СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ШЛАКОВ ОТ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ Российский патент 2004 года по МПК C21C5/36 C22B7/04 

Изобретение относится к способу переработки шлаков от производства стали и, в частности, железосодержащих материалов, как, например, шлаки электропечей, конвертерные шлаки, пыли от производства стали, окалина прокатных станов или отходы металлургии вторичных металлов.

Способ вышеуказанного рода описывается, например, в Международной заявке WO 99/14381. В этом известном способе шлаки от производства стали вместе с железосодержащими материалами и главным образом вместе с рудной мелочью восстанавливают в ванне жидкого чугуна для получения таким образом допустимых с точки зрения охраны окружающей среды шлаков. Для этой цели, в частности, добавляют также SiO₂ для установления предпочтительной основности шлаков или Аl₂О₃, причем добавка железосодержащих материалов, как, например, рудной мелочи, служит в первую очередь для рационального использования такого рода трудно перерабатываемых и трудно восстанавливаемых с помощью обычных способов исходных веществ, чтобы повысить рентабельность способа. Обусловленная относительно незначительной теплопроводностью шлаков и примерно 1,5-2-кратной по сравнению с железом теплоемкостью, достигаемая теплопередача, соответственно, коэффициент дожигания, для рентабельности такого способа имеет существенное значение. В любом случае, однако, для такого рода переработки шлаков от производства стали в целях достижения допустимых с точки зрения охраны окружающей среды шлаков нужно принимать в расчет относительно высокий расход энергии.

Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является способ переработки шлаков от производства стали, известный из технической литературы, журнал Сталь №6, 1993, с.10-13.

Известный способ переработки заключается в следующем.

Отходы металлургического производства, содержащие железо, к которым относятся отходы, содержащие окислы железа и других металлов (шлаки, шламы, окалина), отходы вторичных металлов (металлоотсевов), пылевидные руды и флюсы смешивают между собой и расплавляют с получением железистого шлака требуемой основности, который подают на углеродсодержащую ванну жидкого чугуна и шлака. Температуру ванны расплава поддерживают в диапазоне 1600-1800°С путем воздушного дутья и подачи углерода. Затем осуществляют выпуск отдельно образовавшегося сплава, содержащего железо и другие металлы, и прореагировавшего шлака.

Вышеописанному способу переработки присущи недостатки ранее описанного уровня техники.

Техническим результатом изобретения теперь является усовершенствование способа вышеуказанного рода в том отношении, чтобы одновременно с переработкой шлаков получать ценное сырье, обеспечивающее рентабельность способа, несмотря на высокий расход энергии.

Заявленный технический результат достигается тем, что в способе переработки отходов металлургического производства, содержащих железо, включаем смешивание отходов, содержащих окислы железа и других металлов (шлаков, шламов, окалины), отходов вторичных металлов (металлоотсевов), пылевидных руд и флюсов, их расплавление с получением железистого шлака требуемой основности, его подачу в углеродсодержащую ванну жидкого чугуна и шлака, температуру которой поддерживают в интервале 1600-1800°С, выпуск отдельного образовавшегося сплава, содержащего железо и другие металлы, и прореагировавшего шлака, согласно изобретению, в качестве отходов, содержащих железо, используют жидкие шлаки от производства стали, а в качестве пылевидных руд - хромовые руды или хромсодержащие пыли или хром- и никельсодержащие пыли, смешиваемые в количестве, обеспечивающем основность железистого шлака от 1,2 до 1,6, при этом образующийся сплав содержит железо и хром. Благодаря тому, что используют хромовые руды или хромсодержащие пыли или хром- и никельсодержащие пыли, правда, в принципе существует опасность завышенного содержания оксида хрома в шлаке, что снова может вызывать серьезную проблему допустимости с точки зрения охраны окружающей среды таким образом переработанных шлаков от производства стали. Благодаря тому, что теперь, однако, работают при температурах ванны расплава выше 1600°С, неожиданно удается достичь конечного содержания хрома в шлаках намного ниже 500 ч/млн и одновременно хром из такого рода хромовых руд почти количественно перевести в используемую для восстановления ванну жидкого чугуна. Активность хрома в ванне жидкого чугуна снижается решающим образом за счет образования карбида хрома, для чего нужно, соответственно, иметь или формировать углеродсодержащую ванну жидкого чугуна. Содержание углерода в ванне жидкого чугуна при этом нужно поддерживать, по всем правилам, выше 3 вес.%, чтобы обеспечить протекание образования карбида хрома, так что не происходит никакого обратного ошлаковывания восстановленного оксида хрома. Конечные концентрации хрома в такого рода имеющейся углеродсодержащей ванне жидкого чугуна могут составлять вплоть до 60 вес.% хрома, так что высокоценный королек металла находится в форме так называемого феррохромкарбида (карбида железа и хрома), в котором доля углерода может составлять вплоть до 9 вес.%. Несмотря на требующийся высокий уровень температуры, рентабельность такого рода технологии обеспечивается на основании высокой ценности королька металла, причем таким образом образовавшийся промежуточный сплав, который можно использовать на заводе качественных сталей, возмещает суммарные затраты на энергию и издержки производства ставших, соответственно, допустимыми с точки зрения охраны окружающей среды шлаков.

Для предлагаемого согласно изобретению способа существенным является уровень температуры выше 1600°С, который можно обеспечивать только за счет соответствующего дожигания. Далее, нужно обеспечивать соответственно быстрый массообмен. Эти условия предпочтительным образом можно соблюдать благодаря тому, что через трубу для горячего воздуха на ванну расплава вдувают хромовые руды или хромсодержащие пыли или хром- и никельсодержащие пыли с размером частиц ниже 4 мм, предпочтительно 0,5-2 мм. Благодаря вдуванию хромовых руд с такого рода гранулометрическим составом вместе с потоком соответствующей скорости может возникать высокая турбулентность, вследствие чего ванна подвергается интенсивному воздействию. Полученная на основании гранулометрического состава большая относительная поверхность и большие сдвигающие усилия между отдельными фазами, и в особенности между газовой фазой, хромовыми рудами, расплавом шлаков и ванной расплавленного металла, приводят к соответственно высоким скоростям энергообмена и массообмена. Необходимый уровень температуры можно обеспечить простым образом благодаря тому, что используют горячий воздух с температурами 1200-1600°С.

Для обеспечения соответствующего дожигания, горячий воздух, предпочтительно, обогащают кислородом до содержания кислорода 25-40 вес %, причем может происходить преждевременное повышение вязкости шлака за счет прогрессирующего процесса восстановления, предпочтительно, благодаря смешению шлаков от производства стали с хромовой рудой в особом смесительном резервуаре. В такого рода смесительном резервуаре можно устанавливать соответствующую основность и температуру смешанных шлаков, причем смесь шлаков можно выпускать, например, с температурами, примерно, 1750°С и вводить в последующий агрегат для восстановления. При таких высоких температурах ввода шлаков в конвертер для восстановления можно даже отказаться от обогащения кислородом потока горячего воздуха.

Преимущественно здесь поступают так, что жидкие шлаки от производства стали и хромовые руды смешивают в шлаковом ковше и, в особенности, при использовании графитовых электродов подвергают электронагреванию и с температурами выше 1700°С, предпочтительно выше 1750°С, вводят в ванну жидкого чугуна, после чего ванну жидкого чугуна науглероживают и продувают горячий воздух. Для снижения начальной скорости восстановления, в этом случае ванна жидкого чугуна должна быть низкоуглеродистой и окисляться с помощью горячего воздуха, причем одновременно обеспечивается высокая температура ванны. Исходя из содержания углерода, например, 0,8-1,5 вес.% в ванне жидкого чугуна, необходимое для количественного отделения хрома содержание углерода устанавливают лишь впоследствии путем науглероживания ванны.

Для достижения особенно высокой допустимости с точки зрения охраны окружающей среды обработанных шлаков от производства стали, преимущественно, устанавливают основность в диапазоне 1,4-1,55.

Соответственно надежного перемешивания ванны достигают особенно простым образом благодаря тому, что горячий воздух вместе с хромовыми рудами, а также хромсодержащими и хром- и никельсодержащими пылями направляют на ванну расплава со скоростью потока выше 500 м/с, в особенности 700 м/с.

В качестве шлаков от производства стали в рамках предлагаемого согласно изобретению способа используют предпочтительно шлаки от производства высококачественной стали, однако, также в качестве исходного материала принимают в расчет шлаки кислородно-конвертерного процесса продувки сверху обычного чугуна, шлаки кислородно-конвертерного процесса донного рафинирования фосфористого чугуна, шлаки электропечей, а также отходы металлургии вторичных металлов. Хромовые руды, по крайней мере, частично можно заменять пылями с высоким содержанием хрома и никеля, причем в любом случае нужно минимизировать внесение фосфора.

В целом, предлагаемый согласно изобретению способ, при котором можно достигать в ванне содержания углерода вплоть до 9 вес.%, обладает тем преимуществом, что в значительной степени можно исключать обратное ошлаковывание хрома в шлаках, причем при температурах 1650°С наблюдается остаточное содержание оксида хрома в шлаках ниже 360 ч/млн.

Изобретение поясняется ниже подробно с помощью примера осуществления.

Шлак от производства стали

Компонент Доля (%)

СаО 52

SiO₂ 31

А1₂O₃ 3

FeO 4,5

Сr₂О₃ 9

CaO/SiO₂=1,67

смешивают с хромовой рудой нижеследующего состава:

Хромовая руда (Трансвааль)

Компонент Доля (%)

Сr₂О₃ 44,4

FeO 25,05

SiO₂ 8,2

MgO 5,3

А1₂O₃ 16,62

до тех пор, пока не будет достигнута целевая основность приблизительно 1,5. Хромовые руды, как правило, носят кислотный характер, так что за счет добавки хромовых руд можно устанавливать соответствующую основность.

Хромовую руду вдувают в расплав через трубопровод горячего газа, причем в качестве фактора, определяющего скорость всего процесса в целом, устанавливают скорость подачи руды. Само восстановление протекает в течение секунд и зависит лишь от кинетики растворения и вместе с тем от гранулометрического состава хромовых руд. Используют хромовую руду с гранулометрическим составом 0,5-2 мм, причем для достижения целевой основности примерно 1,5 (CaO/SiO₂) на 1 мас.ч. шлака от производства стали должно приходиться 0,442 мас.ч. хромовой руды. Полученный смешанный шлак состоит из 69,35 мас.% шлака от производства стали и 30,65 мас.% хромовой руды и имеет нижеследующий состав:

Смешанный шлак

Компонент Доля (%)

СаО 36

SiO₂ 24

Аl₂О₃ 7,2

FеО 10,8

Сr₂O₃ 19,85

MgO 1,63

CaO/SiO₂=1,5

Этот смешанный шлак непрерывно вносят в углеродсодержащую ванну жидкого чугуна и восстанавливают, после чего впоследствии получают шлак нижеследующего состава:

Компонент Доля (%)

СаО 52,3

SiO₂ 34,8

Аl₂O₃ 10,5

MgO 2,4

Из 1 т смешанного шлака получают 0,688 т такого рода целевого шлака. Одновременно образуется высокоценный королек металла нижеследующего состава:

Fe 35%

Cr 55%

С 8%

Такого рода феррохромкарбид (карбид железа и хрома) в будущем можно использовать непосредственно в качестве промежуточного сплава на заводе качественных сталей.

Для поддерживания необходимой температуры обработки шлака выше 1600°С в качестве предпочтительного шага необходимо добавить к потоку горячего воздуха угольной пыли и угля. Таким образом, с помощью очень дешевого термического угля, а также за счет добавки тяжелого масла или природного газа экономически можно улучшать энергобаланс.

Изобретение относится к способу переработки шлаков от производства стали и, в частности, железосодержащих материалов, как, например, шлаки электропечей, конвертерные шлаки, пыли от производства стали, окалина прокатных станов или отходы металлургии вторичных металлов, при котором жидкие шлаки от производства стали, соответственно, железосодержащий материал смешивают с хромовыми рудами или хром- и никельсодержащими пылями для установления основности шлаков 1,2-1,6, причем температуру ванны поддерживают выше 1600°С, главным образом в диапазоне 1600-1800°С, и вводят в углеродсодержащую ванну жидкого чугуна или формируют ее. Наряду с допустимым, с точки зрения охраны окружающей среды, шлаком можно получать высокоценный феррохромовый сплав, благодаря чему повышается рентабельность способа. 7 з.п. ф-лы.

1. Способ переработки отходов металлургического производства, содержащих железо, включающий смешивание отходов, содержащих окислы железа и других металлов (шлаков, шламов, окалины), отходов вторичных металлов (металлоотсевов), пылевидных руд и флюсов, их расплавление с получением железистого шлака требуемой основности, его подачу в углеродсодержащую ванну жидкого чугуна и шлака, температуру которой поддерживают в интервале 1600-1800°С, выпуск отдельно образовавшегося сплава, содержащего железо и другие металлы, и прореагировавшего шлака, отличающийся тем, что в качестве отходов, содержащих железо, используют жидкие шлаки от производства стали, а в качестве пылевидных руд - хромовые руды или хромсодержащие пыли или хром- и никельсодержащие пыли, смешиваемые в количестве, обеспечивающем основность железистого шлака от 1,2 до 1,6, при этом образующийся сплав содержит железо и хром.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что хромовые руды или хромсодержащие пыли или хром- и никельсодержащие пыли вдувают в ванну расплава в струе горячего воздуха с размером частиц менее 4 мм, предпочтительно 0,5-2 мм.3. Способ по п.2, отличающийся тем, что используют горячий воздух с температурой 1200-1600°С.4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что горячий воздух обогащают кислородом до содержания кислорода 25-40 вес.%.5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что основность железистого шлака обеспечивают в диапазоне 1,4-1,55.6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что хромовые руды или хромовые пыли или хром- и никельсодержащие пыли подают к расплаву в ванне в струе горячего воздуха со скоростью потока выше 500 м/с, предпочтительно 700 м/с.7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что содержание углерода в ванне жидкого чугуна выше 3 вес.%.8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что жидкий шлак от производства стали и хромовые руды смешивают в шлаковом ковше и электронагревают с помощью графитовых электродов до температуры выше 1700°С, предпочтительно выше 1750°С, после чего вводят в углеродсодержащую ванну жидкого чугуна и шлака.