СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ РАСПАДАЮЩЕГОСЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО КОВШЕВОГО ШЛАКА
METHOD OF PROCESSING DISINTEGRATING METALLURGICAL LADLE SLAG

Изобретение относится к области черной металлургии и промышленности строительных материалов и может быть использовано для переработки и утилизации ковшовых шлаков, получаемых при обработке стали в агрегате печь-ковш.
Известен способ (патент РФ №2098371) переработки распадающегося металлургического шлака, в котором послойно осуществляют слив шлака в траншею, охлаждение слоя шлака проводят в естественных условиях до температуры поверхности 250-500°С с последующим охлаждением потоком воздуха, отсосом и воздушной сепарацией пыли.
В этом способе после распада шлака образуется тонкодисперсный материал, который невозможно транспортировать навалом автомобильным и/или железнодорожным транспортом на заводы по производству цемента.
Известен способ (патент РФ №2052520) переработки распадающихся металлургических шлаков, выбранный за прототип. В данном способе шлак после полного затвердевания на стадии силикатного распада подвергают горячему грохочению с выделением в надрешетном продукте металлического скрапа. Подрешетный продукт подвергают вторичному грохочению с принудительным охлаждением до полного силикатного распада. На стадии грохочения проводят воздушную сепарацию, а дроблению подвергают промежуточный продукт магнитной сепарации.
Недостатком способа по патенту РФ №2052520 является его сложность, а также необходимость осуществления способа до стадии силикатного распада, что резко ограничивает область применения способа, т.к. его нельзя применить к шлаку, подвергнувшемуся полному силикатному распаду. В известном способе также образуется тонкодисперсный материал, который невозможно транспортировать навалом автомобильным и/или железнодорожным транспортом на заводы по производству цемента.
2
2
2
Ковшовые шлаки образуются при обработке стали в агрегате печь-ковш. В отличие от печных в ковшовых шлаках одной из основных фаз является двухкальциевый силикат 2CaO×SiO. При охлаждении такого шлака происходит полиморфное превращение β2CaO×SiO в γ2CaO×SiO с увеличением объема на (10-12)%. В результате изменения параметров решетки двухкальциевого силиката шлак рассыпается, образуя мелкодисперсный порошок.
При самораспаде ковшовых шлаков часть шлака не рассыпается, т.е. в таком шлаке всегда имеется некоторое количество крупных фракций шлака. Частицы нерассыпавшегося шлака обычно выделяют с помощью грохочения. В ковшовых шлаках также всегда содержатся металлические включения, которые обычно выделяют с помощью магнитной шайбы в виде металлического скрапа.
Задача, решаемая предлагаемым изобретением, - обеспечение возможности транспортировки распадающихся металлургических шлаков за счет получения механически прочных гранул шлака.
Поставленная задача решается тем, что в способе переработки распадающегося металлургического ковшевого шлака, включающем извлечение металлических включений из распавшегося шлака, согласно изобретению после извлечения металлических включений из распавшегося шлака удаляют частицы крупностью более 5 мм, оставшийся шлак измельчают с образованием частиц крупностью менее 0,1 мм и осуществляют его окомкование при его взаимодействии с водой.
Измельчение шлака осуществляют до крупности частиц 0,070-0,075 мм.
Извлечение металлических включений из шлака осуществляют методом магнитной сепарации.
Взаимодействие воды и шлака возможно осуществлять путем дозирования шлака из приемного бункера на чашевый окомкователь, в который одновременно подают воду.
На окомкование подают воду в количестве 10-15% от массы шлака.
В заявляемом способе из распадающегося шлака, который в дальнейшем будет подвергаться окомкованию, предварительно удаляют металлические включения, это позволит повысить эффективность переработки шлака, т.к. металлические частицы могут негативно влиять на физико-химические процессы, происходящие при взаимодействии шлака с водой и снизить, в дальнейшем, прочность строительных материалов, получаемых из переработанного шлака.
Из шлака также удаляют частицы крупностью более 5 мм, которые сразу можно отправлять на склад обычного печного шлака, их транспортировка не вызывает затруднений и хорошо отработана. Удаление таких частиц возможно осуществлять традиционным способом в бункере, оборудованном вибрационной решеткой с размером ячеек 5 мм. При этом надрешетный продукт образуют частицы шлака более 5 мм, а подрешетный продукт - частицы менее 5 мм.
После того, как из шлака удалят частицы крупностью более 5 мм, оставшийся шлак подвергают измельчению до частиц крупностью менее 0,1 мм. При измельчении шлака до крупности более 0,1 мм прочность гранул, получаемых в процессе окомкования шлака, будет недостаточной, чтобы выдержать погрузочно-разгрузочные операции и транспортировку. При измельчении шлака до крупности менее 0,1 мм гранулы, которые будут получаться в процессе окомкования такого шлака, будут иметь прочность достаточную, чтобы выдержать погрузочно-разгрузочные операции и транспортировку. Однако несмотря на то, что чем меньше частицы шлака, которые будут подвергаться окомкованию, тем прочнее получаемые гранулы, оптимальным будет измельчение до частиц крупностью 0,07-0,075 мм, с точки зрения оптимальности соотношения прочности гранул и расхода энергии на измельчение. При размере частиц шлака 0,07-0,075 мм для окомкования шлака требуется значительно меньшее количество воды, кроме того, окомкование шлака происходит быстрее. Таким образом, такой размер частиц шлака, подвергающегося окомкованию, является наиболее оптимальным с точки зрения расхода воды и скорости процесса.
Благодаря тому, что в заявляемом способе переработке подвергается мелкодисперсный шлак, после окомкования получают материал (гранулы), обладающий значительной прочностью большей, чем при переработке более крупных частиц. Это объясняется большим количеством межмолекулярных связей по сравнению с частицами больших размеров.
Таким образом, заявляемый способ дешев, экономичен, позволяет получить прочный материал, который может быть подвергнут длительной транспортировке, при этом к переработанному шлаку не предъявляются жесткие требования по ударным и вибронагрузкам, т.к. полученный материал обладает значительной прочностью и выдерживает значительные нагрузки, в том числе и те, которые могут возникнуть при транспортировке и при выполнении погрузочно-разгрузочных работ. Т.е. заявляемый способ позволяет получить материал, использование которого не приведет к загрязнению окружающей среды, не повредит здоровью персонала, контактирующего с ним.
Для интенсификации процесса образования гранул и повышения их прочности на чашу окомкователя (тарельчатый питатель) подают воду в количестве 10-15% от массы шлака. При снижении количества подаваемой воды ниже 10% и увеличении выше 15% от массы шлака прочность окатышей снижается.
Окомкование - широко известный процесс, который осуществляется известными средствами - на чашевом окомкователе, который также называют тарельчатым питателем. В чашу окомкователя, в которой размещается продукт, подлежащий окомкованию, подается вода. Окомкование происходит при взаимодействии продукта и воды при вращении чаши.
Заявляемый способ подтверждается примерами.
Из рассыпавшегося ковшового шлака ОАО «Северский трубный завод» предварительно магнитной шайбой извлекается металл, затем шлак перегружается в приемный бункер, оборудованный вибрационной решеткой с размером ячейки 5 мм. Надрешетный продукт отправляется на склад обычного печного шлака, а подрешетный - проходит вторичную стадию отмагничивания металла, а затем поступает на доизмельчение в шаровую мельницу. Из приемного бункера измельченный материал дозируется на чашевый окомкователь (тарельчатый питатель), куда подается также и вода для окомкования.
Пример 1. Подтверждение влияния крупности измельчения частиц шлака на прочность гранул.
Брали навеску ковшового шлака в количестве 80 кг. Из этой навески шлака отсеивали на сите фракцию 0,25 мм в количестве 8 кг. Затем в шаровой мельнице диаметром 300 мм и длиной 600 мм в течение 20 мин доизмельчали 10 кг шлака до крупности 0,1 мм. После этого на той же мельнице доизмельчали 10 кг шлака в течение 30 мин до крупности 0,074 мм. Затем на чашевом окомкователе (тарельчатом питателе) диаметром 1 м, при частоте вращения чаши 5 об/мин и угле наклона чаши 45°, последовательно окомковывали в течение 20 мин четыре навески шлака по 5 г каждая: с крупностью измельчения 0,25 мм; 0,1 мм; 0,74 мм; 0,04 мм. Во время каждого цикла окомкования на чашу добавляли 12% воды от массы шлака, т.е. по 0,6 л.
Далее полученные гранулы подвергали испытаниям на сжатие (определение прочности гранул) на разрывной машине РМЛ-1000. Результаты испытаний по определению прочности гранул представлены в таблице 1.
Таблица 1
№ опыта
Количество добавляемой на окомкование воды, % от массы шлака
Крупность измельчения, мм
Прочность гранул, кг /на гранулу
1
12
0,25
10
2
12
0,1
22
3
12
0,074
30
4
12
0,04
35
Прочность гранул 22-30 кг/на гранулу вполне достаточна для того, чтобы они выдержали погрузочно-разгрузочные операции и их транспортировку до потребителя.
Пример 2. Подтверждение влияния количества воды, подаваемой на чашевый окомкователь, на прочность гранул.
Измельчали 30 кг шлака до крупности 0,074 мм. Затем по методике, описанной в Примере 1, последовательно окомковывали пять навесок шлака по 5 г каждая на чашевом окомкователе, описанном в Примере 1. Окомкование проводили при добавке воды в различных опытах в процентах от массы шлака: 7; 10; 12; 15 и 20. Далее сырые окатыши подвергали испытаниям на сжатие (как в Примере 1). Результаты исследований представлены в таблице 2.
Таблица 2.
№ опыта
Крупность измельчения, мм
Количество добавляемой на окомкование воды, % от массы шлака
Количество добавляемой на окомкование воды, л
Прочность гранул, кг /на гранулу
1
0,074
7
0,35
15
2
0,074
10
0,50
29
3
0,074
12
0,60
30
4
0,074
15
0,75
31
5
0,074
20
1,0
25
Из данных таблицы 2 следует, что оптимальное количество добавляемой на окомкование воды составляет 10-15% от массы шлака.
Таким образом, лабораторные исследования подтверждают, что заявляемым способом получаются гранулы шлака, обладающие значительной прочностью и выдерживающие большие нагрузки, чем при использовании частиц крупностью более 0,1 мм.
В результате применения заявляемого способа получаются гранулы шлака, обладающие значительной прочностью, позволяющей осуществлять погрузочно-разгрузочные операции и транспортировку шлака к месту его переработки.