Вторинне використання металів і сплавів

     Рисунок 2.1 – Будова шарів окалини

     Згідно до державного класифікатору відходів України ДК 005-96 окалина прокатного виробництва відноситься до групи 27, до якої включено відходи, що утворюються у процесі виробництва металів основних. Прокатна окалина, згідно до ДК 005-96,  має наступний код 2720. 2. 9. 01. Згідно того ж класифікатору перші чотири цифри коду – це цифровий індекс виду економічної діяльності, з якої утворився відхід; наступна цифра – цифровий індекс фази процесу, на якій утворився відхід; третя цифра – цифровий індекс елемента процесу, від якого утворився відхід; остання цифра – цифровий індекс виду відходу. Таким чином, можна дати наступну розшифровку коду прокатної окалини:

2720 –  відходи виробництва прокату,  труб та метизів з металів  чорних;

2720. 2 –  відходи виробничо-технологічні виробництва прокату, труб та метизів з металів чорних;

2720. 2. 9 – відходи виробничо-технологічні  інші, не позначені іншим способом, або відходи від комбінованих  процесів;

2720. 2. 9. 01 – окалина прокатного та  ковальсько-пресового виробництва.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       3 ЗАСОБИ ПЕРЕРОБКИ ПРОКАТНОЇ ОКАЛИНИ

    Стічні  води виробництв прокату забруднені окалиною й маслом. Очищення їх від окалини здійснюється двохступінчато. Спочатку в ямах первинного очищення від них відділяється велика окалина, яка під дією власної ваги досить швидко осідає на дно. Періодично (у міру нагромадження) вона витягається з ями й практично повністю направляється безпосередньо на утилізацію, в більшості випадків як добавка в агломераційну (або доменну) шихту. Уловлювання дрібної окалини здійснюється у вторинних відстійниках. Ця частина окалини звичайно забруднена масло-продуктами, так що її утилізація в агломераційній шихті небажана, оскільки при цьому виникають певні труднощі: погіршується міцність гранул, що утворюються в процесі спікання, знижується газопроникність шару шихти на агломераційній стрічці і т.д.

      У зв'язку із цим Сиговим  А. А. були проведені експерименти  по попередній обробці замасленої  окалини шляхом змішування її  з обпаленим вапном. Суміш містила 46,4% Fe_общ, 1,6% SiО₂, 14,4% Cao, до 5% вологи і являла собою сипучий матеріал крупністю менше 1 мм. Використання такої суміші в агломераційній шихті виявилося корисним, оскільки підвищилася вертикальна швидкість спікання, а з нею й продуктивність процесу. Крім того, добавка суміші позитивно відбилася на міцності шматків агломерату.

    Перспективним методом утилізації прокатної замасленої окалини є попередня її обробка  шляхом змішування її з вапняком і  шламами інших металургійних  виробництв і готування на основі такої суміші залізо флюсів, які потім утилізуються в агломераційному або в сталеплавильному виробництвах.

    При відкритому зберіганні такого продукту можлива гідратація вапна зі збільшенням його обсягу й руйнуванням структури залізо флюсу. Це явище усувають шляхом уведення до складу залізо флюсу стабілізуючих добавок — оксидів алюмінію, магнію, марганцю. Уведення останніх при використанні флюсів у сталеплавильному виробництві, особливо при переробці маломарганцевих чавунів, переважно, тому що підвищує зміст марганцю в металі. Вихід придатного при виробництві залізо флюсу становить 63 – 72%, а втрати елементів шихти в середньому рівні 2%.

    Ще  одним способом підготовки до утилізації замасленої окалини є її обробка  рідким мартенівським або іншим  сталеплавильним шлаками. При заливанні шлаками окалини остання повільно спливає в в'язкому розплаві й рівномірно розподіляється в його обсязі. Збагачений окалиною застиглий шлаки містить підвищену [на 35-40 % ( по масі)] кількість залізистих з'єднань і тому являє собою коштовну металургійну сировину. При обробці окалин  у розмірі 15 тис. т /рік заощаджується 25 тис. т залізорудної сировини, причому з них 20 тис. т за рахунок окалини (8 тис. т заліза втримується в мартенівських шлаках, що вертаються у виробництво). Ступінь утилізації заліза із замасленої окалини при такому методі перевищує 80%.

    Розглянуті  методи підготовки окалини до утилізації, однак, мають недолік. У цих процесах повністю не спалюються масло-відходи, що втримуються в окалині. Тому процес супроводжується утвором диму, для очищення якого необхідно дороге встаткування.

      У цей час розробляються інші  методи підготовки окалини й її утилізації.         Смирнов П. А. запропонував наступний спосіб обробки. Спочатку згущена пульпа з окалиною нагрівається до температури кипіння при цьому з неї віддаляється до 85 % води. Залишок відправляють на сушіння при температурі 120 °С й з нього віддаляється залишкова волога. Далі здійснюють вакуумну перегонку продукту при температурі 300 – 350 °С, відповідної до верхньої межі кипіння всіх фракцій, що перебувають в окалині, масел, що дозволяє виділити з неї 80 – 85 % їх кількості. Пастообразну масу, що вийшла, піддають вакуумному сушінню при температурі, що перевищує на 30 – 50 °С зазначену границю кипіння (але не вище 400 °С). Перегонка й сушіння здійснюються при тиску, не перевищуючому 4 кПа. Кубовий залишок вивантажується із пристрою після остигання й скидання тиску. Ступінь добування масла при такій обробці становить 94 %. Залишкова концентрація органічних сполук в окалині не перевищує 3 %, а зміст механічних домішок у маслі 0,01%.

    Не  менш перспективним способом утилізації замасленої окалини є використання її в коксохімічному виробництві з одержанням залізококса. Уведення дрібнозернистої добавки, що охляне, у шихту коксових батарей приводить до збільшення щільності насипної маси шихти. Ця добавка підвищує також газопроникність пластичної маси в самій батареї, що сприятливо позначається на продуктивності процесу. Використання окалини в шихті коксових батарей дозволяє, крім того, повністю утилізувати летучі фракції масел і переробляти їх у хімічні продукти. Залізококс, що виходить, більш раціонально застосовувати у вагранках, ніж у доменних печах, оскільки він відрізняється високою реакційною здатністю, в 2 – 3 рази перевищуючої величину цього показника для звичайного коксу, що приводить до зростання його питомої витрати, а, отже, і собівартості чавуну. Залізококс відрізняється більшою щільністю й крупністю шматків, що важливо при реалізації процесу у вагранках.

    Ще  одним перспективним використанням  залізококса, а відповідно й прокатної  окалини, є його застосування в процесах прямого одержання сталі за допомогою  рудовідновчих печей. Дніпропетровським металургійним інститутом досліджена можливість застосування в коксохімічному виробництві паливно-плавильних матеріалів, отриманих на базі прокатної окалини. Остання містила 20 – 65 % твердих часток, що складаються із різних оксидів заліза, що мають розміри до 0,5 мм і 30 – 80 % масел. Суттєво, що температура розкладання останніх близька до температури переходу вугілля в пластичний стан. Дослідженнями було встановлено, що добавка прокатної окалини в кількості 0,3 – 5 % (по масі) у суміш, що містить 60 % тонкодисперсного залізорудного концентрату й 40 % вугілля  (марки Г), сприяє істотному підвищенню спікливості шихти.

    Найвищий  показник по спікливості отримано при  добавці 3 % окалини. Так, міцність готових паливно-плавильних матеріалів при величині добавки рівної 1 % ( по масі), зросла з 68,5 % до 70,2 %, при 3 %-вій добавці – до 76,2 %, при 5 %-вій добавці – до 76 %. У процесі дослідження було також установлене, що добавка окалини збільшує температурний інтервал пластичності суміші й знижує її в'язкість у пластичному стані, що сприятливо відбивається на протіканні рудовідновчого процесу. З'ясувалося, що використання окалини у якості зазначеної добавки є не менш ефективним, ніж застосування в складі суміші антрацитового масла.

    Таким чином, замаслена окалина прокатного виробництва є коштовною сировиною, і її доцільно утилізувати в самому металургійному виробництві.              
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    4 ОПИС ТЕХНОЛОГІЧНОЇ СХЕМИ ПЕРЕРОБКИ  ПРОКАТНОЇ ОКАЛИНИ 

     Найбільш успішно використовується утилізація прокатної окалини шляхом брикетування в металургійному виробництві. Такі країни, як США, Великобританії, Німеччини, Польщі, Південної Кореї, Японії, Франції, Росії активно використовують її в цьому напрямку. Виявляють цікавість до цієї проблеми Китай, Індія, Туреччина. В останні роки й в Україні брикетування знайшло особливу актуальність.

     Фірмою "Шукач" (г. Алчевськ, Донецька обл.) розроблена технологія виготовлення брикетів для підприємств, що виготовляє металеві вироби. Шихта для виготовлення брикетів складалася із чавунної стружки, прокатної окалини, пилу газоочищень металоплавильного виробництва з добавкою 1,5 -2 % сполучних матеріалів, що забезпечують збереження міцностних властивостей брикетів при нагріванні до температури 1200 - 1280 °С.

     У схемі передбачається утилізація практично всіх залізовмісних відходів прокатного виробництва, у тому числі й тих, які пропонується вловлювати. У ливарних, механічних і бляшаних цехах заводів виділяються такі відходи як пил прокатних верстатів, масло індустріальне відпрацьоване, масло компресорне відпрацьоване, обтиральний матеріал забруднений маслами, лом чорних металів несортований.

     Технологія передбачає стадії згущення, механічного зневоднювання на стрічковому фільтрі з намивним шаром фільтрувального матеріалу одноразового використання, технічного знемаслювання в барабанній печі, механічній активації (змішування з порошкоподібними в'язкими), грануляції на тарілчастому окомковувачі, а також циклічний процес зміцнення окатишів-сирців у пропарювальній камері й розвантаження окатишів у бункери-накопичувачі.

     Принципова технологічна схема утилізації прокатної окалини приведена на рисунку 4.2

     1 – вторинний відстійник; 2 –  згущувач; 3 – стрічковий вакуум-фільтр; 4 – пекти КС; 5 – бункер знемасленої окалини; 6 – змішувач; 7 – активатор; 8 – гранулятор; 9 – безперервний шахтний агрегат для пропарювання й сушіння окатишів; 10 – бункер-накопичувач; 11 – бункер доменного або здрібненого ваграночного шлаків; 12 – бункер здрібненої негашеної перевести; 13 – бункер окалини й фільтруючого матеріалу; 14 – бункер здрібненого ваграночного шлаків; 15 – змішувачі; 16 – казан-утилізатор; 17 – електрофільтр; 18 – димосос; 19 – насос; 20 – димар; 21 – віброзволожувач; 22 – бункер-накопичувач. 23 - бункер-накопичувач зволоженому пилу.

     Рисунок 4.2 - Схема технології утилізації замасленої окалини 

     Осад із вторинних відстійників ущільнюється в згущувачах і фільтрується через шар фільтруючого матеріалу на стрічковому вакуум-фільтрі. У якості фільтруючого матеріалу застосована суміш зі знемасленої окалини й одного з компонентів в'язкого, тобто фільтруючим матеріалом служать окремі складові шихти. Кількість його становить 25 - 30 % від маси фільтруємого осаду при долі шлаків у суміші близько 20 %. Фільтрат містить не більш 3 - 5 мг/л зважених речовин і масел, відповідає вимогам до технічної води. Збезводнена суміш замасленої окалини й фільтрувального матеріалу подається на випал при 700 °С, наприклад, у дві печі киплячого шару. Така температура випалу обумовлена рядом причин, а саме: при нагріві окалини в інтервалі температур 100 - 280 °С віддаляються гігроскопічна волога, близько 5 % легких вуглеців, та пари масел. При збільшенні інтервалу температур до 480 – 600 °С відбувається поліконденсація з утворенням сажі, а збільшення температури опалу до 600 – 800 °С призводить до зростання вуглецевих сіток з утворенням структури твердого осаду. Обпалений осад, що містить 80 - 85 % часток класу менше 53 мкм, змішуються з 4 % вапна й 4 % здрібненого шлаків і окомковується. Додавання вапна та шлаків обумовлено тим, що окалина характеризується низьким ступенем сипучості, а додавання вище вказаних речовин, збільшують ступінь сипучості. Вапно також попередньо дробиться й подрібнюється. Дослідженнями встановлена рівна придатність доменного й ваграночного шлаків, однак ваграночний шлаки містить значно менше сірки, ніж доменний (відповідно 0,20 і 0,80 %), має підвищену масову частку заліза металевого (до 5 %) і тому більш кращий. Зміцнення окатишів здійснюється у дві стадії. На першій проводиться термовлагістна обробка при 70 - 100 °С (пропарювання). Теплоносієм є пара низького тиску (при вході в зону пропарювання тиск може бути не більш 0,3 МПа) у кількості 80 - 100 кг/т окатишів. Тривалість пропарювання становить 10 годин, вологість окатишів 2 - 5 %. На другій стадії твердіння (сушіння) температура піднімається до 200 - 300 °С, а вологість середовища знижується менш ніж до 70 %. Тривалість сушіння рівна 0,5 - 1 година. Джерелом пари служить казан-утилізатор, що працює на газах, що відходять на стадії випалу замасленого шламу. Інша частина випалювальних газів направляється для сушіння пропарених окатишів. Готова продукція розвантажується в бункер-накопичувач.

     Розглянута вище технологія прискореного твердіння безвипалювальних окатишів реалізується в шахтному пропарочно-сушильному агрегаті безперервної дії. Він має верхню завантажувальну горловину, нижній завантажувальний пристрій і шахту, конструктивно розділену на дві зони. У верхній з них витримується режим пропарювання, а в нижній – сушіння.