способ переработки распадающегося металлургического ковшевого шлака

Формула изобретения

1. Способ переработки распадающегося металлургического ковшевого шлака, включающий извлечение металлических включений из распавшегося шлака, отличающийся тем, что после извлечения металлических включений из распавшегося шлака удаляют частицы крупностью более 5 мм, оставшийся шлак измельчают с образованием частиц крупностью менее 0,1 мм и осуществляют его окомкование при взаимодействии с водой.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что измельчение шлака осуществляют до крупности частиц 0,070-0,075 мм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что извлечение металлических включений из шлака осуществляют методом магнитной сепарации.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что измельчение частиц шлака осуществляют в шаровой мельнице.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что на окомкование подают воду в количестве 10-15% от массы шлака.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области черной металлургии и промышленности строительных материалов и может быть использовано для переработки и утилизации ковшовых шлаков, получаемых при обработке стали в агрегате печь-ковш.

Известен способ (патент РФ № 2098371) переработки распадающегося металлургического шлака, в котором послойно осуществляют слив шлака в траншею, охлаждение слоя шлака проводят в естественных условиях до температуры поверхности 250-500°С с последующим охлаждением потоком воздуха, отсосом и воздушной сепарацией пыли.

В этом способе после распада шлака образуется тонкодисперсный материал, который невозможно транспортировать навалом автомобильным и/или железнодорожным транспортом на заводы по производству цемента.

Известен способ (патент РФ № 2052520) переработки распадающихся металлургических шлаков, выбранный за прототип. В данном способе шлак после полного затвердевания на стадии силикатного распада подвергают горячему грохочению с выделением в надрешетном продукте металлического скрапа. Подрешетный продукт подвергают вторичному грохочению с принудительным охлаждением до полного силикатного распада. На стадии грохочения проводят воздушную сепарацию, а дроблению подвергают промежуточный продукт магнитной сепарации.

Недостатком способа по патенту РФ № 2052520 является его сложность, а также необходимость осуществления способа до стадии силикатного распада, что резко ограничивает область применения способа, т.к. его нельзя применить к шлаку, подвергнувшемуся полному силикатному распаду. В известном способе также образуется тонкодисперсный материал, который невозможно транспортировать навалом автомобильным и/или железнодорожным транспортом на заводы по производству цемента.

Ковшовые шлаки образуются при обработке стали в агрегате печь-ковш. В отличие от печных в ковшовых шлаках одной из основных фаз является двухкальциевый силикат 2CaO×SiO₂. При охлаждении такого шлака происходит полиморфное превращение 2CaO×SiO₂ в 2CaO×SiO₂ с увеличением объема на (10-12)%. В результате изменения параметров решетки двухкальциевого силиката шлак рассыпается, образуя мелкодисперсный порошок.

При самораспаде ковшовых шлаков часть шлака не рассыпается, т.е. в таком шлаке всегда имеется некоторое количество крупных фракций шлака. Частицы нерассыпавшегося шлака обычно выделяют с помощью грохочения. В ковшовых шлаках также всегда содержатся металлические включения, которые обычно выделяют с помощью магнитной шайбы в виде металлического скрапа.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, - обеспечение возможности транспортировки распадающихся металлургических шлаков за счет получения механически прочных гранул шлака.

Поставленная задача решается тем, что в способе переработки распадающегося металлургического ковшевого шлака, включающем извлечение металлических включений из распавшегося шлака, согласно изобретению после извлечения металлических включений из распавшегося шлака удаляют частицы крупностью более 5 мм, оставшийся шлак измельчают с образованием частиц крупностью менее 0,1 мм и осуществляют его окомкование при его взаимодействии с водой.

Измельчение шлака осуществляют до крупности частиц 0,070-0,075 мм.

Извлечение металлических включений из шлака осуществляют методом магнитной сепарации.

Взаимодействие воды и шлака возможно осуществлять путем дозирования шлака из приемного бункера на чашевый окомкователь, в который одновременно подают воду.

На окомкование подают воду в количестве 10-15% от массы шлака.

В заявляемом способе из распадающегося шлака, который в дальнейшем будет подвергаться окомкованию, предварительно удаляют металлические включения, это позволит повысить эффективность переработки шлака, т.к. металлические частицы могут негативно влиять на физико-химические процессы, происходящие при взаимодействии шлака с водой и снизить, в дальнейшем, прочность строительных материалов, получаемых из переработанного шлака.

Из шлака также удаляют частицы крупностью более 5 мм, которые сразу можно отправлять на склад обычного печного шлака, их транспортировка не вызывает затруднений и хорошо отработана. Удаление таких частиц возможно осуществлять традиционным способом в бункере, оборудованном вибрационной решеткой с размером ячеек 5 мм. При этом надрешетный продукт образуют частицы шлака более 5 мм, а подрешетный продукт - частицы менее 5 мм.

После того, как из шлака удалят частицы крупностью более 5 мм, оставшийся шлак подвергают измельчению до частиц крупностью менее 0,1 мм. При измельчении шлака до крупности более 0,1 мм прочность гранул, получаемых в процессе окомкования шлака, будет недостаточной, чтобы выдержать погрузочно-разгрузочные операции и транспортировку. При измельчении шлака до крупности менее 0,1 мм гранулы, которые будут получаться в процессе окомкования такого шлака, будут иметь прочность достаточную, чтобы выдержать погрузочно-разгрузочные операции и транспортировку. Однако несмотря на то, что чем меньше частицы шлака, которые будут подвергаться окомкованию, тем прочнее получаемые гранулы, оптимальным будет измельчение до частиц крупностью 0,07-0,075 мм, с точки зрения оптимальности соотношения прочности гранул и расхода энергии на измельчение. При размере частиц шлака 0,07-0,075 мм для окомкования шлака требуется значительно меньшее количество воды, кроме того, окомкование шлака происходит быстрее. Таким образом, такой размер частиц шлака, подвергающегося окомкованию, является наиболее оптимальным с точки зрения расхода воды и скорости процесса.

Благодаря тому, что в заявляемом способе переработке подвергается мелкодисперсный шлак, после окомкования получают материал (гранулы), обладающий значительной прочностью большей, чем при переработке более крупных частиц. Это объясняется большим количеством межмолекулярных связей по сравнению с частицами больших размеров.

Таким образом, заявляемый способ дешев, экономичен, позволяет получить прочный материал, который может быть подвергнут длительной транспортировке, при этом к переработанному шлаку не предъявляются жесткие требования по ударным и вибронагрузкам, т.к. полученный материал обладает значительной прочностью и выдерживает значительные нагрузки, в том числе и те, которые могут возникнуть при транспортировке и при выполнении погрузочно-разгрузочных работ. Т.е. заявляемый способ позволяет получить материал, использование которого не приведет к загрязнению окружающей среды, не повредит здоровью персонала, контактирующего с ним.

Для интенсификации процесса образования гранул и повышения их прочности на чашу окомкователя (тарельчатый питатель) подают воду в количестве 10-15% от массы шлака. При снижении количества подаваемой воды ниже 10% и увеличении выше 15% от массы шлака прочность окатышей снижается.

Окомкование - широко известный процесс, который осуществляется известными средствами - на чашевом окомкователе, который также называют тарельчатым питателем. В чашу окомкователя, в которой размещается продукт, подлежащий окомкованию, подается вода. Окомкование происходит при взаимодействии продукта и воды при вращении чаши.

Заявляемый способ подтверждается примерами.

Из рассыпавшегося ковшового шлака ОАО «Северский трубный завод» предварительно магнитной шайбой извлекается металл, затем шлак перегружается в приемный бункер, оборудованный вибрационной решеткой с размером ячейки 5 мм. Надрешетный продукт отправляется на склад обычного печного шлака, а подрешетный - проходит вторичную стадию отмагничивания металла, а затем поступает на доизмельчение в шаровую мельницу. Из приемного бункера измельченный материал дозируется на чашевый окомкователь (тарельчатый питатель), куда подается также и вода для окомкования.

Пример 1. Подтверждение влияния крупности измельчения частиц шлака на прочность гранул.

Брали навеску ковшового шлака в количестве 80 кг. Из этой навески шлака отсеивали на сите фракцию 0,25 мм в количестве 8 кг. Затем в шаровой мельнице диаметром 300 мм и длиной 600 мм в течение 20 мин доизмельчали 10 кг шлака до крупности 0,1 мм. После этого на той же мельнице доизмельчали 10 кг шлака в течение 30 мин до крупности 0,074 мм. Затем на чашевом окомкователе (тарельчатом питателе) диаметром 1 м, при частоте вращения чаши 5 об/мин и угле наклона чаши 45°, последовательно окомковывали в течение 20 мин четыре навески шлака по 5 г каждая: с крупностью измельчения 0,25 мм; 0,1 мм; 0,74 мм; 0,04 мм. Во время каждого цикла окомкования на чашу добавляли 12% воды от массы шлака, т.е. по 0,6 л.

Далее полученные гранулы подвергали испытаниям на сжатие (определение прочности гранул) на разрывной машине РМЛ-1000. Результаты испытаний по определению прочности гранул представлены в таблице 1.

Таблица 1
№ опыта	Количество добавляемой на окомкование воды, % от массы шлака	Крупность измельчения, мм	Прочность гранул, кг /на гранулу
1	12	0,25	10
2	12	0,1	22
3	12	0,074	30
4	12	0,04	35

Прочность гранул 22-30 кг/на гранулу вполне достаточна для того, чтобы они выдержали погрузочно-разгрузочные операции и их транспортировку до потребителя.

Пример 2. Подтверждение влияния количества воды, подаваемой на чашевый окомкователь, на прочность гранул.

Измельчали 30 кг шлака до крупности 0,074 мм. Затем по методике, описанной в Примере 1, последовательно окомковывали пять навесок шлака по 5 г каждая на чашевом окомкователе, описанном в Примере 1. Окомкование проводили при добавке воды в различных опытах в процентах от массы шлака: 7; 10; 12; 15 и 20. Далее сырые окатыши подвергали испытаниям на сжатие (как в Примере 1). Результаты исследований представлены в таблице 2.

Таблица 2.
№ опыта	Крупность измельчения, мм	Количество добавляемой на окомкование воды, % от массы шлака	Количество добавляемой на окомкование воды, л	Прочность гранул, кг /на гранулу
1	0,074	7	0,35	15
2	0,074	10	0,50	29
3	0,074	12	0,60	30
4	0,074	15	0,75	31
5	0,074	20	1,0	25

Из данных таблицы 2 следует, что оптимальное количество добавляемой на окомкование воды составляет 10-15% от массы шлака.

Таким образом, лабораторные исследования подтверждают, что заявляемым способом получаются гранулы шлака, обладающие значительной прочностью и выдерживающие большие нагрузки, чем при использовании частиц крупностью более 0,1 мм.

В результате применения заявляемого способа получаются гранулы шлака, обладающие значительной прочностью, позволяющей осуществлять погрузочно-разгрузочные операции и транспортировку шлака к месту его переработки.