Брикет металлургический:
История брикетирования, предлагаемый способ и
поведение железоортоуглеродосодержащих
брикетов в металлургических агрегатах.
Введение.
1.1. Методы окускования железосодержащих
материалов.
Современные технологии производства чугуна,
стали, ферросплавов и литья включают в себя
окислительно-восстановительные процессы
железосодержащего сырья и легирующих элементов
с применением в качестве основного
энергоносителя и восстановителя
металлургического каменноугольного кокса в
соответствующих тепловых агрегатах (печах).
Богатое железосодержащее сырье представляет
собой мелкую фракцию и ведение металлургичеких
процессов в печах требует их окускование для
обеспечения достаточной газопроницаемости.
Традиционно шихтой для таких переделов является
агломерат, окатыши, железо прямого
восстановления, чушковый чугун, металлолом,
ферромарганец, ферросилиций и т.д., а также
минеральное сырье в качестве флюсующих добавок.
Окускование является одной из актуальных задач
в подготовке железосодержащих материалов к
металлургическому переделу.
Известны три способа окускования мелких руд и
концентратов: агломерация, грануляция
(окомкование) и брикетирование.
Агломерация- процесс получения кусков
(агломерата) методом спекания мелкой руды и
концентрата с топливом при высокой температуре
горения. Благодаря высокой температуре в
процессе агломерации возгоняется часть вредных
примесей (например, сера).
Грануляция (окомкование-окатывание)- процесс
получения окатышей, основанный на свойстве
увлажненных тонко-измельченных частиц руды или
концентрата образовывать окатыш большей или
меньшей крупности и прочности, которым
окатыванием в специальных аппаратах придается
необходимый размер и форма, последующим обжигом-
повышенная прочность.
Брикетирование - процесс получения кусков
(брикетов) с добавкой и без добавки связующих
веществ с последующим прессованием смеси в
брикеты нужного размера и формы.
В России в настоящий момент производится около
52 млн. т. агломерата, 30 млн.т. окатышей и в промышленных объемах
металлургические брикеты производит только одно предприятие.
Много и долго в вопросе использования
брикетирования для подготовки неметаллической
шихты металлургических процессов и утилизации
мелких отходов работает кафедра металлургии
черных металлов Магнитогорского
государственного технического университета.
Были разработаны технологии, предложено и
апробировано изготовление с использованием
мелких отходов самых различных брикетов для
металлургического производства:
шлакообразующих для выплавки стали, рудных для
доменной плавки, на основе губчатого железа и ее
мелочи, коксоугольных и др.
Несмотря на давность использования
брикетирования, его теория изучена слабо.
Поэтому до настоящего времени брикетирование
является искусством, требующим большого
экспериментального и практического опыта.
1.2. Брикетирование как перспективный метод
окускования на современном этапе развития
промышленности.
Брикетирование в черной металлургии- это
наиболее ранний способ окускования, который
широко применяется для этой цели во второй
половине 19 столетия. В начале 20 столетия
брикетирование было вытеснено агломерацией по
причинам:
- неэкономичность окускования брикетированием
при помощи маломощных прессов с низкой
производительностью, в то время как в
агломерации были созданы машины с
производительностью 2000 т. и более агломерата в
сутки;
- возможность при агломерации удалить вредные
примеси (S, As, Zn, и др);
- получать агломерат в офлюсованном виде.
И в настоящее время производство
металлургических брикетов в России не получило
развитие в широких производственных масштабах
по тем же самым причинам, хотя с точки
зрения технологии и экономики производства оно
имеет ряд преимуществ:
- брикеты имеют одинаковую правильную форму и
вес, в данном объеме содержат больше металла, они
обладают более высокой прочностью и лучшей
транспортабельностью;
- обладают более высоким удельным весом;
- количество оборотного продукта на
агломерационной фабрике составляет около 20-25%, а
иногда и выше от общего потока шихты, в то время
как на брикетной фабрике- не более 2%;
- весь кислород руды в брикете остается активным,
в агломерате же он находится в связанном
состоянии ( в виде силикатов), первое особенно
важно для доменного производства;
- экологическая безопасность брикетов
(безотходность, отсутствие высоких температур
при изготовлении);
- возможность применения в брикете в любом
соотношении углеродосодержащего наполнителя
для активизации процессов в металлургической
печи (карбюризатор, восстановитель,
энергоноситель);
- возможность использования всех видов
тонкодисперсных
железофлюсолигироуглеродосодержащих отходов
металлургического передела.
Надо учесть, что попытки использовать
брикетирование в металлургии для подготовки
неметаллической шихты не прекращались никогда.
Особенно полно брикетирование как метод
окускования отвечает требованиям утилизации
мелких отходов метзаводов (сравнительно
небольшое воспроизводство, непостоянство
физико-химических свойств и пр.).
Металлургическими предприятиями Франции
ежегодно перерабатывается в брикеты до 4 млн.т.
железосодержащих шламов и уловленной в
газоочистках пыли. В черной металлургии США и
стран Западной Европы уже давно наряду с
железосодержащими материалами брикетируются
другие мелкие отходы: известковая пыль, отходы
ферросплавного производства, некондиционная
мелочь плавикового шпата и прочие весьма ценные
материалы. На их основе получают шихтовые
брикеты и флюсы для металлургического
производства.
К основным причинам недостаточного
использования брикетирования в отечественной
практике следует отнести сегодня следующие:
- неправильный выбор места и объема утилизации
отходов;
- упрощенный (некомплексный )подход к решению
проблемы;
- использование неэффективных способов
(технологий) брикетирования
Понятны пути решения этих трех проблем:
- максимальное приближение изготовления
брикетов к техногенным месторождениям и,
соответственно, предприятиям потребителям;
- создание металлургического
самовосстанавливающегося и самоплавкого
брикета с использованием нетрадиционного
вяжущего и углеродистого наполнителя для всех
видов металлургического передела, т.е.
принципиально новой композиционной шихты;
- использование резерва имеющегося
вибропрессовального оборудования для
производства строительных изделий и создание
упрощенных вибропрессовальных автоматических
линий для производства металлургического
брикета.
1.3. Экологические проблемы промышленности по
утилизации отходов.
При производстве чугуна и шихты для него
(агломерат, окатыши, кокс), при производстве стали
и ферросплавов выделяется большое количество
железоуглеродофлюсосодержащих отходов: до 6% от
конечного продукта каждого передела, в то время
как доля использования образующихся
металлургических отходов в настоящее время в
России не превышает 5% от объема их образования
Если учитывать накопление отходов в течение
десятилетий, то речь идет о техногенных
месторождениях, равноценных природным
железоугольным месторождениям.
По некоторым оценкам объем этих техногенных
месторождений по России и бывших странах СНГ
составляет 450-550 млн.т. Тульская область имеет на
своей территории порядка 17 млн.т.
железосодержащих отходов, включая шламы
аглодоменные ОАО «Тулачермет», шламы ОАО
«Ванадий», Косогорские шламы, пиритные огарки
Новомосковска и т.д.
Большие исследование по использованию
брикетирования в металлургии проводились в СССР
рядом институтов (Московский горный и Грузинский
политехнический институты, Воронежский
госуниверситет, ЦНИИчермет, ДонНИИчермет и др) и
промышленными предприятиями (ММК, БМК, заводы
Коммунарский и Челябинский, Лисаковский ГОК,
Бакальское рудоуправление и др.)
По опыту российских и зарубежных предприятий
оптимальным местом утилизации отходов
метзаводов является их собственное
производство, поскольку:
- по содержанию основных компонентов
улавливаемые мелкие отходы (в основном пыли и
шламы) близки к используемой в данном
производстве шихте;
- менее жесткие требования при использовании
отходов в собственном производстве, чем в случае
их отправки сторонним организациям;
- наличие на метзаводах свободных мощностей и
развитой инфраструктуры;
- большие трудности( и даже невозможность)
транспортировки мелкодисперсных и влажных
отходов, шлама на далекие расстояния.
Только брикетирование, из-за особенности
своего технологического цикла, способно вернуть
отходы в металлургический передел, с достаточно
высокой рентабельностью, улучшить экологию.
2.Основная часть
2.1. Способ изготовления (холодное
брикетирование)
Наиболее экономически выгодной и экологически
безопасной является холодное брикетирование.
Недостатки ранее принятой технологии
изготовления брикетов на штемпельных,
револьверных, вальцевых прессах (низкая
производительность, сложность оборудования,
ограниченность в размерах и т.д.) полностью
решаются на вибропрессовальных линиях.
Формование брикета производится способом
вибропрессования, т.е. одновременным
воздействием на формовочную смесь вибрации и
прессования.
В зависимости от области применения
металлургического брикета возможно получение
любого, отвечающего требованиям каждого
конкретного металлургического агрегата и его
шихты, состава брикета, с добавлением различных
легирующих и флюсующих добавок, с заданными
механическими свойствами.
2.2 Результаты испытаний на лабораторных
установках.
Испытания проводились на механические
свойства, поведения при термическом воздействии,
а также металлографические исследования
железоуглеродосодержащих брикетов до и после
термообработки.
По физическим свойствам брикеты
металлургически должны:
- - обладать атмосфероустойчивостью (при хранении
на воздухе не подвергаться атмосферному влиянию,
не разрушаться от сырости, тепла и холода);
- - обладать механической прочностью, то есть в
достаточной степени сопротивляться удару и
истиранию (выдерживать перевозку и перегрузку с
образованием минимального количесва мелочи и
пыли);
- - обладать достаточной пористостью, так как от
степени пористости зависит скорость
восстановления руды, а в связи с этим и
производительность печи (брикеты для доменной и
шахтной плавок);
- - обладать плотностью и большим удельным весом;
- - содержать минимальное количество влаги, так
как влажность ухудшает газопроницаемость
брикетов, а на испарение её требуется
дополнительный расход горючего;
- - быть термоустойчивыми и выдерживать в печи под
определенным давлением, не разрушаясь,
температуру 800-1000°С.
В черной металлургии к брикетам предъявляют
специальные требования в соответствии с их
назначением, т.е. в зависимости от способов их
передела.
Железоуглеродосодержащие брикеты очень устойчивы к атмосферным
воздействиям и в процессе хранения даже
увеличивают свою прочность в некоторых случаях
до 40% от первоначальной.Плотность и прочность зависят от компонентного
состава и количества вяжущего.
Механическая прочность брикетов высокая.Показатель, определяющий
сопротивление брикета перевозкам и перегрузкам,
называется осыпаемость. При 3-х кратном
сбрасывании с 1.5 м на стальную плиту выход- 5мм
составил 1.1% при требовании не более 10%, хотя
определение прочности на удар и истирание по
методике агломерата показал более худшую
прочность по сравнению с последним, здесь можно
поставить под сомнение соответствие методики к
новому виду доменной шихты.
Пористость железоуглеродосодержащего брикета
более 40%, при требовании не менее 10%.
Гигроскопическая влажность зависит от условий
хранения, в представленных образцах она
находится на уровне 2-3%. Брикет выдерживает , не
разрушаясь, температуру до 1300°С, т.е. более
высокую, чем предъявляется к такому виду шихты
(800-1000°С). Размягчаемость брикета близка к
размягчаемости Михайловских окатышей.
Степень восстановления железа из окалины за
счет углеродной составляющей составляет 83-85%,
однако неравномерный фракционный состав
используемой коксовой мелочи, а так же
неравномерное перемешивание ( данные
металлографических исследований) дают
направление по увеличению контактной
поверхности коксовой мелочи с окалиной и пути
повышения степени металлизации. Это также
подтверждается несоответствием степени
металлизации с остаточным углеродом в продуктах
после термообработки брикета. Металлизированное
железо находится в виде чугуна. Наличие в
продуктах плавки тугоплавкого светло-серого
немагнитного порошка с черными вкраплениями до
15-20% - это зола кокса и модификационно измененный
цементный клинкер, говорят о возможном выносе
этой пыли в месте с колошниковой пылью, хотя
термостойкость брикета возможно позволит
перевести эту составляющую в шлак, тем не менее
снижение количества цемента и повышение
качества углеродосодержащего наполнителя
позволит уменьшить этот негатив.
Полученные образцы по своим механическим
свойствам удовлетворяют, а в некоторых случаях и
превышают те требования, которые были определены
к металлургическому брикету.
Для сравнения был частично (из-за отсутствия
достаточного количества образцов ) исследован
Волгоградский металлургический
железоуглеродосодержащий брикет.
ФОРМА БРИКЕТА: куб (120*120)
ВНЕШНИЙ ВИД: серый с точечными белыми
вкраплениями, углы отколотые, мажет руку,
крошится.
ПРОЧНОСТЬ: 37.6 кгс/см2
ПЛОТНОСТЬ: 1839 кг/см3
ПОРИСТОСТЬ: 18%-11-
ПРИМЕРНЫЙ СОСТАВ ПО КОМПОНЕНТАМ:
- 45% - окалина (- 8 мм)
- 40% - бой графитовых электродов (-3 мм)
- 15% - жидкое стекло с отвердителем.
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ:
Fe2O |
FeO |
Feмет |
Feобщ |
K2O |
Na2O |
CaO |
Al2O3 |
SiO2 |
P2o5 |
MgO |
C |
MnO |
S |
13.88 |
37.62 |
3.63 |
42.50 |
1.05 |
0.40 |
1.50 |
1.75 |
13.70 |
0.030 |
0.50 |
19.30 |
0.45 |
0.25 |
По всем механическим показателям, а также
химическим составляющим (Fe, CaO/SiO2), он явно
уступает брикету «ЭкоМашГео».
Способ изготовления Волгоградского брикета
основан на обычном прессовании, т.е.
вибропрессование в данном случае более
правильное и технологичное направление
производства металлургического брикета
2.3. Поведение железоуглеродосодержащих
брикетов в металлургических агрегатах.
Железоуглеродосодержащий брикет
«ЭкоМашГео» - это самоплавкая,
самовосстанавливающаяся шихта для
металлургических переделов.
Химический состав исследуемых
брикетов.
Химический состав:
Feобщ |
- |
43.28 |
FеOист |
- |
30.06 |
Feмет |
- |
1.01 |
Fe2O3 |
- |
27.15 |
CaO |
- |
10.78 |
Al2O3 |
- |
1.48 |
SiO2 |
- |
9.7 |
P2O5 |
- |
0.06 |
S |
- |
0.24 |
C |
- |
19.65 |
MgO |
- |
0.6 |
MnO |
- |
0.28 |
TiO2 |
- |
0.08 |
K2O |
- |
0.26 |
Na2O |
- |
0.09 |
п.п.п |
- |
20.0 |
CaO/SiO2 |
- |
1.11 |
Если взять среднегодовую шихту доменной печи
№3 ОАО «Тулачермет» за 2000 год, то получим
содержание железа в шихте 42.33%, углерода в шихте
–21.8%, основность шлака –1.08, т.е. это косвенно
подтверждает указанную выше технологичность
брикета ( самоплавкость и
самовосстанавливаемость)
На Таганрогском метзаводе в сентябре 2001года
проведено было 9 плавок стали в Мартеновском цехе
с использованием брикетов.В 285 тонной мартеновской печи
использовалось до 20 т брикетов в шихте.
Брикет оказался технологичен, т.е. механически
прочен, термостоек, сохранил свою форму при
температуре 1450-1500 °С. При снижении температуры
плавления данного брикета до 1250-1400 °С и повышение
основности до 2-3 единиц, он вполне становится
экономичной шихтой мартеновского передела в
условиях «Тагмета».
2.4. ТЭО замены традиционной доменной шихты
железоуглеродосодержащим брикетом
Как отмечалось выше, брикет –это самоплавная и
самовосстанавливающаяся шихта, соответствующая
среднегодовому составу шихты д.п №3 ОАО "Тулачермет"
Если условно принять, что брикет на 100% заменяет
шихту доменной печи, тогда себестоимость брикета
должна быть не выше этой цены.
Расчет:
537 руб. х 0.968 т/т.чуг.= 520 руб.- стоимость
агломерата в шихте
502 руб. х 0.679 т/т.чуг = 341 руб.- стоимость окатышей в
шихте
1759 руб. х 0.592 т/т.чуг = 1041 руб.- стоимость кокса в
шихте
где 0.968; 0.679; 0.592 т/т.чуг.- расходные коэффициенты,
соответственно, агломерата, окатышей, кокса, а 537,
502, 1759 руб. – цена, соответственно, этих
материалов.
Тогда стоимость доменной шихты на 1 т. чугуна
(цены и расходные коэффициенты летних месяцев 2001
года) составит:
Общий расход шихты на 1 т. чугуна составляет:
0.968+ 0.679+0.592 = 2.268 т/т.чуг.
А стоимость 1 т. шихты:
1902руб.: 2.268= 838.6 ~ 840 руб/т
Т.е. 840 руб/т – это цена, тонны традиционной
доменной шихты или тонны
железоуглеродосодержащего брикета с «0»
рентабельностью.
Ожидаемая себестоимость брикета 721руб./тн.
Т.е. в условиях первоначальных повышенных
затрат при изготовлении опытно-промышленной
партии брикета (цена передела взята 200 руб./т)-
себестоимость железоуглеродосодержащего
брикета можно условно принять за 725 руб./т, в
дальнейшем передел должен снизиться до 100 руб./т,
и себестоимость брикета составит 625 руб/т.
Разница между реальной стоимостью и
себестоимостью составит:
840руб./т – 625руб./т =215 руб./т (или на 25% меньше)
При замене 10% традиционной шихты, т.е.
0.1 х 2.268 т/т.чуг = 0.2268 т/т.чуг.
Ожидаемая экономия составит:
215 руб./т х 0.2268т./т.чуг = 48.762 ~ 49 руб/ т.чуг.
3.Заключение
3.1. Технологичность данного вида шихты
Композиционная окускованная шихта включают в
себя основные составляющие металлургической
шихты конкретного передела, является идеальной
для ведения технологического процесса, т.к.
включает в себя постоянство химического,
гранулометрического состава, а также
равномерное распределение энерготеплоносителя
и химического восстановителя по всему
пространству теплового агрегата. Моношихта –
это максимальная технологическая и
экономическая целесообразность каждого
передела.
Примерный состав предлагаемых
железофлюсоуглеродосодержащих брикетов
следующий (подбирается под конкретный тепловой
агрегат):
- окисленный железосодержащий материал(шламы,
осадки на фильтрах и др.) ~ 5-57%
- углеродосодержащий наполнитель (древесный
уголь, отсев кокса, коксовая пыль, бой электродов
и т.д.) ~ 10-50%
- связующее ( древесные смолы, минеральные
связующие и т.д.) ~5-15%
- легирующие добавки ~ 0-15%
- измельченный железоуглеродистый сплав ~ 0-30%
- флюсующие добавки ~ 1-10%
- пластификатор (лигносульфонат, мелассу
упаренная и т.д.) в количестве 0.1-0.5 от массы
связующего
Использование относительно дешевых брикетов
даст значительное снижение затрат на шихту в
металлургическом производстве, позволит
повысить качество, конкурентоспособность
готового продукта.
Технологический брикет рекомендуется к
применению в следующих металлургических
переделах.
Доменное производство:
- железотопливный брикет, как заменитель
железосодержащего сырья( агломераты, окатышей,
металлодобавок) и доменного кокса;
- железооксидный брикет для промывки горна
доменных печей (FeO 40-60%);
- железотопливный брикет с марганцем и кремнием
для выплавки специальных марок чугуна;
- специальный брикет для наращивания гарнисажа
металлоприемника доменных печей.
Сталеплавильное производство:
- железотопливный брикет, как заменитель чугуна,
углеродистого скрапа, углеродосодержащих и
флюсов;
- железотопливный брикет с раскисляющими
легирующими добавками (Mn, Si,Al и т.п.);
- рудноизвестковый брикет для шлакообразования и
регулирования температуры металлической ванны.
Ферросплавное производство:
- композиционный брикет для выплавки
ферросплавов (с FeSi, FeCr, FeS, Cr, SiMn, FeMn, Al и углеродом в
виде коксовой и графитовой пыли и мелочи,
порошкового древесного угля).
Электросталеплавильное производство:
- композиционный брикет с легирующими добавками,
с древесным углем только в качестве
восстановителя
Литейное производство на машиностроительных
заводах:
- композиционный брикет с легирующими добавками,
с древесным углем только в качестве
восстановителя.
3.2. Схема использования в условиях ОАО
«Тулачермет»
По составу рационально использовались следующие
виды брикетов
- заменитель железосодержащей шихты и доменного
кокса (20-25% коксовая пыль Кемерово, 65-70%- окалина,
концентрат, шлам, 10% -вяжущего; основность 1.1,
самовосстанавливающийся, самоплавкий брикет)
- композиционный железосодержащий брикет с
промывочным эффектом (брикет из окалины и
кремнесодержащего материала с небольшими
добавками коксовой пыли 5-10%
- заменитель металлодобавки и доменного кокса
(отсев метализованных брикетов Лебединского
ГОКа и 5-10% коксовой пыли)
- композиционный железосодержащий брикет с
марганцовистой добавкой (отсев марганцовой руды,
менее 10 мм).
В случае реализации замены части (до 20%)
железосодержащей шихты доменного цеха реально
уменьшить основность агломерата (до 1.2-1.4)
приближалась к моношихте, получая от этого
технологическую и экономическую выгоду.Учитывая
низкую энергоемкость производства брикетов при
систематическом их применении затраты у
производителей будут постоянно уменьшаться и
стоимость, в конечном итоге, должна быть не выше
стоимости агломерата и окатышей.
Список используемой литературы:
- Б.М.Равич Брикетирование в цветной и черной
металлургии М. «Металлургия» 1975г
- Л.А.Лурье Брикетирование в металлургии М.
«Металлургия», 1963г
- В.П. Булгаков, Г.В. Булгаков Исследование
минералогического состава окалино-углеродистых
брикетов в процессе восстановления «Черная
металлургия» 1998г. №7
- Реферат И.М.Мищенко «Утилизация окускованной
углеродосодержащей металлургической пыли»
«Производство чугуна», 1998г.
- О.В.Юзов, В.А.Исаев Анализ расхода основных
ресурсов в черной металлургии России. «Сталь»
№10, 1999г
- В.С.Лисин Тенденции реструктуризации черной
металлургии «Сталь» №10, 1999г.
Контактная информация:
тел./факс: +7 (4872) 45-81-16,(4872) 40-42-98, моб. +7 (910) 941-78-05 Котенёв Василий Ильич
E-mail: mashgeo@tula.net,
briket@briket.ru
|