1.4.3 Брикетирование пылей

В работе [74] для более эффективного использования такого

тонкодисперсного материала, как пыли, в металлургическом переделе

предлагается довести их до необходимой влажности и окусковать, т.к.

непосредственная подача в процесс сопряжена с большими потерями и

дополнительным пылеобразованием.

Наиболее доступным, изученным и технически подготовленным методом

утилизации является метод брикетирования. Простота и мобильность процесса,

возможность создания малотоннажного производства и сравнительно

небольшая энергоемкость выгодно отличают брикетирование от агломерации и

окомкования. Так же известно, что в сфере потребления брикеты дают

32

дополнительный эффект, обусловленный повышением производительности

металлургических печей, особенно по сравнению с насыпной шихтой,

экономией электроэнергии, тепла и т.д.

Связующие вещества являются определяющим фактором в создании

технологии брикетирования. Физико-химические, структурно-реологические,

адгезионные свойства связующих определяют выбор параметров

технологического процесса брикетирования, выход целых брикетов и их

механическую прочность. Выбор связующего определяется, помимо

обеспечения прочности брикетов, его доступностью, отсутствием как

возможного отрицательного влияния на ход технологического процесса, так и

примесей, способных ухудшить качество конечного продукта [75].

За рубежом традиционным и достаточно эффективным способом

окускования колошниковой пыли считают ее брикетирование и использование

в доменных печах. В частности в Германии одно из первых предприятий по ее

утилизации было введено еще в начале 60-х годов XX века. Брикеты из

колошниковой пыли и других железосодержащих отходов формовали на

вальцовых прессах. В качестве связующего использовали 50 % (масс.)

сульфитный щелок. Брикеты подвергали обжигу при температуре 600-900 0С в

атмосфере СО:СО2 = 3:1 [76].

Исходным требованием к брикетированному материалу является

заданный уровень механической прочности. Очевидно, прочность брикетов не

должна быть меньше прочности шихтовых материалов, используемых в

доменном производстве, в частности агломерата. Другим важным показателем

для брикетов является прочность на раздавливание. По данным [77] прочность

доменных брикетов на раздавливание должна составлять не менее 25 МПа. Эти

величины приняли в качестве минимально допустимых при оценке

механической прочности брикетов.

В процессе брикетирования большое значение имеет размер и состав

материала. Крупные материалы и материалы с низкими адгезионными

свойствами имеют неудовлетворительную брикетируемость. Колошниковая

пыль имеет пониженную брикетируемость, поскольку включает частицы

размером 2,5 мм и менее, часть из которых (топливо, агломерат) обладает

низкими адгезионными свойствами. Определяющее значение для прочности

брикетов имеет связующее. Оно должно обладать не только высокими

вяжущими свойствами, но и сохранять свою прочность при температурах 1200-

1250 0С, а также вносить минимальное количество примесей [76, с. 40].

Высокими вяжущими свойствами обладают органические связующие,

однако они выгорают или пиролизуются при средних температурах, либо

вносят значительное количество серы, а поэтому их ограничено используют в

брикетировании. Лучшие характеристики имеют минеральные связующие,

однако и они включают значительное количество балластных и вредных

примесей, включая щелочи, разрушающие кладку печи, и кремнезем, на

связывание и плавление которого необходим дополнительный расход извести

[76, с. 40].

33

В связующих – алюминиевый шлак и глиноземистый цемент связи

образуются за счет образования алюмокальциевых соединений типа

mAl2O3・nCaO・dH2O. Они обладают высокой прочностью даже при высоких

температурах, а глинозем при определенных условиях способствует

повышению текучести шлака. К недостаткам таких связующих можно отнести

их дефицитность и дороговизну [76, с. 40].

При применении в качестве связующего портландцемента связи

образуются за счет силикатов кальция типа SiO2・CaO・nH2O. Однако при

температурах 400-500 0С распадаются, а связующее разрушается, кроме того

они содержат большое количество SiO2. Гашеная известь – обладает высокой

связываемостью и флюсуемостью, а также дешевизной и распространенностью.

Основным ее недостатком является то, что при нагревании выше 570 0С она

разлагается и теряет прочность [76, с. 40-41].

Жидкое стекло mSiO2・nNa2O・dH2O обладает высокими вяжущими

свойствами, доступное и относительно недорогое. Упрочнение брикетов

происходит за счет образования прочных силикатов щелочей при удалении

гидратной влаги при нагревании. Основным недостатком является наличие

кремнезема и щелочи, по этой причине оно редко используется [76, с. 41].

Российскими специалистами запатентована технология [78],

заключающаяся в том, что смешивание жидкого стекла производят с нагретым

до заданной температуры материалом для совмещения в одном аппарате

перемешивания компонентов с одновременным испарением определенной

части воды из брикетируемой смеси, а точнее – из связующего. Окончательную

подготовку смеси к прессованию производят с продолжением перемешивания в

условиях, обеспечивающих дальнейшее испарение влаги и охлаждение ее до

заданной температуры. Подготовленная таким способом брикетная смесь при

ее последующем прессовании в валковых прессах обеспечивает высокий выход

(не менее 85-87 %) и прочность сырых брикетов. В зависимости от массы и

размера сырые брикеты выдерживают не менее 6-9 падений на стальную плиту

с высоты 1,5 м и прессующую нагрузку 0,2-0,6 кН/брикет. Последующее

упрочнение брикетов (прочность при прессовании возрастает до 1,5-2,0

кН/брикет) и их структурирование (упрочнение и приобретение

влагостойкости) протекает достаточно активно, что позволяет направлять

брикеты непосредственно в технологический цикл или накапливать их на

относительно небольших складах и осуществлять отгрузку товарных брикетов

потребителю через 1,5-2,0 сут. В других известных классических технологиях

брикетирования с жидким стеклом использование и отгрузку брикетов

осуществляют через 10-15 сут.

Одним из перспективных способов окускования мелких

железосодержащих материалов является брикетирование под давлением,

которое отличается от традиционных способов окускования экологической

безопасностью. Получаемые по этой технологии брикеты по металлургическим

свойствам полностью пригодны для использования в качестве компонента

шихты в доменных и сталеплавильных печах и вагранках. Такие брикеты

нетребовательны к хранению и образуют не более 5 % мелочи при перегрузках.

34

Применение железококсовых брикетов в шихте (100 % окатышей Лебединского

ГОКа) в доменной печи № 1 полезным объемом 700 м3 ОАО «Свободный

Сокол» при выплавке передельного и литейного чугунов в количестве 51,83

кг/т привело к повышению производительности печи на 92 т/сут. и

уменьшению расхода кокса на 6,14 кг/т чугуна [79].

Успешно внедрена технология брикетирования в Донском ГОКе АО

«ТНК «Казхром», обеспечивающая непрерывность производства брикетов,

обладающих достаточной механической прочностью для противостояния

динамическим и статическим нагрузкам, возникающим при перегрузках по всей

технологической цепочке – от получения и хранения у производителя до

поступления к потребителю, а также обладающих достаточными

влагостойкостью (устойчивы к действию атмосферных осадков) и

термопрочностью (не разрушаются при нагреве до температуры 950-1000 0С). В

качестве связующего используется жидкое стекло. В результате при

использовании хроморудных брикетов расход электроэнергии на 1 т снизился с

4196 до 3742,58 кВт·ч. С учетом металла из цеха переработки шлака при

долевом содержании в хроморудной навеске 68,9 % брикетов извлечение хрома

составило 87,37-90,56 %, что на 5,83-8,52 % выше, чем на базовом этапе [80].

Статья китайских ученых [81] посвящена гранулированию

металлургической пыли для прямого восстановления с использованием

связующего – негашеной извести в связи с ее высокой адгезионной

способностью. Гранулы смешивают с негашеной известью при влажности 9 %

в течение 2-х часов, затем прессуют 700 Н для подачи во вращающуюся печь.

Для поиска оптимальных механических свойств использован симплекс-метод.

По результатам принято содержание извести в диапазоне 5-10 %, бентонита 0-2

%.

Авторами [82] проведен анализ имеющихся технологий переработки Fe-

Zn-содержащих отходов в виде пыли и шламов:

- окускование отходов с получением из них окатышей или брикетов →

металлизация окатышей или брикетов в восстановительных агрегатах →

использование металлизованных окатышей или брикетов в горячем виде или

после охлаждения для выплавки чугуна или стали;

- окускование отходов с получением из них агломерата или брикетов →

проплавка агломерата или брикетов в доменных печах или специальных

вагранках с получением чугуна.

Обе схемы включают операцию предварительного окускования

утилизируемых Fe-Zn-содержащих дисперсных материалов с получением

брикетов, окатышей или агломерата. Общим для этих схем является также то,

что пыль, улавливаемая в системах газоочистки применяемых

восстановительных и плавильных агрегатов, по содержанию цинка пригодна

для дальнейшего использования в цветной металлургии.

Спекание хорошо подготовленных брикетированных смесей в шахтной

печи является одним из возможных способов утилизации пылей

электродуговой печи [83]. Одновременно некоторые оксиды металлов из

отработанных газов могут быть переведены в возгоны для извлечения (в

35

основном цинка). В результате получаются брикеты с высоким содержанием

железа, который можно использовать в процессе производства стали. В

качестве оптимальных связующих выбраны гашеная известь и патока.