Использование в доменной шихте металлсодержащих добавок из шлаковых отвалов

Структура техногенных образований зависит от вида и условий складирования отходов. На крупных металлургических комбинатах, например Магнитогорском, Нижнетагильском, «Уральская Сталь» (ОХМК), Челябинском («Мечел»), отвалы разделяют по видам производств: доменные и сталеплавильные шлаки и производственный мусор складируются отдельно. На малых заводах обычно устраивают общие отвалы, часто смешивая шлаки с мусором. При хранении отходов происходят процессы, изменяющие свойства исходной отвальной массы, химический, минеральный и гранулометрический составы, прочность, плотность и др.

По физико-технической оценке составляющие техногенных образований можно отнести к искусственно измененным связанным породам, пригодным для выемочно-погрузочных и транспортных работ. По степени связности они ближе к связно-сыпуче разрушенным породам. Гранулометрический состав техногенных образований зависит от вида шлака, способа уборки, первичной переработки, условий содержания и сроков хранения отвальной массы. В отвалах, где складируют шлак, минуя первичную переработку, преобладают крайние классы: >120 и < 10 мм. Здесь большое количество включений металла и негабаритного шлака.

Рисунок 1.2 - Количественно - качественная схема шлако - перерабатывающей установки

Процессы разработки техногенных образований на всех стадиях связаны с обработкой и перемещением больших объемов отвальной массы, поэтому их эффективность и экономическая целесообразность оправданы при максимальной механизации всех трудоемких работ. С точки зрения комплекса операций, входящих в производственные процессы разработки техногенных месторождений, их принимают аналогичными открытым горным работам. Поэтому при организации разработки отвалов целесообразно применять современные технологии и технологические процессы открытых горных работ.

Практически все виды продукции при переработке отвальных шлаков находят применение в различных отраслях производства и успешно конкурируют с природными материалами. Массовыми видами являются щебень, песок и щебеночно-песчаные смеси для дорожного строительства, оборотный и магнитный продукты и металлоконцентрат для доменного, сталеплавильного и литейного производств, удобрения и мелиоранты для сельского хозяйства. В меньших объемах из отвальных шлаков производятся абразивные материалы для струйной обработки поверхностей, зернистые материалы для фильтров и защитных покрытий для мягких кровельных материалов, наполнители и пигменты для шпатлевок, красок, мастик и линолеума и т.д.

2 Расчет доменной шихты

В последнее время, в связи с повышением стоимости шихтовых материалов, транспортных расходов, все более актуальными являются поиски заменителей компонентов железорудной шихты.

Это особенно важно для ОАО «Уральская сталь» (ОХМК), так как он удален на значительные расстояния от месторождений железных руд и ГОКов. А между тем, в непосредственной близости от ОХМК находятся отвалы железистых шлаков ООО «Южно - Уральской Горно-перерабатывающей компании» (ЮУГПК).

Особенно перспективными представляются высокие абразивные характеристики сталеплавильных шлаков, что позволяет прогнозировать целесообразность проведения дальнейших исследований с целью последующей организации производства абразивных материалов для струйной обработки поверхностей в судостроении (судоремонте), энергетике и других отраслях. Интересным представлялось бы в этом плане сотрудничество с инофирмами: поставка необходимого для подготовки производства абразивов оборудования с последующей оплатой поставки оборудования готовой продукцией.

2.1 Расчёт шихты с использованием металлоконцетрата

Химический состав чугуна, принимаемый на основании опытных данных представлен в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Состав чугуна

Содержание элементов, %
Si	Мп	Р	S	С	Fe
0,55	0,57	0,08	0,08	3,05	95,70

Расход сухого кокса без выноса составляет 434 кг.

Исходные данные для расчёта приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Химический состав шихтовых материалов доменной плавки с металлоконцентратом

Наименование		Химический состав, %
материала	Fe	FeO	SiO2	Al2O3	CaO	MgO	MnO	P	S	Cr2O3	TiO2	Fe2O3	W
металлоконцентрат	55,00	0,00	13,10	1,50	17,50	5,40	5,630	0,120	0,100	1,23	0,400	0,00	2,00
агломерат ОХМК	54,76	14,10	9,16	1,12	10,51	1,62	0,247	0,022	0,042	0,00	0,00	63,22	0,00
окатыши Лебединские	65,90	2,50	6,00	0,08	0,27	0,44	0,046	0,017	0,005	0,00	0,014	90,6	0,00
кокс (зола)	8,51	0,00	46,20	17,20	7,40	3,11	0,710	0,327	1,370	0,00	0,00	23,68	2,70

Определяется масса элементов в чугуне:

Мi = Мчугуна [ i ], (2.1)

где [ i ] - содержание в чугуне элементов (здесь и далее в долях единицы).

МFe чугуна = 1000 • 0,957 = 943,6 кг;

МMn чугуна = 1000 • 0,0057 = 5,7 кг ;

МSi чугуна 1000 • 0,0055 = 5,5 кг.

Расход рудной смеси:

а) масса золы кокса:

Мз. к. = Мкокса•[А]кокса, (2.2)

где [А]кокса - содержание в коксе золы, кг

Мз. к. = 434•0,104 = 45,10 кг;

б) вносится железа золой кокса:

МFe з.к. = Мз. к.•[Fe]з.к., (2.3)

где [Fe]з.к. - содержание железа в золе кокса, кг.

МFe з.к. = 45,1 • 0,0851 = 3,08 кг,

где 0,0851 - содержание железа в золе кокса, доли ед.;

в) в соответствии с составом шихтовых материалов и опытными данными выход шлака составляет 378 кг/т, с содержанием FeO 0,37 %;

г) переходит железа в шлак:

, (2.4)

МFe шлака = 378 • 0,0037 • 56/72 = 1,09 кг,

где 56 - атомная масса железа; 72 - молекулярная масса FeO;

д) должно быть внесено железа рудной смесью:

МFe р.с. = МFe чугуна + МFe шлака - МFe з.к., (2.5)

МFe р.с. = 957,0 + 1,09 - 3,8 = 957,3 кг;

е) расход рудной смеси:

, (2.6)

кг;

ж) расход рудной смеси с учётом выноса в колошник (принимаем вынос равным 2%, он определяется качеством шихтовых материалов, технологией доменной плавки и изменяется от 1 до 10%) составляет:

, (2.7)

кг.

Расчёт количества шлакообразующих приведён в таблице 2.3.

Мi р.с. = Mр.с.•[ i ]р.с., (2.8)

Мi з.к. = Mз.к.•[ i ]з.к.; (2.9)

Мi шлакообр. = Мi р.с. + Мi з.к.. (2.10)

Таблица 2.3 - Количество шлакообразующих

Материал	Количество, кг	SiO2	А12О3	СаО	MgO
		%	кг	%	кг	%	кг	%	кг
Руд. смесь	1668,38	28,26	160,3	2,71	19,3	28,28	175,7	7,46	38,60
Зола кокса	45,1	46,20	20,83	17,20	7,75	7,40	3,33	3,11	1,40
Итого	--	--	180,0		27,1		179,1		40,0

Израсходовано кремнезема на Si переходящий в чугун (по реакции SiO2 +2C = Si +2CO ):

, (2.11)

В шлак переходит кремнезема:

, (2.12)

= 180,0 - 11,79 = 168,21 кг.

Основность шлака:

, (2.13)

.

Количество серы в шлаке:

а) вносится серы материалами шихты:

МS шихты = Мр.с.•[S]шихте + Мкокса•[S]кокса, (2.14)

МS шихты = 1635,0 • 0,0002+434,0 • 0,0176 = 7,96 кг;

б) принимаем, что в шлак переходит 85% серы, т.е.:

МS шлака = МS шихты•0,85, (2.15)

МS шлака= 7,96 • 0,85 = 6,77 кг.

Количество МnО в шлаке:

а) поступает в печь марганца:

МMn = Мр.с.•[Mn]р.с. + Мз.к.•[Mn]з.к., (2.16)

МMn = 1154 • 0,00247+231 • 0,00046+311 • 0,0563+45,1 • 0,0071=12,67 кг;

б) степень восстановления марганца в зависимости от химического состава чугуна составляет 45-78%.

Степень восстановления марганца составляет:

, (2.17)

;

в) в шлак (в виде МnО) переходит марганца шихтовых материалов:

МMn в шлак = МMn - MMn чугуна - МMn в газ, (2.18)

МMn в шлак = 12,67 - 5,7 = 6,97 кг;

г) количество МnО в шлаке:

, (2.19)

Количество FeO в шлаке:

, (2.20)

Химический состав шлака предоставлен в таблице 2.4.

Пересчитываем полученный состав шлака на три компонента (СаО, SiO2 и Аl2О3), наносим этот состав шлака на соответствующие диаграммы (плавкости, вязкости и температур плавления) и проверяем физические свойства шлака.

Проверка содержания серы в чугуне:

МS в чугуне = МS шихты • S в чугун, (2.21)

МS в чугуне = 7,96 • 0,09 = 0,720 кг или 0,045%.

Содержание серы не выходит за допустимые пределы (в чугуне 0,05%).

Таблица 2.4 - Характеристика шлака

Компоненты шлака	Колличество
	кг	%
SiO2	168,21	40,20
Al2O3	27,10	7,13
CaO	179,10	40,20
MgO	40,00	9,72
MnO	6,97	1,62
FeO	1,40	0,37
S	6,77	0,76
Итого	429,60	100,00

Проверка содержания фосфора в чугуне:

МР в чугуне = Мр.с.•[P]р.с. + Мз.к.•[P]з.к., (2.22)

МР в чуг= 1154 • 0,00022 + 311 • 0,0012 + 231 • 0,00017 + 45,1 • 0,00327 = 0,8 кг или 0,07%.

Содержание фосфора не выходит за допустимые пределы (в чугуне 0,08%).

Окончательный состав чугуна (на величину разницы в содержании фосфора в окончательном и заданном составах изменить содержание углерода) приведен в таблице 2.5.

Таблица 2.5 - Химический состав полученного чугуна

Содержание элемента, %
Si	Mn	P	C	S	Fe
0,55	0,57	0,07	3,06	0,045	95,70

Расход влажного (2% Н2О) кокса с учётом выноса составит:

, (2.23)

Расход шихтовых материалов приведен в таблице 2.6.

Таблица 2.6 - Расход шихтовых материалов

Материалы	Без выноса и влаги	С выносом влажных
Кокс	434,0	451,0
Рудная смесь	1635,0	1668,38
Итого	2069,0	2119,38

Количество влаги шихтовых материалов и пыли, выносимых из доменной печи, равно:

Мвыноса = 2119,38 - 2069,0 = 50,38 кг. (2.24)

Расчетный состав доменной шихты чугуна и шлака с использованием металлоконцентрата на 1 тонну чугуна предоставлен в таблице 2.7.

Таблица 2.7 - Расчетный состав доменной шихты чугуна и шлака с применением металлоконцетрата на 1 тонну чугуна

Наименование		Вносит шихта, т
материала		Fe	SiO2	Al2O3	CaO	MgO	MnO	TiO2	P	Cr2O3	S
агломерат ОХМК		0,631	0,11	0,013	0,12	0,019	0,003	0,00	0,0003	0,00	0,000
окатыши Лебединские		0,15	0,014	0,001	0,00	0,001	0,000	0,000	0,0000	0,00	0,000
металлоконцентрат		0,17	0,041	0,005	0,054	0,02	0,009	0,0003	0,0004	0,020	0,000
кокс (зола)		0,004	0,02	0,008	0,003	0,00	0,00	0,00	0,0001	0,00	0,008
СУММА		0,957	0,18	0,027	0,177	0,04	0,012	0,0003	0,0008	0,020	0,008
Состав чугуна, %:	Si			0,55	Расход			кг/т	т
	Mn			0,57	материалов			чугуна	всего
	S			0,05	агломерат ОХМК			1154	1,154
	P Cr			0,08 0,23	окатыши Лебединские			231	0,231
Выход чугуна с подачи, т				1,0	металлоконцентрат		311	0,311
Расход SiO2 в чугун, т				0,01	известняк		0	0,0
Переходит SiO2 в шлак, т				0,15	кокс (зола)		451	0,451
Сумма окислов шлака, т				0,37
Выход шлака с подачи, т				0,38	Показатели работы доменной печи
Выход шлака, кг/т чугуна				378	Содержание железа в металлошихте, % 56,32
Состав шлака, %:	SiO2			40,2	Вынос колошниковой пыли , кг/т чугуна 31
	Al2O3		7,13	Дутье: расход, мі/мин 1950
	CaO			40,2	давление, ати	1,9
	MgO			9,72	температура,єС 1050
	FeO			0.37	Содержание кислорода в дутье, % 22,5
	MnO S			1,62 0,76	Колошниковый газ: давление, ати 1,05 температура, єС 180
Основность шихты,	CaO/SiO2		0,93	КИПО 0,575
Основность шлака:	CaO/SiO2		1,00	Производительность, т/сут 1751
Температура плавления шлака, оС		1340	Рудная нагрузка, т/т				3,38

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9