Способ утилизации тепла жидкого шлака

Изобретение относится к утилизации тепла жидкого шлака и может применяться в цветной и черной металлургии, угольной энергетике и в других технологических процессах, в которых образуется жидкий шлак. Жидкий шлак приводят в контакт со смесью оксидных и углеродсодержащих материалов, нагревают смесь теплом жидкого шлака и восстанавливают оксидные материалы. При этом масса смеси оксидных и углеродсодержащих материалов составляет не более половины от массы жидкого шлака. Содержание углерода в смеси оксидных и углеродсодержащих материалов составляет 10-30 мас.%. Изобретение позволит утилизировать тепло жидкого шлака и восстановить оксидные материалы. 5 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к утилизации тепла жидкого шлака, и может применяться в черной и цветной металлургии, угольной энергетике и в других технологических процессах, в которых образуется жидкий шлак.

Известен способ утилизации тепла жидкого шлака, включающий слив шлака в бассейн с проточной водой (С.Н.Гущин и др. Теплотехника и теплоэнергетика металлургического производства. - М.: Металлургия, 1993 г., стр.332). Этот способ позволяет утилизировать тепло жидкого шлака для нагрева воды. Однако нагретая вода имеет очень ограниченные возможности использования (как правило, для обогрева бытовых помещений). Кроме того, этот способ требует большого расхода воды и отличается неэкономичностью.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ утилизации тепла жидкого шлака, включающий приведение шлака в контакт с охладителем (С.Н.Гущин и др. Теплотехника и теплоэнергетика металлургического производства. - М.: Металлургия, 1993 г., стр.333-335). В качестве охладителя могут применяются металлические барабаны с водой, которая, испаряясь, образует пар. Этот способ позволяет утилизировать тепло жидкого шлака для получения пара, который имеет значительно большую энергетическую ценность, чем нагретая вода. Недостатком известного способа является невозможность использования тепла жидкого шлака для восстановления оксидных материалов.

Технической задачей изобретения является утилизация тепла жидкого шлака для восстановления оксидных материалов.

Эта задача решается тем, что в известном способе утилизации тепла жидкого шлака, включающем приведение шлака в контакт с охладителем, в качестве охладителя используется смесь оксидных и углеродсодержащих материалов.

Под оксидными материалами понимаются материалы, содержащие оксиды железа, меди, никеля, свинца, цинка, фосфора.

При контакте жидкого шлака со смесью оксидных и углеродсодержащих материалов смесь нагревается и протекает реакция:

ЭЛ_хО_у+уС=хЭл+уСО, где Эл_хО_у - оксидный материал, C - углерод, CO - окись углерода.

Например: Fe₂O₃+3C=2Fe+3CO.

Параллельно может протекать и реакция:

Эл_хО_у+уСО=хЭл+уCO₂, где Эл_хО_у - оксидный материал, CO - окись углерода, CO₂ - двуокись углерода.

В результате протекания этих реакций происходит восстановление элемента Эл углеродом и окисью углерода, то есть тепло жидкого шлака используется для нагрева и восстановления оксидных материалов.

Важно, чтобы вес смеси оксидных и углеродсодержащих материалов составлял не более половины веса жидкого шлака. Если их количество будет больше, тепла жидкого шлака не хватит для их нагрева до температуры, при которой интенсивно протекает реакция взаимодействия оксидов с углеродом.

Желательно, чтобы количество углерода в смеси оксидных и углеродсодержащих материалов составляло 10-30 мас.%. При меньшем содержании углерода степень восстановления оксидов будет незначительна. При содержании выше 30% часть углерода не может провзаимодействовать с оксидами и не будет полезно использована на восстановление.

Наиболее хороший контакт и, соответственно, условия для восстановления оксидов возникают при использовании в качестве смеси оксидных и углеродсодержащих материалов оксидно-угольных брикетов или оксидно-угольных окатышей.

В качестве оксидных материалов целесообразно использовать металлические руды или концентраты. Наиболее предпочтительно использовать руды или концентраты железа, меди, никеля, свинца, цинка.

Целесообразно в качестве оксидных материалов использовать отходы, содержащие оксиды металлов. Это могут быть пыли газоочисток металлургических агрегатов, некоторые виды твердых шлаков, окалина и др. отходы. При их использовании уменьшается вредное воздействие на окружающую среду за счет уменьшения количества отходов.

Также можно в качестве углеродсодержащих материалов использовать отходы, содержащие углерод. Это могут быть древесные отходы, отходы пластика, отходы углеобогащения, отходы нефтехимического производства и другие. При их использовании также уменьшается вредное воздействие на окружающую среду за счет уменьшения количества отходов.

Смесь оксидных и углеродсодержащих материалов целесообразно использовать в предварительно брикетированном или окомкованном виде.

Пример. Жидкий шлак с температурой 1450°C из доменной печи выпускают в емкость. В эту емкость помещают брикеты, изготовленные из угля и окалины, образующейся при прокатке стального листа. Содержание углерода в брикетах составляет 15 мас.%. Количество брикетов - 2 тонны, порция шлака, выпускаемая в емкость - 6 тонн. Брикеты нагреваются жидким шлаком и происходит восстановление оксидов железа до металлического железа с образованием корольков металла. Восстановление начинается при нагреве брикетов до температуры 750°C. Степень металлизации железа (Fe_мет/Fe_общ) составляет 70%. Затем частично восстановленные оксидные материалы извлекаются из шлака после его охлаждения и измельчения (например, магнитной сепарацией) и используются как шихтовые материалы при производстве чугуна или стали.

Если количество жидкого шлака будет меньше количества брикетов, например в емкость загрузят 2 тонны брикетов и выпустят туда 1,5 тонны шлака, то реакция восстановления практически не начнется, так как тепла шлака не хватит (температура смеси шлака и брикетов в среднем составит около 600°C) и, степень металлизации железа будет менее 10%.

Если содержание углерода в брикетах будет менее 10%, например 5%, степень металлизации также резко снизится и составит 25%. Если содержание углерода будет более 30%, например 40%, то степень металлизации будет достаточно высокой - 75%, но 10% углерода остаются в брикете и полезно не используются для восстановления окислов.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет утилизировать тепло жидкого шлака для восстановления оксидных материалов.

1. Способ утилизации тепла жидкого шлака, отличающийся тем, что жидкий шлак приводят в контакт со смесью оксидных и углеродсодержащих материалов, нагревают смесь теплом жидкого шлака и восстанавливают оксидные материалы, при этом масса смеси оксидных и углеродсодержащих материалов составляет не более половины от массы жидкого шлака.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание углерода в смеси оксидных и углеродсодержащих материалов составляет 10-30 мас.%.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве смеси оксидных и углеродсодержащих материалов используют оксидно-угольные брикеты или оксидно-угольные окатыши.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве оксидных материалов используют руды или их концентраты.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве оксидных материалов используют отходы, содержащие оксиды металлов.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве углеродсодержащих материалов используют отходы, содержащие углерод.