Способ обработки металлургического шлака Советский патент 1992 года по МПК C04B5/00 

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам переработки металлургических расплавленных шлаков.

Известен способ переработки расплава металлургического шлака, характеризующийся тем, что на поверхность двух установленных с зазором валков подают в центре расплавленный шлак, а по периферии - сырой измельченный известняк, прокатывают смесь в ленту и дробят ее, причем размер частиц известняка не превышает 1 /2 толщины ленты, а соотношение шлак/известняк соответствует соотношению

Сшл(рп+дк)Сизв(дд+дс).(1)

где Сшл. Сизв - массовые расходы шлака и известняка;.

РП.РК. Яд, Qc - удельные энтальпии перегрева и кристаллизации шлака, диссоциации и сушки известняка.

.Однако тепло шлака используется в недостаточной степени. В соответствии с формулой (1) шлак охлаждают известняком только до затвердевания, т.е. от 1210°С в соответствии с примером реализации способа. Между тем декарбонизация известняка заканчивается при 950°С и именно до этой температуры можно было бы охлаждать шлак. 6 соответствии с примером реализации способа объем вдавленного в расплав известняка составляет всего 22,7% к объему смеси. Если к тому же в известняке есть зерна, равные полутолщине прокатываемого слоя, то валки необходимо интенсивно охлаждать и терять на этом много тепла.

Проблематична возможность полезного использования обогащенного на 12-15% СаО доменного шлака в металлургии и стройматериалах.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является способ, заключающийся в том, что жидкий шлак послойно разливают в траншею из ковшей, причем каждый слой засыпают прослойкой кускового материала (известняка, руды и др.). Для лучшего распределения шлака в кусковом материале, где размер элементов последнего равен 10сл VI со

О

100 мм, прослойки располагают под углом 3-15° к горизонту.

Однако равномерного распределения твердого материала в шлаке не достигается,

Поскольку определенное соотношение Сшл/Ств не выдерживается, то композиция представляет собою смесь шлака, извести и известняка. Наличие последнего не позволяет утилизировать высокоосновные металлургические шлаки наиболее эффективно - в сталеплавильном производстве.

При доставке ковшей к траншее часть тепла шлака теряется, на стенке ковшей образуются скардовины, которые затем приходится выбивать из ковшей и разбивать на более мелкие куски.

Цель изобретения - повышение эффективности производства и степени утилизации депла шлака.

Поставленная цель достигается тем, что в способе обработки металлургического шлака, включающем послойную -разливку шлака и засыпку слоев шлака твердым материалом, массу слоев расплава шлака и зернистого материала определяют из соот- ношения

Сшл/С3(Сз Т.-Сз t3 +рд+рос)/(Сшл т.шл -C uW+qK)f(2)

где Сшл. С з - масса шлака и зернистого материала соответственно, кг/г;

tiun , т.3 - начальные температуры шлака и зернистого материала, °С;

Сшл , Сшл - теплоемкость шлака при начальной и конечной температуре, кДж/кг град;

о., Рд, Рос - удельные энтальпии кристаллизации шлака, диссоциации зернистого материала и потерь в окружающую среду, кДж/кг;

т,- конечная температура материалов. Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Расплавленный шлак, периодически выпускаемый из металлургической печи, собирают в миксере, используемом для сепа- рации металла и в качестве копильника расплава. Из миксера шлак порционно выпускается в емкости, каждая из которых имеет приспособление для равномерной засыпки в нее мелкозернистого материала в виде слоев заданной толщины. В результате в емкости набирается многослойная система, состоящая из чередующихся прослоек жидкого шлака и мелкозернистого материала, например, с размерами зерен 1-5 мм. Масса расплава и твердого материала находятся между собою в определенном соотношении благодаря дозированной подаче компонентов системы. Вследствие мелкозернистости твердого материала шлак замораживается в верхних уровнях каждой прослойки и не пропитывает порозности зернистого материала. Прогрев последнего осуществляется теплопроводностью.

Заполненную емкость выставляют на площадку ожидания и выдерживают до тех пор, пока ориентировочно не выравняются температуры горячего и холодного теплоносителей. Затем содержимое емкости выгружают на грохот, где отделяются прослойки затвердевшего шлака и прокаленный мелкозернистый материал.

Далее шлак может быть раздроблен на крупные куски и использован в качестве горячего кускового теплоносителя или компонента одного из металлургических переделов в соответствии со своим химическим составом. Последний в результате отверждения шлака несколько изменяется, так как в шлак запекается часть зернистого материала.

Приме р. Находят соотношение шлак/зернистый материал прои следующих исходных данных:

ШлакКонечный продукт

конвертерного передела Начальная температура шлака, tum,°C1600

Зернистый материалИзвестняк

(условно 100% СаСОз)

Начальная температура известняка, t a , °СО Плотность шлака в расплаве, р шл ,кг/м3 2200 Насыпная плотность известняка, рз, кг/м3 Заданная равновесная температура системы, т., °С Теплоемкость шлака, Сшл и Сшл , ккал/кг град при 1600°С0,63 при950°С0.353 Теплоемкость известняка при 950°С. &, ккал/кг град0,26 Удельная величина кристаллизации шлака Включена в

значение теплоемкости . при1600°С Удельная величина диссоциации известняка,

1690

950

400

0,1 ДСз

: 1,056 кг/кг .

цд, ккал/кг Удельная величина потерь в окружающую среду, QOC По уравнению (2) находят

G шя 0,26 950 + 400 + 0.1. ( 0.26 950 + 400 ) Сз 0.63-1600-0,352-900

Удельный объем расплава .056/2200 4..

Удельный объем известняка V3 1/1690 5,.

Соотношение объемов шлака и известняка

VWn/V3 4,,9v10 4 82M3/M3.

Реализация способа.

В шлаковый ковш объемом 16м3 заливают 7,17м расплавленного шлака (15,77 т) и засыпают 8,83 м3 мелкозернистого материала - известняка (14,92 т), состоящего из частиц размером 1-5 мм. Высота прослойки шлака 96 мм, высота прослойки известняка 120 мм.

Ковш выдерживают в течение 1,5 ч, т результате в системе устанавливается равновесная температура 950°С. После этого ковш опоражнивают на грохот и разделяют пластины шлака и известь, В результате получают 6,85 т извести и 17 т шлака, в том числе 1,2 т запекшейся в шлак извести. Та-« ким образом, содержание СаО в шлаке увеличиваетсяна 7,06%.

Шлак дробят на куски размером 60-100 мм. Этому способствует то обстоятельство, что толщина дробимых слоев составляет 85- 90 мм. Кусковой шлак используют в доменной или конвертерной плавке. Известь применяют в качестве составляющей агломерационной шихты или по иному назначению.

Утилизация тепла шлака непосредственно в ковше с образованием относительно тонких прослоек шлака предотвращает образование скардовин и уменьшает издержки производства на переработку шлака.

Быстрое понижение температуры шлака в ковше уменьшает потери тепла в окружающую среду на 10-20%.

Разделение компонентов смеси позволяет получить ценный продукт - известь.

Отверждение шлака слоями высотой 80/95 мм приводит к эффективному образованию в последующем крупных кусков шлака, необходимых для утилизации его в 0 металлургии.

По сравнению с аналогом степень утилизации тепла шлака возрастает на 44%. Эффект изобретения увеличивается с ростом температуры кристаллизации шлака. 5 Ожидаемый экономический эффект составляет 13 руб на 1 т конечного конвертерного шлака и 4,44 руб, на 1 т доменного шлака.

Формула изобр е т е н и я 0 Способ обработки металлургического шлака, включающий послойную разливку шлака и засыпку слоев шлака твердым материалом, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности произ- 5 водства и степени утилизации тепла шлака, массу слоев расплава шлака и зернистого материала определяют из соотношения

Сшл/Сз КСз- Сз ta О,д+С|ос)/(Сшл Тшл Сшл t +Рк),

0 где Сшл, G3 - масса шлака и зернистого материала соответственно, кг/кг;

1шя , ta - начальные температуры шлака и зернистого материала. °С;

t - заданная конечная температура 5 шлака и зернистого материала;

Сшл , Сшл - теплоемкость шлака при начальной и конечной температуре, кДж/кг «град

Сз, Сэ - теплоемкость зернистого мате- 0 риала при начальной и конечной температуре, кДж/кг Град;

, Яд, qoc - удельные энтальпии кри сталлизации шлака, диссоциации зернистого материала и потерь в окружающую среду, 5 кДж/кг.

Изобретение относится к способам обработки металлургического шлака и может применяться в металлургии. Цель-повышение эффективности производства и степени утилизации тепла шлака. Способ включает операции послойной заливки в емкость расплава шлака и засыпки мелкозернистого материала в заданном соотношении, выдерживании до выравнивания температур, выгрузки и разделения компонентов системы. Соотношение шлак/мелкозернистый материал зависит от заданной температуры нагрева последнего, начальных температур компонентов, их теплофизических свойств, эндо- и экзоэффектов, потерь в окружающую среду. Степень утилизации тепла шлака возросла на 44%.