Способ переработки сталеплавильных шлаков и носителей железа для получения чугуна и экологичных шлаков

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к способу переработки сталеплавильных шлаков и носителей железа, например, электропечных и конвертерных шлаков, рудной мелочи, пылей от производства стали, прокатной окалины. Способ включает загрузку в плавильный агрегат шихты, состоящей из сталеплавильных шлаков и носителей железа, загрузку флюсов, содержащих SiO₂ и Al₂O₂, для установления требуемой основности, подачу воздуха и угля, жидкофазное плавление при объемном отношении расплавленного шлака к расплаву железа больше чем 0,5:1. Основность шлака CaO/SiO₂ устанавливают равной 1,0-1,8 при содержании Al₂O₂ в шлаке, равном 10-25 мас.%, при этом горячий воздух подают сверху, а уголь - в струе газа-носителя. Способ позволяет существенно повысить выход тепла, а следовательно, КПД. 21 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способу переработки сталеплавильных шлаков и носителей железа, например электропечных и конвертерных шлаков, рудной мелочи, пылей от производства стали, прокатной окалины, для получения чугуна и экологичных шлаков.

Из заявки PCT N PCT/AT 96/00019 известен способ получения чугуна или стали и цементного клинкера из шлаков, при котором содержащие оксид железа жидкие шлаки, например сталеплавильный шлак, смешивали с носителем оксида железа и известью, в результате чего получали ферритовый шлак. Этот ферритовый шлак восстанавливали затем в восстановительном реакторе с образованием расплава железа и спеченной фазы при сжигании углерода, после чего спеченную фазу выгружали в виде клинкера.

Шлаки имеют относительно низкую теплопроводность и по сравнению с железом приблизительно 1,5-2-кратную теплоемкость. Важным для экономичности подобного способа является достигаемая теплопередача или так называемая степень дожигания. Степень дожигания определяется при этом следующим образом: Известные способы обеспечивали до сих пор лишь недостаточную степень дожигания. Теплопередача, выражающаяся отношением где H_g обозначает энтальпию газа (при температуре газа), H_b - энтальпию газа (при температуре плавления), H_pc - энтальпию горения (при температуре плавления), также является недостаточной в известных способах.

Значения термического КПД гораздо выше 70% не достигаются ни при применении традиционных доменных технологий, ни при применении иных способов, например псевдоожижения. Так, уже известно вдувание предварительно восстановленных и, по меньшей мере, частично подогретых партий загружаемого материала вместе с углем в псевдоожиженный слой, причем при восстановлении партии уголь газифицируют в псевдоожиженном слое и расплавляют и выгружают губчатое железо. Подобные реакции плавильной газификации сверх всякой меры оптимизированы, как правило, на нужный выход чугуна, так что экологичный шлак не образуется.

Известно техническое решение, в котором описан процесс переработки сталеплавильных шлаков и носителей железа, например электропечных и конвертерных шлаков, рядовой и пылеватой руды (рудной мелочи), пылей от производства стали, прокатной окалины, для получения чугуна и экологичных шлаков (см. Вегман Е.Ф., Романец В.А. Современное состояние и перспективы развития процессов жидкофазного восстановления железа. - "Сталь", N 6, М.: Металлургия, 1993, с. 12-13) - прототип. В известном техническом решении к шлакам добавляют носители SiO₂, например, рудную мелочь, для установления основности шлака CaO/SiO₂ 1,0-1,2, причем сверху продувают горячий воздух, а на расплав шлака подают уголь.

Задачей настоящего изобретения является создание способа, который существенно повысит выход тепла и тем самым КПД. Для решения этой задачи способ заключается в том, что в плавильный агрегат загружают шихту, состоящую из сталеплавильных шлаков и носителей железа, загружают флюсы, содержащие SiO₂ и Al₂O₃, для установления требуемой основности, подают воздух и уголь, осуществляют жидкофазное плавление при объемном отношении расплавленного шлака к расплаву железа больше чем 0,5:1, при этом основность шлака CaO/SiO₂ устанавливают равной 1,0-1,8 при содержании Al₂O₃ в шлаке, равном 10-25 мас.%, а горячий воздух подают сверху, уголь - в струе газа-носителя.

В качестве флюсов, содержащих добавки SiO₂ и Al₂O₃, используют формовочные пески, гранулированные доменные шлаки и/или рудную мелочь.

В качестве сталеплавильных шлаков и носителей железа используют электропечные и конвертерные шлаки, рудную мелочь, пыль от производства стали, прокатную окалину.

В качестве плавильного агрегата используют конвертер. В качестве газа-носителя используют азот, кислород или горячий воздух. Объемное отношение расплавленного шлака к расплаву железа выбирают от 0,8: 1 до 1,5:1. Устанавливают основность шлака CaO/SiO₂ равной 1,2-1,8.

За счет продувки сверху горячего воздуха теплопередача дополнительно повышается, причем продувка сверху горячего воздуха вместе с вдуванием угля и N₂ и отдельно кислорода в расплав железа обеспечивают интенсивное перемешивание шлака и расплава железа и тем самым повышенную теплопередачу в образованной интенсивным перемешиванием суспензии шлака и расплава железа.

Для устранения опасности возникновения свищей предпочтительно действуют таким образом, чтобы высота ванны расплава соответствовала, по меньшей мере, 20-кратному, преимущественно 30-60-кратному диаметру нижних сопел. Это способствует одновременно соответствующему перемешиванию и образованию суспензии шлака и расплава железа, за счет чего улучшается теплопередача в жидкой фазе.

Теплопередача может быть еще более улучшена за счет ударного импульса струи горячего воздуха, причем подобный ударный импульс еще более улучшает интенсивное перемешивание расплавов шлака и железа. Предпочтительно при этом действуют таким образом, что скорость горячего газа выбирают между 0,4 и 0,8 числа Маха.

Особенно хорошо перерабатываемый экологичный шлаковый продукт может быть получен в рамках способа, согласно изобретению, за счет того, что шлаки гранулируют с получением содержания стекла более 90%, преимущественно более 93%.

Дополнительно к выбору оптимальной скорости горячего воздуха теплопередачу можно еще более улучшить за счет увеличения удельной поверхности ванны. Подобное увеличение удельной поверхности ванны может быть вызвано, например, за счет полета капелек в газовую камеру конвертера с использованием высоконапорных нижних сопел, благодаря чему может быть достигнуто увеличение удельной поверхности ванны на коэффициент 20 по сравнению со спокойным расплавом шлака. Именно это удается путем расчета высоты ванны расплава относительно диаметра нижних сопел.

В противоположность обычным доменным процессам и традиционным процессам получения стали или чугуна, которые ориентированы на как можно более низкие удельные количества шлака, с помощью способа, согласно изобретению, можно энергетически особенно оптимальным и тем самым экономичным образом преобразовать также ряд до сих пор трудно перерабатываемых носителей железа в чугун. Это в значительной мере относится к рудной мелочи, экономичная переработка которой до сих пор почти не удается. Также пыли от производства стали, которые помимо высокого содержания железа имеют также относительно высокое содержание тяжелых металлов, вполне можно перерабатывать в рамках способа, согласно изобретению. Это относится, конечно, и к прокатной окалине, причем при традиционной переработке из-за прилипающих масел частично встают большие проблемы, не представляющие никаких трудностей в рамках способа, согласнее изобретению (добавка через центральную трубу копья горячего воздуха).

Способ, согласно изобретению, имеет особенно большое значение, в первую очередь, для электросталеплавильных заводов, поскольку они не располагают технологией получения чугуна и, в частности, доменной технологией. Электросталеплавильные заводы вынуждены, как правило, закупать чугун относительно дорого, если необходимо получать более высококачественную продукцию. Это относится прежде всего к тем случаям, когда за счет разбавления следует понизить содержание меди и олова, вносимых в электропечь со стальным скрапом. Наряду с оптимальными переработкой и удалением металлургических остатков, таких как электропечной шлак и пыли, окалина и, при необходимости, формовочный песок, в рамках способа, согласно изобретению, можно особенно предпочтительным образом использовать также алюминий (оксид), содержащий абразивные пыли, а также высушенные красные шламы, образующиеся при получении боксита способом Байера, и другие трудно удаляемые остатки.

Предпочтительно способ, согласно изобретению, осуществляют так, что для защиты сопел через ванну пропускают уголь в количестве от 60 до 350 кг/т шлака вместе с азотом в качестве газа-носителя в количестве 6-9 Нм³/т шлака, а также кислород в количестве 25-100 Нм³/т шлака, при необходимости вместе с углеводородами, за счет чего достигается особенно высокая экономичность.

Для достижения как можно более интенсивного перемешивания шлака и расплава железа, например в виде суспензии шлака и расплава железа, способ, согласно изобретению, осуществляют предпочтительно так, что газы подают под давлением от 5 до 10 бар, причем N₂ подают под более высоким давлением, в частности 7-10 бар, чем углеводороды, например природный газ. Особенно высокий выход энергии за счет использования горячего воздуха достигается тем, что горячий воздух продувают сверху через фурмы под давлением от 0,8 до 1,2 бар в количествах от 400 до 1200 Нм³/т шлака.

Предпочтительно способ осуществляют так, что температуру отходящих газов конвертера регулируют в пределах от 1600 до 1800^oC, преимущественно от 1650 до 1750^oC.

С помощью способа, согласно изобретению, можно получить экологичные шлаки, в частности с соотношением CaO и SiO₂ от 1,3 до 1,6 и содержанием Al₂O₃ от 10 до 20 мас.% при содержании стекла более 93%, которые могут быть использованы в виде смешанного цемента или бесклинкерного сульфатношлакового цемента. Получаемый способом, согласно изобретению, чугун соответствует по спецификации традиционным доменным чугунам с немного меньшим как тенденция содержанием кремния. Предпочтительно загружают рудную мелочь в количествах от 200 до 1500 кг на тонну сталеплавильного шлака, за счет чего достигается соответствующее разбавление Cu и Sn при соответственно ограниченном объеме отходящих газов и обеспечивается экономичная переработка рудной мелочи.

При осуществлении способа согласно изобретению особенно значительными являются некоторые параметры, которые следует учитывать при переработке шлаков или при обращении с ними. В частности, если в конвертер, в котором имеется расплав металла, загружают шлаки, имеющие в случае сталеплавильных шлаков, как правило, основность около 3, за счет загрузки кислых носителей SiO₂ следует установить целевую величину от 1 до 1,8 и предпочтительно примерно 1,5. Подобное изменение основности шлака футеровка конвертера должна, естественно, выдерживать без резкого снижения срока службы, причем в то же время следует учесть, что в результате снижения основности шлака можно существенно изменить его вязкость. За счет снижения основности шлак становится при низких температурах жидким, что опять-таки сказывается на обращении со шлаками, так что, в частности, может оказаться предпочтительным в нужной мере снижать основность шлака либо ступенчато, либо уже перед загрузкой в конвертер. В то время как вдувание рудной мелочи могло бы, таким образом, происходить, в принципе, также через нижние сопла и сквозь расплав металла, с учетом вышеприведенных рассуждений предпочтительнее уже предварительно расплавлять кислые компоненты, например рудную мелочь, гранулированные доменные шлаки или формовочные пески, и смешивать со сталеплавильным шлаком в отдельном ковше. Согласно одному предпочтительному усовершенствованию способа, согласно изобретению, его осуществляют поэтому так, что основность сталеплавильного шлака снижают в ковше, расположенном перед конвертером с расплавом металла.

Для того чтобы повысить эффективность смешивания кислых добавок и, в частности, носителей SiO₂, со сталеплавильными шлаками их следует в значительной степени подогревать или даже расплавлять. Правда, при смешивании из-за реакции нейтрализации происходит дополнительный нагрев, причем этот нагрев может быть использован, в частности, для того чтобы отказаться в предшествующем ковше от дополнительного нагрева, в частности электрического нагрева. Поэтому предпочтительно осуществлять способ согласно изобретению таким образом, что необходимые для снижения основности носители SiO₂, например формовочные пески, гранулированные доменные шлаки и/или рудную мелочь, нагревают в плавильном циклоне отходящими газами конвертера с их одновременной очисткой. Использование плавильного циклона обладает при этом не только тем преимуществом, что можно эффективно использовать ощутимое тепло отходящих газов конвертера, но и в то же время тем преимуществом, что отходящие газы конвертера можно подвергнуть эффективной очистке, благодаря чему выходящие из плавильного циклона очищенные отходящие газы можно направлять непосредственно через теплообменники или регенеративные теплообменники. В таком плавильном циклоне можно также, как это соответствует другому предпочтительному выполнению, дополнительно сжигать содержащийся в отходящих газах конвертера CO и, при необходимости, H₂, благодаря чему можно без остатка использовать химическое тепло.

Для того чтобы гарантировать расплавление загруженных носителей SiO₂ и, в частности, формовочных песков или гранулированных доменных шлаков при достигаемых в плавильном циклоне температурах, могут быть добавлены предпочтительно носители оксида железа, например рудная мелочь. В целом, в качестве единственных носителей SiO₂ может использоваться, однако, и рудная мелочь соответствующего химического состава. Предпочтительно способ, согласно изобретению, осуществляют так, что в плавильный циклон вместе с носителями SiO₂ добавляют рудную мелочь или носители Fe_xO_y для образования фаялитовых шлаков и полученный расплав смешивают со шлаковым расплавом перед загрузкой в конвертер. В отличие от кварцевых песков, имеющих температуру плавления около 2000^oC, фаялитовые шлаки имеют температуру плавления всего 1200-1250^oC, благодаря чему достигается получение расплава с температурой отходящих газов конвертера. Подобный расплав, эффективно связывающий в то же время пыли отходящих газов конвертера, можно, следовательно, быстро смешивать в ковше с расплавом сталеплавильного шлака, так что время пребывания в ковше и тем самым нагрузку на ковш можно поддерживать на низком уровне.

В подобный плавильный циклон можно предпочтительно загружать также носители Al₂O₃, например боксит и/или гранулированные доменные шлаки. В принципе, носители Al₂O₃ можно вдувать и без заметной нагрузки на футеровку последующего конвертера непосредственно в конвертер, если они имеются в соответственно пневматически транспортируемом виде.

Если в рамках использования сталеплавильных шлаков используются шлаки от производства высококачественной стали, то, как правило, следует учитывать и соответствующее содержание хрома. Для получения шлаков, которые можно использовать, необходимо гарантировать, чтобы подобное содержание хрома сохранялось в расплаве металла, и поэтому дефосфоризацию расплава металла необходимо производить предпочтительно в восстановительных условиях. Предпочтительно для этой цели расплав металла выпускают из конвертера и отдельно в восстановительных условиях дефосфорируют посредством CaO, CaC₂, металлического магния, металлического кальция и/или CaF₂.

Для осуществления способа, согласно изобретению, предпочтительно соблюдают следующие технические параметры.

Технические параметры Нижние сопла (диапазон регулирования): Уголь 60-350 кг/т шлака Кислород 25-100 Нм³/т шлака Азот (газ-носитель для угля) 6-9 Нм³/т шлака Природный газ (соплозащитный газ для подачи кислорода) 7-10 Нм³/т шлака
Кислород и природный газ 5-8 бар
Азот 7-10 бар
Фурма для горячего дутья (диапазон регулирования):
Предварительное давление в фурме для горячего дутья 0,8-1,2 бар
Горячий воздух 400-1200 Нм³/т шлака
Отходящие газы конвертера:
Температура 1650-1750^oC
Состав 50-55% N₂
7-20% CO
18-25% CO₂
0,5-5% H₂
7-12% H₂O
Количество 400-1200 Нм³/т шлака
В качестве шихты для способа, согласно изобретению, в рамках одного примера выполнения использовались следующие материалы:
Использованные материалы
Уголь (напр., Центральный коксовальный завод Заара, DIN 23003)
LOI - 19(%)
Зола - 8 (%)
Состав угольной золы (%)
SiO₂ - 52
Al₂O₃ - 25
TiO₂ - 1
Fe₂O₃ - 10
CaO - 8
ОВМ-шлак (NHM) (%)
P₂O₅ - 1,5
CaO - 48
MnO - 3
Al₂O₃ - 4
Fe(FeO) - 15(22)
Fe, мет - 8
Cr₂O₃ - 1
MgO - 3
SiO₂ - 15,4
TiO₂ - 1
Железная руда (%)
LOI - 3,2
SiO₂ - 2,5
Al₂O₃ - 1,5
P₂O₅ - 0,1
CaO - 0,1
Fe₂O₃ - 92
MgO - 0,03
SO₃ - 0,03
Боксит (%)
Al₂O₃ - 95
Песок (%)
SiO₂ - 98
Шлаки, полученные в конвертерах с нижним дутьем, имеют, как правило, меньше FeO и металлизированных долей железа, чем, например, ЛД- или электропечные шлаки. Экономичность способа, согласно изобретению, удалось повысить за счет добавок через нижние сопла SiO₂ и Al₂O₃, таких как формовочные пески, абразивные пыли из автомобильной промышленности или производства двигателей и т. п. , и добавки носителей железа, таких как рудная мелочь, конвертерные пыли, прокатная окалина, а также с использованием, при необходимости, загрязненного диоксином активированного кокса. В конвертер загружали 580 кг сталеплавильного шлака, 280 кг железной руды, 60 кг боксита и 80 кг песка, причем конвертер работал с подачей 185 кг угля, 48 Нм³ кислорода и 670 Нм³ горячего воздуха. Удалось добиться выхода 313 кг чугуна и 615 кг экологичного шлака.

Температура выпуска полученного шлака и чугуна была выбрана 1500^oC. Входная температура шлака составляла 1400^oC.

Рудную мелочь вдували через нижние кислородные сопла, за счет чего вдуваемая железная руда входила в контакт непосредственно с восстанавливающим расплавом железа и тем самым металлизировалась. Подобная загрузка железной руды через нижние сопла обладает по сравнению с загрузкой железной руды сверху с использованием дутьевых фурм тем преимуществом, что существенно уменьшается пылеобразование и тем самым уменьшается соответствующий выход или выброс пыли из конвертера.

Рудную мелочь можно сразу же металлизировать с помощью вдувания, согласно изобретению, без ее предварительного растворения в шлаке. Таким образом, существенно повышается срок службы огнеупорной футеровки.

Вдувание кислорода и углерода или других добавок через специальные нижние сопловые системы в ванну не создает никаких проблем, поскольку, во всяком случае, двухвалентное железо в железной руде не окислялось. Боксит, песики и рудная мелочь могут при этом вдуваться или продуваться сверху вместе с кислородом. Уголь, в частности, смеси из равных частей длиннопламенного угля и антрацита, может продуваться через ванну с инертным газом, например азотом.

В рамках способа, согласно изобретению, удалось транспортировать 15-30 кг железной руды крупностью менее 5 мм/Нм³ кислорода. В целом, в рамках способа, согласно изобретению, можно с помощью кислорода загружать в конвертер через нижние сопла как необходимое количество руды, так и необходимое количество боксита и песка, а также добавок. Если дополнительно необходимо добавить пневматически плохо транспортируемый загружаемый материал, например добавки или руду, это можно осуществить через центральную трубу копья горячего воздуха или через спускной желоб непосредственно в горловину конвертера.

Устройство, особенно предпочтительное для осуществления способа, согласно изобретению, изображено на фиг. 1, а видоизмененное устройство для загрузки носителей SiO₂ изображено на фиг. 2.

На фиг. 1 поз. 1 обозначен опрокидывающийся конвертер. Фурма 2 для горячего воздуха проходит через перемещающееся в вертикальном направлении по двойной стрелке 3 регулировочное кольцо 4, так что можно достичь подходящего положения фурмы. С помощью фурмы для подачи горячего воздуха можно через лопастный затвор 5 загружать относительно дешевый термический уголь, причем горячий воздух присоединен к выводу 6 фурмы.

Экономичность способа можно повысить за счет использования подходящих способов теплообмена и регенерации тепла. Так, например, можно по трубопроводу 7 отводить отходящие газы, а с помощью горячего воздуха, подаваемого по ответвленному трубопроводу 8 вместе с отходящими газами к камере 9 сгорания, можно подвергнуть отходящие газы дожигу. Полученная таким образом энергия может быть привлечена для дополнительного нагрева горячего воздуха. Поз. 10 обозначен традиционный, попеременно используемый теплообменник.

Сгоревшие отходящие газы камеры 9 сгорания, отведенные из теплообменника 11 и охлажденные холодным воздухом для получения горячего воздуха, могут подаваться при температурах ниже 200^oC по трубопроводу 12 к традиционному устройству газоочистки, схематично обозначенному поз. 13.

Внутри конвертера 1 приготовляют суспензию 14 из шлака и расплава железа, причем через нижние сопла 15 подают металлургический уголь и азот, а через окруженные, при необходимости, защитным газом нижние кислородные сопла 16 - добавки. Добавки складываются из носителей 17 SiO₂, носителей 18 Al₂O₃ и рудной мелочи 19, которые могут подаваться соответственно через лопастные затворы 20 и штрековый транспортер 21, а также дополнительный лопастный затвор 22 в поток сжатого кислорода, причем соответствующий питающий трубопровод обозначен поз. 23.

Над суспензией 14 из шлака и расплава железа за счет продувки сверху горячего воздуха в струе горячего воздуха создают обратное пламя, причем дополнительно через лопастный затвор 5 носители Al₂О₃ или FeO могут загружаться тогда, когда они не могут пневматически транспортироваться без проблем через нижние сопла струей сжатого кислорода.

На фиг. 2 изображено видоизмененное выполнение загрузки кислых добавок для снижения основности. Поз. 24 обозначен плавильный циклон, к которому по трубопроводу 25, присоединенному к трубопроводу 7 на фиг. 1, подают горячие отходящие газы конвертера. Горячие отходящие газы конвертера поступают при этом, в основном, по касательной в плавильный циклон 24, причем дополнительно вместе с горячими отходящими газами, например коаксиально, в плавильный циклон 24 вдувают пески и/или рудную мелочь, а также, при необходимости, боксит. По трубопроводу 26 можно вдувать кислород для использования химического тепла горячих отходящих газов конвертера с целью сжигания оставшихся горючих компонентов горячих отходящих газов конвертера.

В плавильном циклоне 24 носители SiO₂ соответственно нагревают, причем в том случае, когда носители SiO₂ состоят из рудной мелочи или носители оксида железа используются вместе с гранулированными доменными шлаками или формовочными песками, может быть образован непосредственно расплав. Очищенные горячие отходящие газы конвертера отводят из плавильного циклона 24 по аксиальному, в основном, трубопроводу 27. Поскольку эти отходящие газы теперь обеспылены, они могут быть направлены непосредственно в теплообменник.

Образованный в плавильном циклоне 24 расплав может быть направлен по трубе 28, которая может быть выполнена, например, в виде барометрической погружной трубы, в шлаковый ковш 29, в котором находится жидкий сталеплавильный шлак. При превращении кислого расплава в основный сталеплавильный шлак высвобождается дополнительная теплота нейтрализации, причем в то же время снижается температура плавления, так что образуется жидкотекучий и легко загружаемый в последующий конвертер шлак.

В рамках примера выполнения получают шлак следующего состава:
Состав шлака
Компонент - Доля (%)
FeO - 0,576
MnO - 0,019
SiO₂ - 33,173
Al₂O₃ - 14,943
TiO₂ - 1
CaO - 43,317
Na₂O - 0,13
K₂O - 0,042
MgO - 3,14
SO₂ - 0,418
Жидкий продукт гранулировали и размалывали.

Как видно из изображенного на фиг. 1 схематичного устройства для осуществления способа, выход полезного тепла через байпас 8 для потока горячего воздуха между горячим 10 и холодным 11 теплообменниками и регенератором можно еще более увеличить. Примерно 15% потока горячего воздуха можно подавать при этом соответственно к холодному теплообменнику, причем поступающие из конвертера отходящие газы, содержащие остаточные количества CO и H₂, дожигают. Дополнительное ощутимое тепло возвращают через теплообменники в горячий воздух, причем дожиг может происходить предпочтительно ступенчато. Камеры сгорания могут тем самым периодически чередоваться с накопителями тепла вдоль потока отходящих газов. Таким образом, можно избежать высоких пиков температур или высокой плотности теплового потока в теплообменнике.

В другом примере выполнения применялись материалы следующего состава:
Сталеплавильный шлак
Компонент - Доля (%)
Fe - 8
FeO - 17,6
Fe₂O₃ - 2,2
SiO₂ - 14,1
Cr₂O₃ - 0,9
Al₂O₃ - 3,2
P₂O₅ - 1,3
TiO₂ - 1
CaO - 44,3
Na₂O - 0,1
K₂O - 0,03
MgO - 3,5
Бедная руда
Компонент - Доля (%)
SO₃ - 0,05
H₂O - 3,3
SiO₂ - 5,4
Al₂O₃ - 3
P₂O₅ - 0,3
Fe₂O₃ - 82,8
MnO - 0,1
CaO - 0,2
MgO - 0,1
В качестве целевого шлака с использованием описанной выше бедной руды был получен шлак следующего состава:
Шлак (1500^oC)
Компонент - Доля (%)
FeO - 2,6
MnO - 0,3
SiO₂ - 32,3
Cr₂O₃ - 0,05
Al₂O₃ - 12,5
P₂O₅ - 0,09
TiO₂ - 0,74
CaO - 32,3
N₂O - 0,14
K₂O - 0,07
MgO - 2,6
SO₃ - 0,9
CaO/SiO₂ - 1
и с основностью CaO/SiO₂ около 1. Одновременно был получен чугун следующего ориентировочного состава:
Чугун (1500^oC)
Компонент - Доля (%)
C - 4,5
Mn - 0,2
Cr - 0,16
P - 0,27
S - 0,08
Fe - Остальное
Для достижения требуемой основности часть сталеплавильного шлака смешивали приблизительно с 4 частями названной бедной руды, причем бедную руду предварительно расплавляли в плавильном циклоне. Нужное содержание Al₂O₃ устанавливали путем вдувания боксита в конвертер.

Как уже сказано, количество бедных руд можно уменьшить за счет использования дополнительных носителей SiO₂, например песка, причем добавка рудной мелочи к SiO₂ - пескам резко уменьшает область плавления за счет образования фаялита. Для понижения температуры плавления SiO₂-песков примерно с 2000^oC до примерно 1200^oC за счет образования фаялитового шлака достаточно, в принципе, добавки около 20 мас.% оксида железа к чистому песку (SiO₂).

Необходимая теплота плавления в плавильном циклоне возникает вследствие относительно большого количества ощутимого тепла в отходящих газах конвертера при 1700^oC, а также вследствие того обстоятельства, что в отходящих газах конвертера еще содержится относительно большое количество химического тепла (около 20% CO и H₂). Ввод и сжигание этих отходящих газов конвертера приводит к образованию фаялитового шлака в плавильном циклоне, причем в результате нейтрализации в последующем сталеразливочном ковше высвобождается дополнительное тепло. Это немалое количество тепла приводит к оптимальному разжижению и гомогенизации полученного смешанного шлака. В то же время доля пыли в очень запыленных отходящих газах конвертера связывается с расплавом, и тем самым отходящие газы конвертера обеспыливаются. С помощью остаточного тепла можно через соответствующий теплообменник подогреть, например, горячий воздух для конвертера.

Формула изобретения

1. Способ переработки сталеплавильных шлаков и носителей железа, включающий загрузку в плавильный агрегат шихты, состоящей из сталеплавильных шлаков и носителей железа, загрузку флюсов, содержащих SiO₂ и Al₂O₃, для установления требуемой основности, подачу воздуха и угля, жидкофазное плавление при объемном отношении расплавленного шлака к расплаву железа больше чем 0,5:1, получение чугуна и экологических шлаков, отличающийся тем, что основность шлака CaO/SiO₂ устанавливают равной 1,0-1,8 при содержании Al₂O₃ в шлаке, равном 10-25 мас.%, при этом горячий воздух подают сверху, а уголь - в струе газа-носителя.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве флюсов, содержащих добавки SiO₂ и АL₂O₃, используют формовочные пески, гранулированные доменные шлаки и/или рудную мелочь.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве сталеплавильных шлаков и носителей железа используют электропечные и конвертерные шлаки, рудную мелочь, пыль от производства стали, прокатную окалину.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в качестве плавильного агрегата используют конвертер.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что в качестве газа-носителя используют азот, кислород или горячий воздух.

6. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что объемное отношение расплавленного шлака к расплаву железа выбирают от 0,8:1 до 1,5:1.

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что устанавливают основность шлака CaO/Si0₂ равной 1,2-1,8.

8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что устанавливают основность шлака при значении от 1,3 до 1,6.

9. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что высота ванны расплава соответствует, по меньшей мере, 20-кратному, преимущественно 30-60-кратному диаметру нижних сопел.

10. Способ по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что скорость горячего воздуха выбирают между 0,4 и 0,8 числа Маха.

11. Способ по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что шлаки гранулируют с получением содержания стекла более 90%, преимущественно более 93%.

12. Способ по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что для защиты сопел через ванну пропускают уголь в количестве от 60 до 350 кг/т шлака вместе с азотом в количестве 6-9 Нм³/т шлака, а также кислород в количестве 25-100 Нм³/т шлака вместе с углеводородами.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что в качестве углеводорода используют природный газ, при этом кислород и природный газ подают под давлением 5-10 бар, а азот подают под более высоким давлением 7-10 бар.

14. Способ по любому из пп.1-13, отличающийся тем, что горячий воздух продувают сверху через фурмы под давлением 0,8-1,2 вместе с холодным воздухом, в количествах от 400 до 1200 Нм³/т шлака.

15. Способ по любому из пп.1-14, отличающийся тем, что температуру отходящих газов конвертера регулируют на значения 1600-1800°С, преимущественно 1650-1750°С.

16. Способ по любому из пп.1-15, отличающийся тем, что рудную мелочь загружают в количествах от 200 до 1500 кг/т сталеплавильного шлака.

17. Способ по любому из пп.1-16, отличающийся тем, что основность сталеплавильного шлака снижают в ковше, расположенном перед конвертером с расплавом металла.

18. Способ по любому из пп.l-17, отличающийся тем, что необходимые для снижения основности носители SiO₂, например формовочные пески, гранулированные доменные шлаки и/или рудную мелочь нагревают в плавильном циклоне отходящими газами конвертера с их одновременной очисткой.

19. Способ по любому из пп.1-18, отличающийся тем, что в плавильный циклон вместе с носителями SiO₂ добавляют рудную мелочь или носители Fe_xO_y для образования фаялитовых шлаков и полученный расплав смешивают со шлаковым расплавом перед загрузкой в конвертер.

20. Способ по любому из пп.1-19, отличающийся тем, что содержащийся в отходящих газах конвертера СО сжигают в плавильном шлаке.

21. Способ по любому из 20, отличающийся тем, что в плавильный циклон загружают носители Аl₂O₃, например, боксит и/или гранулированные доменные шлаки.

22. Способ по любому из пп.1-21, отличающийся тем, что расплав металла выпускают из конвертера и отдельно в восстановительных условиях дефосфорируют посредством СаО, СаС₂, металлического магния, металлического кальция и/или СаF₂.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2