Способ переработки огненно-жидкого доменного шлака Российский патент 2025 года по МПК C21B3/08 C04B5/00 C22B7/04 

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при переработке огненно-жидких доменных шлаков.

Известен способ переработки доменного шлака путем подачи шлакового расплава в траншею, охлаждение на воздухе 20-30 мин, охлаждение водой до 50-60°С в течение 25÷35 мин, выдержку на воздухе до полного удаления металла могут осуществлять и при подаче шлакового расплава в траншею, и после переработки доменного шлака [1] (Романенко А.Г. Металлургические шлаки, М., Металлургия, 1977, с. 97-100).

Недостатки этого способа заключаются в обильном образовании пара, содержащего сероводород и сернистый ангидрид. Это ухудшает санитарно-гигиенические условия труда.

Известен способ переработки доменного шлака, преимущественно ковшовых остатков, путем подачи его в траншею, охлаждения на воздухе 10÷20 мин, охлаждения водой при расходе 0,3÷0,8 м³ на тонну доменного шлака 10÷30 мин при одновременном перемешивании, после чего перед отделением металла в траншею подают отвальный шлак и перемешивают весь массив шлака 10÷20 мин. При этом отвальный шлак подают в траншею в количестве 10÷50% от общей массы шлака [2] (патент SU 881032, МПК C04B 5/00, C05D 3/04 (2006.1) опубл. 15.11.1981).

Недостатком данного способа являются газовые выбросы в атмосферу сероводорода и сернистого ангидрида, которые выделяются при охлаждении шлака водой.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является способ переработки доменного шлака [3] по патенту RU 2673688 С1 (МПК C21B 3/08, C04B 5/00, C22B 7/04, опубликованного 29.11.2018 бюл. №18), включающем послойный слив шлака в траншею, охлаждение массива шлака, выемку шлакового массива, укладку в штабель и перелопачивание, согласно данному способу слив шлака осуществляют на подсыпку из холодного доменного шлака до образования им массива толщиной 0,3-1,5 м, охлаждение осуществляют на воздухе не менее 10 часов, перелопачивание осуществляют в течение не менее 10 часов до температуры шлакового массива не более 100°С. Кроме того, слив шлака осуществляют на подсыпку из холодного доменного шлака фракции от 0 до 700 мм и толщиной слоя до 0,8 м.

Недостатками данного способа являются:

- образование пыли в процессе перелопачивания шлака;

- интенсивный износ и большие затраты моточасов погрузочной техники из-за операции перелопачивания шлака;

- большая полезная длина траншей и их низкая удельная производительность, как следствие, высокие капитальные и операционные расходы на строительство и содержание траншей, увеличение себестоимости производимого щебня.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предполагаемое изобретение, является устранение недостатков прототипа.

Указанный технический результат достигается тем, что способ переработки огненно-жидкого доменного шлака, включающий послойный слив шлака в траншею, выемку шлакового массива, укладку в штабель, в соответствии с изобретением слив шлака осуществляют с периодичностью 2 - 4 часа до образования им массива высотой от 1,5 м до 10 м, охлаждение образованного шлакового массива осуществляют на воздухе в течение менее 10 часов, после чего выполняют выемку материала из массива с укладкой в штабель для дополнительного охлаждения до температуры не более 100°С.

Кроме того, штабель может быть расположен в зоне доступа рабочего органа подъемного сооружения для повышения эффективности операций отгрузки материала, или для формирования усреднительного штабеля, в том числе для ускорения охлаждения шлака.

Сущность технического решения заключается в следующем.

Огненно-жидкий доменный шлак сливают из чаш шлаковоза на участок траншеи на подсыпку из холодного щебня, что приводит в процессе охлаждения и затвердевания шлака к слоистой структуре массива. Слив шлака на один и тот же участок выполняют с периодичностью 1 раз в 2-4 часа. При этом организуют несколько участков траншеи, на которые слив производят последовательно, для обеспечения заданной периодичности слива шлака на одном участке. Заявленные пределы периодичности слива определены экспериментальным путем в результате опытно-промышленных испытаний. Слив шлака чаще заявленной периодичности приводит к спеканию слоев шлака между собой и, как следствие, увеличению трудоемкости в дальнейшем процессе выемки материала из массива, что в некоторых случаях приводит к необходимости выполнения взрывных работ. Слив шлака реже заявленной периодичности приводит к необходимости использования большей полезной длины траншеи, снижению ее удельной производительности, увеличению затрат на строительство и содержание траншеи и увеличению себестоимости производимого щебня.

Слив шлака осуществляют до формирования массива заданной высоты от 1,5 до 10 м. Заявленные пределы высоты шлакового массива определены экспериментальным путем в результате опытно-промышленных испытаний. При высоте менее 1,5 м повышается трудоемкость и снижается производительность выемки шлака, из-за конструктивных особенностей применяемой техники. С увеличением высоты массива растет температура внутри массива, что при высоте более 10 метров приводит к интенсивному спеканию слоев материала между собой и, как следствие, увеличению трудозатрат и снижению производительности выемки.

Сформированный массив шлака охлаждают на воздухе не более 10 часов перед выемкой материала ожидают менее 10 часов для охлаждения наиболее горячих верхних слоев массива. Выемку материала из шлакового массива с температурой поверхности более 100°С выполняют экскаватором в теплозащищенном исполнении, способным, в отличии от погрузочной техники, переносить более высокие тепловые нагрузки. В процессе выемки образуется нефракцинированный шлаковый щебень и непосредственно после выемки, материал в виде щебня укладывают фронтальным погрузчиком в теплозащищенном исполнении в длинный штабель для охлаждения, где щебень охлаждается до температуры не более 100°С.

В отличие от прототипа, где дополнительный эффект охлаждения достигается в процессе перелопачивания за счет обеспечения непрерывного контакта поверхности щебня с холодным (неподогретым) атмосферным воздухом, в предлагаемом изобретении интенсивное охлаждение материала обеспечивается физическим процессом, который является вариантом известного эффекта самотяги. Поскольку шлаковый щебень горячий, он передает свою теплоту в воздух, заключенный в объеме штабеля, тем самым его подогревая. Согласно уравнению Менделеева-Клапейрона, в изобарном процессе (атмосферное давление остается постоянным, его погодные изменения ничтожно влияют на процесс) объем подогретого воздуха увеличивается в сравнении с холодным, его плотность уменьшается, что приводит к его вытеснению холодным воздухом снизу вверх согласно закону Архимеда. Отсюда возникает поток атмосферного воздуха, который проходит сквозь весь объем штабеля, что обеспечивает интенсивный теплообмен и охлаждение шлакового щебня. Охлаждение шлакового щебня данным способом приводит к техническому эффекту в виде сокращения образования пыли, в сравнении с операцией перелопачивания, предложенной в прототипе. Также улучшаются технико-экономические показатели процесса, в связи с исключением затрат моточасов и исключением износа техники на охлаждение материала перелопачиванием. Таким образом, согласно формуле изобретения, предлагается способ переработки огненно-жидкого шлака с выемкой материала из затвердевшего шлакового массива и укладкой его в штабель для охлаждения непосредственно после выемки. При этом охлаждение шлакового щебня в штабеле является достаточно эффективным, так как материал в штабеле находится в виде щебня, что обеспечивает сквозную пористость и наличие значительного объема воздуха в штабеле. В связи с этим выполнение операции перелопачивания не представляется целесообразным.

Пример конкретного выполнения способа.

Применение способа поясняется примером его реализации при переработке доменного шлака. Доменный шлак перевозили в жидком состоянии в ковшах к месту слива. Место слива засыпали холодным доменным шлаком фракции -40+20 мм при толщине подсыпки 0,2÷0,4 м. В подготовленную зону сливали доменный шлак с периодичностью 1 раз в 3 часа до образования толщины слитого массива шлака приблизительно 2 м. Далее через 9 часов выполняли выемку материала из массива экскаватором в теплозащищенном исполнении, складывали материал в конусообразный штабель, выемку выполняли в направлении от дальнего конца массива к подпорной стене траншеи перпендикулярно ж/д путям. Температура шлака в середине массива высотой 2 метра составляла 430°С; непосредственно после пересыпания в конусообразный штабель снижалась до 390°С; через 15 минут материал на поверхности конусообразного штабеля охлаждался до 240°С, а в объеме конуса температура щебня не превышала 290°С; после перекладки материала фронтальным погрузчиком в теплозащищенном исполнении в длинный штабель, расположенный вдоль траншеи, температура материала в нем не превышала 200°С; охлаждение материала в штабеле до температуры, приемлемой для дальнейшей переработки в дробильно-сортировочном комплексе, т.е. до 80°С, заняло 14 часов. Охлаждение шлака таким образом позволило снизить образование пыли в воздухе рабочей зоны, сократить время использования погрузочной техники, сократить полезную длину используемой траншеи в сравнении с прототипом.

Анализ патентов и научно-технической информации не выявил использования новых существенных признаков, используемых в предлагаемом решении. Следовательно, предлагаемое изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень».

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при переработке огненно-жидких доменных шлаков. Осуществляют послойный слив шлака в траншею, охлаждение и выемку шлакового массива, укладку в штабель. При этом слив шлака осуществляют с периодичностью 2-4 часа до образования им массива высотой от 1,5 м до 10 м. Охлаждение образованного шлакового массива проводят на воздухе в течение не более 10 часов, после чего выполняют выемку шлака из массива с укладкой в штабель для охлаждения до температуры не более 100°С. В результате обеспечивается снижение образования пыли в воздухе рабочей зоны, снижение износа и сокращение времени использования погрузочной техники, сокращение полезной длины используемой траншеи. 1 з.п. ф-лы, 1 пр.

1. Способ переработки огненно-жидкого доменного шлака, включающий послойный слив шлака в траншею, охлаждение и выемку шлакового массива, укладку в штабель, отличающийся тем, что слив шлака осуществляют с периодичностью 2-4 часа до образования им массива высотой от 1,5 м до 10 м, охлаждение образованного шлакового массива на воздухе в течение не более 10 часов, после чего выполняют выемку шлака из массива с укладкой в штабель для охлаждения до температуры не более 100°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что штабель располагают в зоне доступа рабочего органа подъемного сооружения для повышения эффективности операций отгрузки шлака или для формирования усреднительного штабеля, в том числе для ускорения охлаждения шлака.