СПОСОБ ПИРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ КРАСНЫХ ШЛАМОВ Российский патент 2013 года по МПК C22B7/00 C21B3/04 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для эффективной переработки красных шламов, побочных продуктов производства глинозема.

Производство алюминия неизбежно вызывает образование и накопление большого количества красного шлама, побочного продукта процессов получения глинозема. Красный шлам - мелкодисперсное вещество, экологически вредный продукт, содержащий большое количество щелочи NaOH и до 50% влаги. Традиционными методами содержание влаги в красных шламах удается понизить лишь до 25%. Хранение красных шламов в специальных шламохранилищах требует значительных затрат, постоянного мониторинга состояния шламохранилищ и представляет серьезную опасность для окружающих территорий.

В то же время красные шламы содержат значительное количество оксидов железа (до 55%), сопоставимое с содержанием оксидов железа в железных рудах среднего качества. Кроме того, в красных шламах содержится значительное количество оксидов титана, довольно много глинозема Al₂O₃. Поэтому переработка красного шлама с извлечением его полезных компонентов, прежде всего железа, может быть экономически выгодной.

Широкомасштабная переработка красных шламов может производиться гидрометаллургическими и пирометаллургическими способами. Известные гидрометаллургические способы переработки красных шламов довольно сложны в исполнении, малопроизводительны, неизбежно приводят к образованию вторичных вредностей, а для полной и окончательной переработки шлама должны сочетаться с пирометаллургическими способами [1].

Пирометаллургические способы переработки красных шламов имеют ряд достоинств, главным из которых является возможность практически безотходной переработки шлама с получением товарной продукции, пользующейся спросом на рынке. К недостаткам пирометаллургических способов переработки красных шламов относятся необходимость использования теплоносителей для поддержания высокой температуры процесса и, главное, необходимость сушки красного шлама (понижения влажности до 10%) перед загрузкой в плавильный агрегат.

Известны способы переработки красных шламов путем добавления шлама в шихту для производства железорудного агломерата, используемого при выплавке чугуна в доменных печах [2, 3 и др.]. Эти способы предусматривают введение в шихту для производства агломерата небольшого количества красного шлама и не могут решить проблемы широкомасштабной переработки красного шлама. Кроме того, весьма сложной и дорогой является доставка красного шлама из хранилищ к местам размещения аглофабрик заводов черной металлургии.

Известны способы, предусматривающие утилизацию красных шламов двухстадийным процессом [1, 4 и др.]. В таком случае для переработки шламов предусмотрены два агрегата. В первом агрегате (обычно это вращающаяся барабанная печь) осуществляется твердофазное восстановление железа из красного шлама. Во втором плавильном агрегате осуществляются довосстановление железа и разделение металлической и шлаковой составляющих металлизованного в первом агрегате продукта. Эти способы имеют серьезные недостатки, ограничивающие возможность их широкого промышленного применения:

- перед металлизацией в первом агрегате красный шлам необходимо окомковать, получив окатыши, такой процесс дорог и малопроизводителен;

- агрегат для твердофазного восстановления железа из красного шлама имеет большие размеры и малую производительность;

- трудно согласовать работу агрегата твердофазного восстановления и плавильного агрегата.

Известны способы [5-9], предусматривающие переработку шихты, содержащей красный шлам, в одном агрегате, который используется сначала как агрегат для твердофазного восстановления железа из шихты, а затем как плавильный агрегат для разделения полученных металла и шлака. Общими недостатками этих способов являются:

- сложная технологическая схема переработки шихты, содержащей красный шлам, трудноосуществимая в реальных промышленных условиях;

- низкая производительность предлагаемых процессов переработки красных шламов;

- полное отсутствие сведений о предполагаемой схеме сушки красного шлама, в то время как использование влажного красного шлама в предлагаемых способах невозможно без понижения влажности красного шлама хотя бы до 10%.

Указанные недостатки почти полностью исключают возможность эффективной практической реализации предлагаемых способов переработки красного шлама в промышленных условиях.

Известен [8] способ переработки красного шлама глиноземного производства (патент RU 2245371), выбранный заявителем в качестве ближайшего аналога заявленного способа.

В известном способе, включающем подготовку порции шихты, содержащей красный шлам и углеродистый восстановитель, нагрев шихты в плавильном агрегате до температуры твердофазного восстановления железа, твердофазное восстановление оксидов железа в шихте углеродистым восстановителем и насыщение железа в подготовленной шихте углеродом, плавку восстановленной шихты с получением металлической фазы в виде чугуна и шлаковой фазы в виде первичного шлака, отделение чугуна от первичного шлака в полученном расплаве, нагретом до 1400°C, восстановление кремния и титана из содержащихся в первичном шлаке оксидов алюминием, удаление чугуна и первичного шлака из плавильного агрегата, предусмотрена добавка к красному шламу при подготовке порции шихты концентрата титаномагнетитовой руды, содержащего от 1 до 15% титана, а также дополнительного количества углеродистого восстановителя и прочих материалов. После отделения в плавильном агрегате первичного шлака от металла чугун нагревают до 1500-1550°C, добавляют в него содержащий оксид железа продукт, из которого восстанавливают железо углеродом чугуна для перевода чугуна в сталь с получением вторичного шлака. Затем основную часть стали удаляют из плавильного агрегата, вторичный шлак добавляют к первичному, из которых кремний и титан переводят в остаток стали в плавильном агрегате восстановлением алюминием с получением насыщенного алюминием (очевидно, оксидом алюминия) конечного шлака и лигатуры, содержащей железо, титан, кремний. Основную часть лигатуры удаляют из плавильного агрегата, после удаления конечного шлака титан и кремний остатка лигатуры окисляют и следующую порцию восстановленной шихты подают в шлаковую фазу, образованную после перевода остатка лигатуры в сталь.

Кроме того, подготовку шихты, содержащей концентрат титаномагнетитовой руды, углеродистый восстановитель и добавки, выполняют окомкованием. В качестве добавок используют измельченные известняк и бентонит. В дальнейшем в качестве продукта, содержащего оксид железа, используют красный шлам, или титаномагнетитовый концентрат, или железную окалину прокатного и кузнечного производства, или железную руду.

Кроме того, насыщенный оксидом алюминия конечный шлак удаляют из агрегата после освобождения от лигатуры центральной части пода плавильного агрегата, осуществляемого путем вращения электромагнитным полем остатков лигатуры.

Кроме того, перевод в шлаковую фазу титана и кремния остатка лигатуры осуществляют путем продувки воздухом и/или кислородом, подаваемым через расходуемые железистые трубки.

Следующую порцию восстановленной шихты подают в шлаковую фазу, образованную после перевода остатков лигатуры в сталь, которую вращают в плавильном агрегате электромагнитным полем.

Кроме того, после восстановления алюминием кремния и титана из первичного и добавленного вторичного шлаков вновь образованный конечный шлак охлаждают и выделяют из него оксид алюминия путем его перевода в жидкую фазу содовым выщелачиванием с образованием осадка, содержащего кальций и редкоземельные металлы. Осадок обрабатывают соляной кислотой с получением осадка, содержащего концентрат редкоземельных металлов.

Известный способ переработки красного шлама глиноземного производства имеет следующие недостатки:

- не содержит сведений или рекомендаций по организации процесса сушки красного шлама, без которой невозможна пирометаллургическая переработка красного шлама;

- осуществлять твердофазное восстановление железа из шихты в плавильном агрегате нерационально, потому что такой агрегат конструктивно не приспособлен для твердофазного восстановления и производительность плавильного агрегата при выполнении этой операции будет очень низкой;

- восстанавливать кремний и титан из первичного шлака алюминием очень дорого, тем более учитывая тот факт, что в дальнейшем технология, рекомендуемая известным способом, приводит к окислению из чугуна восстановленных кремния и титана;

- получение стали нужного состава из чугуна в плавильном агрегате путем окисления углерода добавками материалов, содержащих оксиды железа, трудный и малопроизводительный процесс, особенно, если учитывать наличие в чугуне восстановленных из первичного шлака кремния и титана, которые неизбежно будут окисляться раньше углерода чугуна;

- добавлять вторичный шлак в плавильном агрегате к первичному шлаку (неизвестно, где находился такой шлак, ранее удаленный из плавильного агрегата) невыгодно, так как в этом случае пригодный для получения высокоглиноземистого цемента первичный шлак с низким содержанием оксидов кремния и титана смешивается с вторичным шлаком, содержащим большое количество оксидов кремния и титана;

- способ не поясняет, каким образом в последующем цикле производства восстановленную шихту (где ее восстанавливали, в другом агрегате?) подают в шлаковую фазу, образованную после перевода остатка лигатуры в сталь;

- получать из чугуна сталь выгоднее в сталеплавильном агрегате, смешивая чугун с ломом;

- в целом известный способ очень сложен.

Технологически и организационно он не позволяет решить проблему массовой и экономически выгодной переработки красных шламов.

Предлагаемый способ пирометаллургической переработки красных шламов решает задачу создания процесса высокопроизводительной и эффективной переработки красных шламов.

Техническим результатом предлагаемого способа пирометаллургической переработки красных шламов является устранение недостатков ближайшего аналога, а именно:

- создание эффективной и высокопроизводительной технологии сушки красного шлама;

- создание высокопроизводительного непрерывного одностадийного процесса переработки красных шламов;

- организация экономичного и высокопроизводительного процесса жидкофазного восстановления железа в гарнисажном плавильном агрегате;

- исключение дорогостоящих сложных и повторяющихся операций довосстановления алюминием шлака, восстановленного предварительно углеродом;

- решение проблемы массовой и экономичной переработки красных шламов.

Технический результат достигается тем, что в способе пирометаллургической переработки красных шламов, включающем плавление красного шлама в топливокислородном гарнисажном плавильном агрегате, восстановление железа углеродистым восстановителем, раздельный выпуск полученных металла и шлака, согласно изобретению переработка красного шлама, осуществляемая в одну стадию, дополнительно включает нагрев и сушку шлама в сушильном устройстве до влажности 6-10% теплом отходящих из плавильного агрегата газов с температурой 1750-1850°C, в сушильное устройство к влажному красному шламу добавляют 3-6% от массы шлама отходов производства извести, содержащих %:

СаО 12-15 SiO₂ 15-19 Al₂O₃ 4-5 Fe₂O₃ 1,5-2,0 СаСО₃ 56-62

Высушенный красный шлам герметичным загрузочным устройством загружают из сушильного устройства на расплавленный шлак, полученный при переработке шлама, нагретый до 1640-1680°C, со скоростью 1,2-1,4 тонны на 1 м² зеркала расплавленного шлака в час, восстановление железа из расплавленной шихты производят углеродсодержащими материалами, загружаемыми на шлак в количестве, обеспечивающем содержание оксидов железа в восстановленном конечном шлаке в пределах 3-5%, раздельный слив продуктов плавки осуществляют непрерывно или периодически, поддерживая колебания уровня расплава в плавильном агрегате не более чем на 200-300 мм за счет изменения скорости слива и количества продуктов плавки.

Кроме того, монооксид углерода СО отходящих из плавильного агрегата газов используют для частичного твердофазного восстановления железа.

Кроме того, корректируют содержание оксидов железа в восстановленном шлаке, изменяя количество газообразного кислорода, подаваемого в топливокислородные горелки при неизменном расходе углеродистого восстановителя.

Кроме того, плавление и нагрев шихтовых материалов, загружаемых в плавильный агрегат, осуществляют за счет тепла, получаемого при окислении введенных в необходимом количестве углеродистых материалов газообразным кислородом, вдуваемым в плавильный агрегат со сверхзвуковой скоростью водоохлаждаемыми фурмами.

Кроме того, высушенный красный шлам вдувают инжекторами в расплав, находящийся в плавильном агрегате.

Кроме того, переработку красных шламов осуществляют в топливокислородном гарнисажном плавильном агрегате непрерывного действия с охлаждением металлического корпуса агрегата жидкометаллическим теплоносителем.

Кроме того, 35-45% используемого углеродистого восстановителя загружают в сушильный агрегат вместе с красным шламом.

Кроме того, восстановленный низкожелезистый шлак сливают из плавильного агрегата в дуговую печь с углеродистой футеровкой ванны и методом углетермического восстановления получают из него комплексный сплав Fe-Si-Al-Ti и алюмокальциевый шлак.

Осуществление переработки красного шлама в одну стадию позволяет значительно повысить производительность плавильного агрегата и упростить технологию переработки.

Нагрев и сушка красного шлама до влажности 6-10% теплом отходящих из плавильного агрегата газов с температурой 1750-1850°C дает возможность безопасно перерабатывать шлам, не опасаясь взрыва при попадании влажного шлама в расплавленный нагретый шлак, а также существенно повысить тепловой КПД агрегата. Сушка красного шлама до влажности менее 6% вызывает снижение производительности сушильного устройства и потребует существенного увеличения размеров и, соответственно, стоимости сушильного устройства. Содержание влаги в загружаемом красном шламе более 10% может привести к взрыву при его переработке в плавильном агрегате.

При температуре отходящих из плавильного агрегата газов менее 1750°C, а следовательно, и такой же температуре газов в рабочем пространстве плавильного агрегата над расплавом возможны затруднения с нагревом шлакового расплава и снижение скорости и полноты восстановления железа из расплавленного шлама.

Получение температуры отходящих газов более 1850°C требует повышенного расхода топлива и кислорода, а также увеличивает тепловые потери агрегата через корпус.

Использование монооксида углерода СО отходящих газов для частичного твердофазного восстановления железа в процессе нагрева и сушки красного шлама позволяет уменьшить расход углеродистого восстановителя и увеличить производительность плавильного агрегата, перерабатывающего красный шлам.

Добавка перед загрузкой в сушильное устройство к влажному красному шламу 3-6% от массы шлама отходов производства извести, содержащих, %: 12-15 СаО, 15-19 SiO₂, 4-5 Al₂O₃, 1,5-2,0 Fe₂O₃, 56-62 СаСО₃, приводит к облегчению процесса сушки шлама, уменьшению выноса пыли из сушильного устройства и некоторому снижению температуры плавления восстановленного конечного шлака процесса и, соответственно, повышению его жидкотекучести.

Добавка отходов производства извести в количестве менее 3% от массы красного шлама не дает достаточного (должного) эффекта.

Добавка отходов производства извести в количестве более 6% заметно снижает производительность плавильного агрегата и ухудшает механические свойства затвердевшего конечного шлака в результате повышения его основности.

Загрузка высушенного красного шлама из сушильного устройства в плавильный агрегат на расплавленный шлак, полученный при переработке шлама, нагретый до 1640-1680°C, со скоростью 1,2-1,4 тонны на 1 м² зеркала расплавленного шлака в час обеспечивает наиболее высокую скорость проплавления шлама и восстановления из него железа.

При нагреве расплавленного шлака до температуры менее 1640°C снижаются скорость плавления загружаемого шлама и скорость и полнота восстановления железа, что приводит к снижению производительности плавильного агрегата и ухудшению показателей процесса переработки красного шлама.

При нагреве расплавленного шлака до температуры выше 1680°C увеличиваются тепловые потери агрегата и расход топлива на осуществление процесса. При этом не происходит заметного улучшения показателей процесса за счет увеличения скорости и полноты восстановления железа, так как возрастают потери железа за счет испарения в зоне контакта факелов топливокислородных горелок с расплавом.

При загрузке высушенного красного шлама (шихты) в плавильный агрегат на расплавленный шлак со скоростью менее 1,2 тонны на 1 м² зеркала расплава снижается производительность агрегата, возможны перегрев шлака и увеличение тепловых потерь плавильного агрегата.

При скорости загрузки шихты более 1,4 тонны на 1 м² зеркала расплава загруженная шихта не успевает полностью расплавиться и нагреться до необходимой температуры. Это приводит к снижению температуры шлакового расплава, уменьшению скорости восстановления железа, затрудняет отделение капелек восстановленного железного сплава от шлака и ухудшает показатели процесса переработки красного шлама.

Загрузка на шлак углеродсодержащих материалов для восстановления железа в таком количестве, чтобы содержание оксидов железа в восстановленном конечном шлаке находилось в пределах 3-5%, увеличивает скорость процесса переработки красного шлама и позволяет получать конечный шлак с высокими механическими свойствами, пригодный для производства строительных материалов и шлаколитых изделий.

Содержание оксидов железа в восстановленном конечном шлаке менее 3% не позволяет получать необходимые высокие механические свойства шлака и снижает производительность процесса переработки шлама.

Содержание оксидов железа в конечном шлаке более 5%, хотя и обеспечивает получение необходимых механических свойств шлака, приводит к ухудшению показателей процесса переработки шлама в результате уменьшения выхода восстановленного железа в виде чугуна (уменьшает выход годного чугуна из перерабатываемого шлама).

Корректировка содержания оксидов железа в восстановленном конечном шлаке путем изменения количества кислорода, подаваемого в топливокислородные горелки, при неизменном расходе углеродистого восстановителя упрощает технологию, позволяет быстро и эффективно получать конечный шлак нужного состава с нужными свойствами.

Осуществление раздельного слива продуктов плавки (чугуна и конечного шлака) непрерывно или периодически с такой скоростью и в таком количестве, чтобы при этом уровень расплава в плавильном агрегате колебался не более, чем на 200-300 мм, позволяет увеличить стойкость огнеупорной футеровки металлической ванны и гарнисажа в шлаковой зоне плавильного агрегата, что приводит к улучшению показателей процесса переработки шлама.

Колебание (снижение) уровня расплава в плавильном агрегате при выпуске продуктов плавки на величину более 300 мм приводит к опусканию значительного количества шлака в металлическую ванну и ускорению износа огнеупорной футеровки металлической ванны.

Снижение уровня расплава в плавильном агрегате при выпуске продуктов плавки на величину менее 200 мм возможно лишь при очень малой скорости выпуска и малом количестве сливаемых продуктов плавки. Такой вариант невыгоден, потому что он снижает производительность агрегата и уменьшает температуру продуктов плавки в разливочных ковшах.

Осуществление процессов плавления и нагрева шихтовых материалов, загружаемых в плавильный агрегат за счет тепла, получаемого при окислении введенных твердых углеродистых материалов газообразным кислородом, вдуваемым в плавильный агрегат со сверхзвуковой скоростью водоохлаждаемыми фурмами, позволяет заменить сравнительно дорогое и в некоторых местах дефицитное топливо - природный газ, более дешевыми и недефицитными материалами: каменным или бурым углем, а также углеродсодержащими отходами. Это дает возможность использовать предлагаемое изобретение в местностях, где нет природного газа, и уменьшить стоимость переработки красного шлама.

Вдувание высушенного красного шлама инжекторами в расплав, находящийся в плавильном агрегате, позволяет упростить схему загрузки шлама в агрегат и уменьшить капитальные затраты на сооружение агрегата по переработке красного шлама.

Осуществление переработки красных шламов в топливокислородном гарнисажном плавильном агрегате непрерывного действия с охлаждением металлического корпуса жидкометаллическим теплоносителем позволяет иметь необходимые высокую температуру расплава, ускорять протекание реакции восстановления железа из расплава, облегчает разделение шлаковой и металлической фаз в рабочем пространстве агрегата, гарантирует образование шлакового гарнисажа на рабочей поверхности корпуса и обеспечивает возможность длительной непрерывной работы без остановки агрегата для ремонта футеровки рабочего пространства.

Загрузка 30-45% используемого углеродистого восстановителя в сушильный агрегат вместе с красным шламом обеспечивает ускорение сушки шлама за счет дополнительного прихода тепла при частичном окислении восстановителя, усиливает протекание твердофазного восстановления железа и позволяет повысить производительность плавильного агрегата.

Загрузка менее 30% используемого углеродистого восстановителя в сушильный агрегат дает лишь незначительное увеличение скорости сушки красного шлама.

Загрузка более 45% используемого углеродистого восстановителя в сушильный агрегат, хотя и увеличивает скорость сушки шлама, приводит к уменьшению суммарного теплового КПД процесса переработки красного шлама за счет существенного увеличения тепловых потерь с отходящими из сушильного агрегата газами, а также усложняет процесс очистки отходящих газов.

Слив восстановленного конечного низкожелезистого шлака из плавильного агрегата в дуговую печь с углеродистой футеровкой ванны и получение из него при высокой температуре методом углетермического восстановления комплексного сплава Fe-Si-Al-Ti и алюмокальциевого шлака позволяют организовать безотходную переработку красного шлама с получением пользующихся спросом товарных продуктов: чугуна в плавильном агрегате, комплексного сплава Fe-Si-Al-Ti и алюмокальциевого шлака в дуговой печи. В этом случае при переработке красного шлама не производятся никакие вторичные промышленные отходы и существенно снижаются удельные эксплуатационные расходы на производство товарной продукции.

Сущность заявленного способа поясняется технологической схемой.

На фиг.1 приведена технологическая схема осуществления заявляемого способа пирометаллургической переработки красных шламов.

Способ пирометаллургической переработки красных шламов осуществляется следующим образом.

В сушильный агрегат 1 загружают красный шлам влажностью не более 25%, к которому добавлены отходы производства извести в количестве 3-5% от массы шлама. В плавильный агрегат 2 загружают через загрузочное отверстие 3 в корпусе легкоплавкие отходы черных металлов (чугунную и стальную стружку, чушковый чугун, мелкую стальную обрезь). Включают топливокислородные горелки 4 и наплавляют жидкую металлическую ванну, чтобы предохранить огнеупорную футеровку металлической ванны от разрушения перегретым шлаковым расплавом. В процессе наплавления металлической ванны отходящие через загрузочное отверстие 3 из плавильного агрегата с температурой 1750-1850°C газы проходят через сушильный агрегат, в результате влажность красного шлама снижается до 6-10%, в зоне высоких температур в сушильном агрегате СО отходящих газов производит частичное твердофазное восстановление железа. После наплавления металлической ванны герметичным дозирующим загрузочным устройством 5 высушенная шихта загружается в плавильный агрегат сначала на металлический, а затем и на образовавшийся шлаковый расплав со скоростью 1,2-1,4 т на 1 м² зеркала расплава в час.

Для восстановления железа и его науглероживания из полученного шлакового расплава на шлак, нагретый до 1640-1680°C, через загрузочное отверстие 3 загружают углеродсодержащие материалы в таком количестве, чтобы содержание оксидов железа в восстановленном конечном шлаке находилось в пределах 3-5%. При необходимости содержание оксидов железа в восстановленном конечном шлаке корректируют при неизменном расходе углеродистого восстановителя, изменяя количество кислорода, подаваемого в топливокислородные горелки 4, капельки восстановленного железа оседают из шлакового расплава 6 в металлическую ванну 7, науглероживаясь в процессе прохождения через шлаковый расплав. При этом уровень металла в металлической ванне увеличивается. По мере накопления в плавильном агрегате полученный жидкий чугун и восстановленный конечный шлак раздельно сливают из плавильного агрегата через леточные устройства 8, 9 в чугуноразливочные 10 и шлакоразливочные ковши 11 с такой скоростью и в таком количестве, чтобы при этом уровень расплава в плавильном агрегате колебался не более чем на 200-300 мм. Это позволяет повысить стойкость огнеупорной футеровки металлической ванны, повысить производительность процесса переработки красного шлама.

Часть или весь высушенный шлам может вдуваться в шлаковый расплав инжекторами 12, этими же инжекторами в расплав вдувается пыль, уловленная в газоочистке 13. Часть (30-45%) используемого углеродистого восстановителя может загружаться в сушильное устройство для ускорения сушки шихты и улучшения технико-экономических показателей процесса переработки красного шлама.

Предлагаемый способ переработки красных шламов осуществляют в топливокислородном гарнисажном плавильном агрегате 2 непрерывного действия, корпус которого охлаждается жидкометаллическим теплоносителем с целью увеличения срока непрерывной работы плавильного агрегата и уменьшения расхода огнеупоров. При отсутствии природного газа плавление и нагрев шихтовых материалов, загружаемых в плавильный агрегат, осуществляют за счет тепла, получаемого при окислении твердых углеродсодержащих материалов, введенных через загрузочное отверстие 3, газообразным кислородом, вдуваемым в плавильный агрегат со сверхзвуковой скоростью водоохлаждаемыми фурмами 4.

С целью улучшения экономических показателей процесса восстановленный конечный низкожелезистый шлак сливают из плавильного агрегата в дуговую печь с углеродистой футеровкой ванны и при высокой температуре методом углетермического восстановления получают из него комплексный сплав Fe-Si-Al-Ti и алюмокальциевый шлак.

Примеры конкретного осуществления, подтверждающие возможность внедрения в производство предложенного способа

Пример 1

В нагревательную лабораторную печь ставили тигли с шихтой разного состава в соответствии с предложенным способом (по 300 г красного шлама влажностью 25% в составе шихты), делали выдержку 90 с, затем доставали тигли с шихтой из печи и определяли содержание влаги в шихте по убыли массы. Проводили по 3 опыта каждого варианта. Результаты лабораторных опытов приведены в таблице 1.

Таблица 1 Состав шихты Температура в печи, °C Время выдержки тиглей, с Конечное содержание влаги, % Красный шлам 1200 90 10,8 Красный шлам и отходы производства извести 1200 90 6,5 Красный шлам, отходы производства извести и часть углеродистого восстановителя 1200 90 6,1

Приведенные результаты свидетельствуют об ускорении процесса сушки шихты при добавке в красный шлам небольшого количества отходов производства извести или отходов производства извести и небольшого количества углеродистого восстановителя.

Пример 2

В дуговой сталеплавильной печи ДС 1,5 вместимостью 1,5 т с диаметром ванны 1,5 м и площадью поверхности расплава 1,76 м² проплавляли шихту, состоящую из сухого красного шлама (влажность 9,5%), добавок отходов извести и необходимого количества углеродистого восстановителя - коксика, одинакового для всех плавок. Плавки проводили с различной температурой расплава и разной скоростью загрузки шихты в печь.

Результаты опытных плавок приведены в таблице 2.

Таблица 2 № плавки Температура расплава, °С Количество проплавленной шихты Скорость загрузки шихты, т/м² зеркала расплава в час Конечное содержание оксидов железа в шлаке, % 1 1600 1,06 1,2 6,4 2 1600 1,76 2,0 7,5 3 1680 1,14 1,3 4,0 4 1670 1,76 2,0 6,1

Приведенные в таблице 2 результаты опытных плавок по переработке красного шлама подтверждают влияние температуры расплава и скорости загрузки шихты на скорость и полноту восстановления железа из красного шлама, а также эффективность параметров процесса, предложенного предлагаемым способом.

Пример 3

Возможность нагрева и расплавления шихты за счет тепла, выделяющегося при окислении углеродистых материалов, загружаемых в плавильный агрегат, газообразным кислородом, вводимым в рабочее пространство водоохлаждаемыми фурмами, подтверждена результатами полупромышленных и промышленных экспериментов, описанными в [10, 11].

Литература

1. Л.И.Леонтьев, Н.А.Ватолин, С.В.Шаврин, Н.С.Шумаков. Пирометаллургическая переработка комплексных руд. - М.: «Металлургия». 1997. - 432 с.

2. АС СССР SU 1770412 A1. Заявитель: Запорожский индустриальный институт. Авторы: А.И.Амосенок, Н.Ф.Колесник, С.С.Кудиевский.

3. Патент RU 2016099 C1. Способ получения железорудного агломерата. Авторы: Петров С.И., Утков В.А., Быткин В.Н., Крымов Г.П., Бастрыга И.М., Николаев С.А. Патентообладатель: ОАО «Всероссийский алюминиево-магниевый институт».

4. АС СССР SU A1. Заявитель: Институт металлургии Уральского научного центра АН СССР. Авторы: В.А.Киселев, Л.И.Леонтьев, Г.Н.Кожевников, Л.И.Пермякова.

5. Патент RU 2086659 C1. Способ переработки железоглиноземистого сырья. Авторы: Буркин С.П., Логинов Ю.Н., Коршунов Е.А., Жуков С.С., Щипанов А.А., Налесник В.М. Патентообладатель: Акционерное общество закрытого типа «Белый соболь».

6. Патент RU 2179590 C1. Способ утилизации красного шлама - отхода глиноземного производства. Автор: Щукин B.C. Патентообладатель: Щукин B.C.

7. Патент RU 2165461 C2. Способ производства чугуна и шлака. Авторы: Коршунов Е.А., Смирнов Л.А., Буркин С.П., Тарасов А.Г., Логинов Ю.Н., Сарапулов Ф.Н. Патентообладатель: ОАО «Уральский институт металлов».

8. Патент RU 2245371 C2. Способ переработки красного шлама глиноземного производства. Авторы: Коршунов Е.А., Буркин С.П., Логинов Ю.Н., Логинова И.В., Андрюкова Е.А., Третьяков B.C. Патентообладатель: Общество с ограниченной ответственностью Фирма «ДАТА-ЦЕНТР».

9. Патент RU 2356955 C2. Авторы: Первушин Н.Г., Первушина В.П. Патентообладатель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский государственный технический университет - УПИ имени Б.Н.Ельцина».

10. В.А.Кудрин. Теория и технология производства стали. М.: «Мир». 2003-528 с.

11. Процесс РОМЕЛТ. Под редакцией В.А.Роменца. М.: «МИСиС». Издательский дом «Руда и металлы» 2005. 400 с.

Изобретение относится к пирометаллургической переработке красных шламов. Красный шлам плавят в топливокислородном гарнисажном плавильном агрегате, восстанавливают железо углеродистым восстановителем и раздельно выпускают полученные металл и шлак. Дополнительно нагревают и сушат шлам в сушильном устройстве до влажности 6-10% теплом отходящих из плавильного агрегата газов с температурой 1750-1850°C с добавлением к влажному шламу 3-6% от массы шлама отходов производства извести. Высушенный шлам герметичным загрузочным устройством загружают из сушильного устройства на расплавленный шлак, нагретый до 1640-1680°C, со скоростью 1,2-1,4 тонны на 1 м² зеркала расплавленного шлака в час. Восстановление железа из расплавленной шихты производят углеродсодержащими материалами, загружаемыми на шлак в количестве, обеспечивающем содержание оксидов железа в восстановленном конечном шлаке в пределах 3-5%. Раздельный слив продуктов плавки осуществляют непрерывно или периодически, поддерживая колебания уровня расплава в плавильном агрегате не более, чем на 200-300 мм путем изменения скорости слива и количества продуктов плавки. Обеспечивается создание высокопроизводительного непрерывного одностадийного процесса переработки красных шламов и упрощение процесса переработки. 7 з.п. ф-лы, 3 пр., 2 табл.

1. Способ пирометаллургической переработки красных шламов, включающий плавление красного шлама в топливокислородном гарнисажном плавильном агрегате, восстановление железа углеродистым восстановителем, раздельный выпуск полученных металла и шлака, отличающийся тем, что шлам дополнительно нагревают и сушат до влажности 6-10% теплом отходящих из плавильного агрегата газов с температурой 1750-1850°C, перед сушкой в сушильное устройство к влажному шламу добавляют 3-6% от массы шлама отходы производства извести, содержащие, %:
CaO 12-15 SiO₂ 15-19 Al₂O₃ 4-5 Fe₂O₃ 1,5-2,0 CaCO₃ 56-62

высушенный шлам герметичным загрузочным устройством загружают из сушильного устройства на расплавленный шлак, полученный при переработке шлама, нагретый до 1640-1680°C, со скоростью 1,2-1,4 т на 1 м² зеркала расплавленного шлака в час, восстановление железа из расплавленной шихты производят углеродсодержащими материалами, загружаемыми на шлак в количестве, обеспечивающем содержание оксидов железа в восстановленном конечном шлаке в пределах 3-5%, раздельный слив продуктов плавки осуществляют непрерывно или периодически, поддерживая колебания уровня расплава в плавильном агрегате не более чем на 200-300 мм путем изменения скорости слива и количества продуктов плавки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что монооксид углерода CO отходящих из плавильного агрегата газов используют для частичного твердофазного восстановления железа.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что корректируют содержание оксидов железа в восстановленном шлаке путем изменения количества газообразного кислорода, подаваемого в топливокислородные горелки при неизменном расходе углеродистого восстановителя.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев и плавление шихтовых материалов, загружаемых в плавильный агрегат, осуществляют теплом, получаемым при окислении введенных в необходимом количестве углеродистых материалов газообразным кислородом, вдуваемым в плавильный агрегат со сверхзвуковой скоростью водоохлаждаемыми фурмами.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что высушенный шлам вдувают инжекторами в расплав, находящийся в плавильном агрегате.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что переработку шламов ведут в топливокислородном гарнисажном плавильном агрегате непрерывного действия с охлаждением металлического корпуса агрегата жидкометаллическим теплоносителем.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что 35-45% используемого углеродистого восстановителя загружают в сушильный агрегат вместе со шламом.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что восстановленный низкожелезистый шлак сливают из плавильного агрегата в дуговую печь с углеродистой футеровкой ванны и методом углетермического восстановления получают из него комплексный сплав Fe-Si-Al-Ti и алюмокальциевый шлак.