность существенных признаков как по способу, так и по устройству (технологической линии) позволяет получить при реализации изобретения следующий технический результат - получение шлака заданной фракции, возможность оперативного регулирования степени измельчения шихты, снижение потерь ванадия в процессе шихтоподготовки и обжига шихты, повышение активности шпинельных зерен с применением ударного способа механоактивации, снижение содержания металловключений, снижение потерь шлака при обжиге, снижение пылеуноса шлака за печами обжига, увеличение общего извлечения ванадия на стадии химического передела и, как следствие, рост объемов производства ванадиевой продукции, улучшение экологии.
Технический результат достигается за счет рациональной компоновки и применения нового высокотехнологичного оборудования на всех стадиях шихтоподготовки, принципиально отличающегося от действующего на существующей по прототипу шихтоподготовке.
Переработка ванадиевого шлака до его тонкого измельчения заключается в получении готового продукта - целевой фракции 0,060-0,150 мм с минимальным содержанием металлического железа, являющегося в шихте вредной примесью.
Как показали опытные работы, на стадии подготовительного дробления конвертерного шлака целесообразно применение дробильно-размольного оборудования, в котором используется принцип ударного разрушения материала, такого как роторные дробилки, большая эффективность которых обеспечивается за счет:
- высокой производительности;
- высокой степени дробления материала;
- селективного измельчения по слабым зернам, границам фаз, по крупности зерен;
- измельчения шлака по его слабым местам, т.к. разрушение идет при большом числе соударений путем накапливания трещиноватости и расшатывания высокочастотным воздействием, и половина измельчения идет за счет взаимодействия между собой.
Для получения тонкомолотого шлака, эффективного разделения частиц в микронных диапазонах и регулирования крупности измельченного шлака в широких пределах авторами предлагается использовать центробежную мельницу и пневматический центробежный классификатор, работающие по замкнуто-цикличной схеме.
Для центробежной мельницы характерен узкий (однородный) фракционный состав готового продукта - малое наличие тонких и грубых классов, а ударное разрушение материала позволяет получать продукты тонкого помола с высокой удельной поверхностью и физико-химической активностью веществ и обеспечивать улучшение физико-технических свойств готовых материалов.
Воздушно-центробежные классификаторы КЦ применяются в технологических линиях для получения тонкодисперсных материалов и предназначены для высокоточного разделения мелкодисперных частиц по крупности или плотности (при одноразмерности частиц) в диапазоне крупности от 10 до 160 мкм с заданной границей разделения с производительностью от 0,1 до 20 т/ч, позволяют получать несколько узких фракций готового продукта в заданном диапазоне крупности (0,020-0,500 мм) с производительностью от 1 до 12 т/час.
В измельчительном комплексе применяют центробежно-ударный способ сухого измельчения и динамический способ классификации материалов. Продукты центробежно-ударного измельчения обладают характеристиками и показателями, которые невозможно достичь при использовании других способов измельчения: узким заданным гранулометрическим составом, высокой физико-химической активностью и удельной поверхностью частиц.
Итерационный процесс работы комплекса (измельчение и отделение готового продукта) позволяет снизить удельную энергоемкость и избежать образования переизмельченных классов за счет непрерывного выведения готового продукта из процесса помола. Снижение энергозатрат на измельчение материалов по сравнению с другими способами помола составляет 12-56%.
Необходимо отметить, что при роторном дроблении и особенно при центробежно-ударном измельчении происходит механоактивация.
Измельченные таким способом частицы имеют повышенную химическую активность, что значительно увеличивает интенсивность физико-химических процессов, проходящих при обжиге в печи, что в конечном итоге ведет к повышению извлечения ванадия.
Особенностями эксплуатации предлагаемых измельчительных комплексов КИ являются: отсутствие мелющих тел, высокий коэффициент использования оборудования, стабильный гранулометрический состав продуктов измельчения, сокращение периодичности и времени сервисного обслуживания.
Для эффективного отделения металловключений, как крупных, так и самых малых размеров, на технологической линии авторами предложена установка подвесных саморазгружающихся магнитных сепараторов (железоотделителей), работающих на постоянных магнитах.
Для точного дозирования всех компонентов шихты (ванадийсодержащего шлака, соды, химических отходов и пыли от газоочисток) и получения готовой шихты предназначен дозировочный блок с системой автоматического управления. Задание необходимых параметров с автоматизированного рабочего места по дозированию исходных компонентов, в том числе изменение количества соды, поступающей в дозатор, и далее в смеситель после получения задания от прибора РКЦ-1М, осуществляется за счет управления с использованием PC и современного программного обеспечения,
С целью повышения степени перевода ванадия в растворимую форму в процессе обжига предусмотрена стадия грануляции шихты.
Предлагаемая технологическая линия шихтоподготовки представлена на чертеже.
Линия для подготовки ванадийсодержащей шлакосодовой шихты к окислительному обжигу содержит установленные по ходу технологического процесса и связанные между собой транспортными коммуникациями приемный бункер 1, щековую дробилку 2, бункеры склада шлака 3 и обжиговые печи 4. Кроме того, она включает установленные после щековой дробилки 4 вибрационный двухситный грохот 5, дробилку роторную 6, вибрационный односитный грохот 7 и измельчительно-классифицирующий комплекс 8, выполненный в виде двух технологических ниток (возможна установка в линии одной или более ниток, в зависимости от требуемой производительности технологической линии), включающих каждая: приемный бункер 9, бункер металлоотсева 10, центробежную мельницу 11, один выход которой соединен с приемным бункером 9, а другой с воздушно-центробежным классификатором 12, который подключен одним выходом к участку дозирования и смешивания 13 посредством, например, конвейера 14, а другим к группе циклонов 15, подключенных одним выходом к участку дозирования и смешивания 13 посредством, например, конвейера 14 или к биг-бегам 16 для сбора конвертерного шлака, а другим выходом к рукавному фильтру 17, подключенному к участку дозирования и смешивания 13 посредством, например, конвейера 14 или к биг-бегам 16 для сбора конвертерного шлака. Участок дозирования и смешивания 13 включает силосы шлака тонкого помола 18, химических отходов 19 и кальцинированной соды 20, ленточный весовой дозатор 21, над которым установлен концентратор 22 для определения содержания пятиокиси ванадия в шихте, включенный в общую схему АСУ ТП (на чертеже не показана). Весовой дозатор 22 связан посредством элеватора 23 с дозатором-весами 24, соединенными со смесителем 25, накопительным силосом 26 и дополнительно установленным перед обжиговой печью 4 гранулятором шихты 27.
В качестве транспортных коммуникаций технологического оборудования, перечисленного выше, она содержит ленточные конвейеры и/или шнековые питатели и/или элеваторы.
Процесс подготовки ванадийсодержащей шлакосодовой шихты к окислительному обжигу включает дробление шлака, магнитную сепарацию, измельчение, смешивание его с химическими добавками для последующего обжига. Перед обжигом полученную смесь гранулируют, а дробление проводят в несколько стадий с классификацией по крупности, на 1-й подготовительной стадии дробят на куски размером до 200 мм, на 2-й стадии дробят на куски до 80 мм, разделяют на фракции +80 мм, 10-80 мм и - 10 мм, на 3-й стадии полученную фракцию 10-80 мм подвергают дроблению на роторной дробилке в замкнутом цикле с вибрационным односитным грохотом с ячейками сита 10×10 мм, получают фракцию - 10 мм, которую объединяют с ранее полученной фракцией - 10 мм и подвергают измельчению в два этапа: на 1-м центробежное измельчение и сепарацию до крупности частиц 0,15 мм, которую на 2-м этапе подвергают воздушноцентробежной классификации, шлак размерностью зерен 0,06-0,15 мм подают на узел дозирования и смешивания, определяют содержание пятиокиси ванадия в шлаке, в зависимости от которого задают количество химических добавок и соды, подают необходимое количество компонентов шихты и добавок в смеситель, смешивают, подают в гранулятор, затем готовые гранулы направляют на окислительный обжиг.
Магнитную сепарацию шихты проводят на всех стадиях дробления и стадии измельчения с помощью подвесных саморазгружающихся железоотделителей на постоянных магнитах.
Процесс шихтоподготовки осуществляют с помощью автоматизированной системы управления на базе программируемого контроллера.
АСУ ТП обеспечивает автоматизированное выполнение функций управления, контроля, учета и представления информации, что позволяет осуществлять последовательность технологических операций и поддержание эффективных параметров регулирования, а также исключает необходимость постоянного пребывания персонала на рабочих местах, расположенных в зоне работающих агрегатов, снижает либо исключает вообще воздействие вредных производственных факторов на персонал.
АСУ ТП шихтоподготовки обеспечивает:
- ввод входных параметров исходных материалов и адаптацию их в систему управления;
- контроль технологических параметров процесса;
- контроль (диагностику) состояния механизмов и агрегатов;
- автоматическое управление механизмами и системами;
- технологическую защиту от возникновения аварийных ситуаций, в том числе блокировки;
- сигнализацию о состоянии системы, в том числе аварийную;
- информационное обслуживание и составление отчетной документации о работе отделения.
АСУ ТП формируют на основе датчиков и первичных преобразователей системы государственной системы управления (ГСП) с унифицированными выходами сигналов 0…5 мА, 4…20 мА постоянного тока, преимущественно бесконтактных. В качестве регулирующего управляющего и преобразующего (для связи с персональной электронной вычислительной машиной (ПЭВМ) устройства применяют микропроцессорный контроллер регулирующей и логической модификации.
Использование микропроцессорной техники обеспечивает удобство, наглядность, простоту управления и оперативность вмешательства в ход технологического процесса, а также уменьшает количество дорогостоящего оборудования КИП (вторичных приборов, регулирующих устройств, щитков КИП и т.п.) и значительно сокращает потребность в площадях, необходимых для размещения (КТС), по сравнению с традиционными решениями аппаратуры КИП.
Конкретный пример осуществления изобретения.
Местный шлак (колоды размером 1500×1200×1000 мм) из вагонов разгружают на площадку, где разбивают копровым шаром на куски до 200 мм.
В процессе разбивки шлака отмагничивают металл (крупные скардовины) магнитной шайбой. Для более тщательного удаления скардовника колоды неоднократно переворачивают грейфером.
Далее шлак, разбитый на куски до 200 мм, грейфером подают в приемный бункер 1, из бункера шлак поступает в щековую дробилку 2 СМ-11Б с размером выходной щели 80 мм. В ней осуществляется первичное дробление шлака. Далее дробленый шлак по ленточному конвейеру 3 подают на вибрациионный двухситный грохот 5 с ситами 80×80 и 10×10 мм для получения продуктов классов +80 мм, 10-80 мм и 0-10 мм. Конвертерный шлак, который отличается хорошей дробимостью, разделяют на классы 10-80 мм и 0-10 мм. В надрешетный продукт попадает скардовник лещадной формы, прошедший через щековую дробилку 2. Надрешетный продукт класса +80 мм (скардовник) ссыпают на специально отведенную площадку, продукт класса 10-80 мм пропускают через роторную дробилку 6 ДР 6×6, работающую в замкнутом цикле с вибрационным односитным грохотом 7 с ячейками сита 10×10 мм, для получения шлака крупностью 0-10 мм; фракцию 0-10 мм направляют в бункера склада шлака 3. Над конвейером транспортировки 28 продуктов дробления класса +10 мм и над конвейером транспортировки 29 фракции 0-10 мм перед складом шлака 3 установлены подвесные саморазгружающиеся железоотделители 31, на которых осуществляют извлечение металловключений классов 10-80 мм и 0-10 мм.
Обезжелезненный шлак фракций 0-10 мм, раздробленный частично, складируют в промежуточных бункерах склада шлака 3, т.к. для обеспечения бесперебойной работы пирогидрохимического передела должен быть обеспечен постоянный запас не менее 300 т.
Из бункеров шлак крупностью 0-10 мм подают на центробежное измельчение в агрегаты для измельчения и сепарации конвертерного ванадиевого шлака, представленные двумя параллельными технологическими нитками (А, В). На каждой нитке наряду с измельчением на первом этапе происходит классификация шлака в воздушном потоке до заданной крупности - 0,15 мм. Недоизмельченные частицы шлака более 0,15 мм вместе с металлическими включениями осаждаются в бункере для крупного продукта 10. Этот шлак возвращают на центробежное измельчение после извлечения из него металловключений с помощью подвесного саморазгружающегося железоотделителя 31 с постоянным магнитом.
Далее шлак крупностью 0-0,15 мм поступает на воздушно-центробежную классификацию (центробежную мельницу 11 МЦ-1,25 и классификатор воздушно-центробежный 12 КЦ) для разделения по заданному размеру граничного зерна, в данном случае - до 0,06 мм. Шлак крупностью 0,06-0,15 мм загружают в силосы 16 на каждой из двух линий узла дозирования и смешивания. Шлак крупностью 0-0,06 мм из воздушно-центробежного классификатора подают в циклоны 15 и рукавные фильтры 17, где его улавливают и удаляют. Шлак фракции 0-0,06 мм может задаваться на окатышкование или брикетирование.
Ванадийсодержащий шлак класса 0,06-0,15 мм, поступивший на узел дозирования и смешивания 13, накапливают в силосах 18. В отдельные силосы 19 и 20 на каждой линии из биг-бегов подают химические отходы и кальцинированную соду. Шлак по ленточному конвейеру 21 и элеватору 23 задают в дозатор-весы 24. При прохождении шлака по ленточному конвейеру 21 к весовому дозатору 24 происходит определение содержания пятиокиси ванадия в шлаке радиоизотопным концентратомером 22 РКЦ-1М. Далее задают химические отходы и соду. На этой стадии предусмотрена механизация процессов с использованием системы автоматизированного управления, обеспечивающей возможность задания необходимых параметров по дозированию исходных компонентов, в том числе изменение количества соды. Ее подача в дозатор осуществляется согласно стехиометрическому коэффициенту соотношения пятиокиси ванадия и соды в шихте. Далее шихту подают в смеситель 25 после получения задания от прибора РКЦ-1М. Цикл повторяют несколько раз по команде дозатора-весов 24 до набора необходимой массы.
Далее исходные компоненты загружают в смеситель 25 при помощи капсулы через загрузочную горловину, где производится их перемешивание.
После перемешивания готовую смесь через заслонку выгружают в накопительный силос 26. Цикл повторяют.
Из накопительного силоса 26 готовую шлакосодовую шихту непрерывно подают в гранулятор шихты 27 и далее - в виде гранул размером 2-3 мм в обжиговую печь 4 на окислительный обжиг в количестве 3 т/час.
Предлагаемая технологическая линия и способ подготовки ванадийсодержащего шлака к окислительному обжигу находится в стадии реализации на ОАО «Чусовской металлургический завод».
Из описания и практического применения настоящего изобретения специалистам будут очевидны и другие частные формы его выполнения. Данное описание и примеры рассматриваются как материал, иллюстрирующий изобретение, сущность которого и объем патентных притязаний определены в нижеследующей формуле изобретения совокупностью существенных признаков и их эквивалентами.