Разработка инновационной технологии переработки жидких сталеплавильных шлаков на основе исследования процессов ускоренного затвердевания

• Автор: Шакуров, Амир Галиевич
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 181 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Анализ современного состояния и тенденции развития технологий и оборудования переработки сталеплавильных шлаков..
1.1 Основные тенденции отечественного и мирового опыта переработки шлаков
1.2 Физико-химические свойства сталеплавильных шлаков
1.3 Технологии переработки сталеплавильных шлаков
1.4 Анализ технологий извлечения металла из шлаковых расплавов сталеплавильного производства
1.5 Экологическая оценка традиционных технологий переработки сталеплавильных шлаков
1.6 Физико-механические и другие потребительские свойства продукции из сталеплавильных шлаков
1.7 Выводы и задачи исследования
Глава 2. Исследование физико-химических, гидродинамических
и теплообменных характеристик шлаковых расплавов при охлаждении и затвердевании
2.1 Оценка влияния температуры и химического состава на физикохимические характеристики шлаков
2.2 Исследование кинетики затвердевания шлакового расплава в межшаровом пространстве
2.3 Исследование гидродинамических особенностей течения шлакового расплава в шаровой насадке
2.4 Экспериментальные исследования динамики затвердевания и гидродинамического течения шлаковых расплавов в шаровой насадке
2.5 Исследование процессов теплообмена
2.6 Анализ технологических параметров и условий реализации процесса
2.7 Разработка алгоритма управления технологическим процессом
2.8 Выводы по результатам исследований

Глава 3. Разработка технологии и оборудования для переработки жидких сталеплавильных шлаков в товарную продукцию
3.1 Основные требования к технологии и оборудованию для переработки ЖСШ в товарную продукцию
3.2 Физическое и компьютерное моделирование процессов переработки шлаковых расплавов
3.3. Разработка и пооперационное описание регламента технологии и рабочих режимов агрегата
3.4. Расчет технических параметров по обеспечению технологического процесса в условиях ОАО «ОМК-Сталь»
3.5 Разработка технологического задания на проектирование установки
для переработки шлаковых расплавов
Глава 4. Опытно-промышленное опробование технологии и оборудования переработки шлаковых расплавов
4.1 Разработка программы и методики испытаний
4.2 Опытно-промышленное опробование технологии переработки ЖСШ в условиях ЭСПЦ ОАО «ОМК-Сталь»
4.3 Технико-экономические обоснование внедрения технологии переработки ЖСШ в установках БК секционного типа
4.4 Разработка рабочего проекта промышленного комплекса переработки жидких ковшовых шлаков ЭСПЦ в условиях ОАО «ОМК-Сталь»
Заключение
Список использованной литературы
Приложение 1. Патенты
Приложение 2. Протокол НТС
Приложение 3. Акты
Приложение 4. Технологический регламент

Введение
Актуальность. За длительную историю развития черной металлургии путь решения проблемы переработки шлака условно можно разделить на определенные этапы. Так, известно, что изначально шлак в качестве пригодного сырья для промышленности не рассматривали и знали о нем крайне мало. В дальнейшем сравнительно полно были изучены состав, структура и свойства шлаков. К этому времени относится первый опыт использования шлаков в качестве щебня, вяжущей добавки для производства кирпича и других строительных материалов, - пришло понимание, что шлак, как и металл, следует квалифицированно убирать и подготавливать для получения из него ценных материалов [1]. Академик И.П. Бардин писал: "Совсем немного труда потребуется, чтобы превратить металлургические шлаки в ценные строительные материалы. Шлаки - это не отходы... Это сотни миллионов рублей, это тысячи новых домов, это база дальнейшего строительства" [2].
Проблеме утилизации техногенных отходов металлургического производства во всем мире уделяется большое внимание. В настоящее время в России в шлаковых отвалах по разным независимым оценкам накоплено более 300 млн.т. шлаков сталеплавильного производства. Без учета колоссального экологического ущерба это эквивалентно выводу из хозяйственного обращения
2,5 тыс. га. занимаемых отвалами площадей, а по остаточному содержанию оксидов черных и цветных металлов безвозвратной утрате около 40-50 млн. т. металла и других полезных компонентов.
Используемые в металлургической практики способы удаления и утилизации сталеплавильных шлаков представляют собой сложный, многостадийный и дорогостоящий цикл технологических операций. Кратность сталеплавильного шлака составляет в среднем от 150 до 200 кг/т стали, следовательно, при существующих объемах производства стали в РФ образуется в среднем 13,5 млн.т. в год шлаков текущего сталеплавильного производства (рисунок 1). Содержание в сталеплавильных шлаках металлического железа 8-12% и его оксидов от 20 до 40% делает его ценным сырьевым материалом для металлургии при переработке с максимальным извлечением ценных компонентов.
Технологические процессы переработки сталеплавильных шлаков подразделяют на традиционную переработку твердых отвальных и припечную (мокрую, сухую, механическую) грануляцию жидких шлаков [3, 4, 5, 6].

- грануляция потоком энергоносителя (азотом, воздухом, аргоном, кислородом, паром, водо-воздушной смесью), с добавлением твердых мелкодисперсных веществ и др.;
- прокатка шлака в тонком слое между двумя и более валками;
- охлаждение шлака вводом тонкодисперсного порошка в барабанном смесителе;
- грануляция в водоохлаждаемом барабане;
- охлаждение в тонком слое на движущемся конвейере или наклонной поверхности с продувкой воздухом или без нее;
- грануляции на вращающихся барабанах, диске, чаше, конусе и т.п.
В промышленных условиях Череповецкого меткомбината УралНИИчерметом была отработана технология сухой грануляции конвертерных шлаков высоконапорным (компримированным) и низконапорным (0,02-0,03 МПа) воздухом от вентилятора типа ВВД-11, позволяющая получить граншлак с влажностью 0,1-0,2 % и насыпной плотностью 1800-2000 кг/м3 [65]. По подобной технологии производится грануляция конвертерных шлаков на опытной установке завода в Фукуяме, Япония (фирма “Ниппон кокан”). Шлак из промежуточной емкости поступает в водоохлаждаемый желоб, раздув шлака осуществляется потоком воздуха, подаваемым через сопла (нижнее для раздува расплава, боковые и верхнее для предупреждения разбрызгивания и налипания шлака) [65]. Фирмами “Сумитомо киндзоку коге” и “Исикавадзима харима дзюкоге” на заводе в Вакаяме (Япония) построена опытно-промышленная установка сухой грануляции шлака [66, 67]. Жидкий шлак через желоб сливается на гладкую поверхность вращающегося барабана и гранулируется. Гранулы дополнительно охлаждаются во взвешенном состоянии охлажденным и измельченным до 5 мм шлаковым песком. Производительность установки по шлаку 50 т/ч. Фирмой “СКФ сталь” (Швеция) разработана и построена в Окселезунде опытнопромышленная установка грануляции конвертерных шлаков [68]. Жидкий шлак при температуре 1300-1600°С дробится возвращаемым мелким гранулятом и попадает в камеру кипящего слоя, оборудованную испарительными поверхностями, где охлаждается до 600-700°С. На опытной установке фирмы “Бритиш стил” (Великобритания) грануляцию осуществляют при помощи центробежно-дутьевого распылителя, вращающегося с частотой 500-1500мин-1. Интенсивность потока шлака - 0,7-2 т/ч. [69].