ПЕРЕРОБКА ТА УТИЛІЗАЦІЯ ШЛАКІВ
Шлакопереробка та утилізація металургійних шлаків набули у світі широкого поширення. На сучасних металургійних заводах не тільки утилізуються всі шлаки, що утворюються, а й поступово розробляються і старі шлакові відвали. У шлакових відвалах на заводах нашої країни ще зберігаються сотні мільйонів тонн шлаку, відвали займають значні площі. Переробка та використання шлаків (і уловленого плавильного пилу) в даний час являють собою самостійну підгалузь металургійного виробництва.
25.13.1. Утилізація шлаків доменного производства. Склади доменних шлаків коливаються у досить широких межах. Можна прийняти наступний склад шлаків, %: SiO2 35-40; А1203 8-17; СаО 40-46; MgO 2-10. Вихід шлаку в залежності від складу шихти та інших факторів коливається від 300 до 600 кг/т чавуну.
Практикою доведено цінність доменного шлаку як сировини. В даний час на всіх металургійних підприємствах організовано переробку шлаків на корисну продукцію: гранульований шлак (граншлак), щебінь, пемзу, мінеральну вату, лиття, бруківку та інші вироби, високоглиноземний щебінь.
Найбільшого поширення набула переробка доменного шлаку в гранульований ', виробництва якого витрачають близько 50 % всієї маси доменного шлаку.
Зі всіх існуючих способів грануляції в металургії використовують в основному три.
1. Мокре гранулювання - на поточний струмінь розплавленого шлаку подають струмінь води, і обидві струмені падають у басейн з водою. В результаті розплавлена речовина (у нашому випадку шлак) розбризкується і ці бризки тверднуть у воді у вигляді дрібних зерен або гранул.
2. Напівсухе гранулювання - розплавлену речовину, змішану зі струменем води, подають набарабан, що обертається, з лопатями, з яких воно відкидається у вигляді крапель. При падінні в повітрі ці краплі тверднуть.
3. Сухе гранулювання - розплавлену речовину гранулюють під впливом стисненого повітря, азоту або водяної пари.
Доменні граншлаки використовують: для часткової заміни природного піску у складі бетонів; як активну мінеральну добавку при виробництві шлакопортландцементу; як сировинний компонент під час виробництва цементного клінкеру; для виробництва шлакоблоків (товари народного споживання) та ін.
1 Від лат.granulum -зернятко.
Шлаковий щебінь - другий за обсягом продукт переробки доменних шлаків. Щебінь із доменного шлаку є ефективним заповнювачем для бетону; він покращує деякі технологічні характеристики бетонної суміші. Використовуваний для будівництва та ремонту автомобільних доріг шлаковий щебінь за своїми властивостями не поступається щебеню твердих порід, іноді він їх перевершує.
Шлакову пемзу використовують для виготовлення легких бетонів. Бетон на цьому заповнювачі характеризується більш високою щільністю та меншою теплопровідністю порівняно з рівноміцним легким бетоном.
Одними з ефективних теплоізоляційних матеріалів є мінеральна вата та вироби на її основі. Головним сировинним компонентом мінераловатної промисловості є кислі доменні шлаки, багаті кремнеземом і глиноземом.
З рідких доменних шлаків отримують також різні литі шлакові матеріали та вироби: дорожню бруківку, базальтові труби та ін.
25.13.2. Утилізація шлаків сталеплавильного виробництва. Етапи переробки та утилізації всієї маси шлаків, що утворюються в сталеплавильному виробництві, є обов'язковим елементом безвідходної технології. По перше,численні шлакові відвали та пов'язані з цим відчуження земельних угідь, утворення пилу, негативний вплив на повітряний та водний басейни шкідливі та екологічно неприпустимі; по-друге, утилізація відходів економічно вигідна. Достатньо зазначити, що тільки чистого металу зі шлаками витягується понад 1 млн. т на рік.
Основними шляхами утилізації шлаків сталеплавильного виробництва є: 1) вилучення металу; 2) отримання залізофлюсу для вагранок та аглодоменного виробництва; 3) отримання щебеню для дорожнього та промислового будівництва; 4) використання основних шлаків як вапняних добрив (шлакового борошна) для сільського господарства; 5) використання фосфоровмісних шлаків для отримання добрив для сільського господарства; 6) вторинне використання кінцевих сталеплавильних шлаків.
Сталеплавильні шлаки умовно (маючи на увазі їх подальше використання) можна розбити на кілька підгруп:
а) шлаки, що утворюються в початковий період плавки (цей період часто називають окислювальним). Ці шлаки містять велику кількість оксидів заліза (іноді до 40% від загальної кількості шлаку). Залізо в шлаку може бути у вигляді оксидів FeO і Fe2O3 і у вигляді корольків заліза, що заплуталися в шлаку. Основність цих шлаків невелика; зазвичай вони завантажуються з агрегату після завершення початкового періоду плавки і можуть зберігатися та перероблятися окремо;
1 Чистий ортосилікат кальцію (СаО)2 • SiCb теоретично складається з 65% СаО та 35% SiO2. Однак склад реальних шлаків відрізняється від складу двокальцієвого силікату і дійсна температура розпаду реальних шлаків значно нижча за 675 'С.
На ряді металургійних підприємств (Новолипецькому металургійному комбінаті, череповецькому «Северсталь»,Таганрозькому металургійному заводі та ін.) створено та діє обладнання для практично 100%-ної переробки шлаків. При цьому одержують значну кількість щебеню, шлакового борошна, фосфат-шлаку, витягують значну кількість металу. Однак поки що в цілому по країні проблема утилізації шлаків вирішена не повністю: багато конструктивних розробок перебувають у стадії вирішення. Розробляються технології одержання зі шлаків абразивних матеріалів; відпрацьовуються методи сухої та мокрої грануляції рідких сталеплавильних шлаків. Особливо перспективною є організація сухої грануляції, при якій одночасно можна вирішити два завдання: посилюючи охорону водного басейну, отримувати нагріте повітря. Слід зазначити розширення використання конвертерних шлаків при виплавці чавуну та у виробництві агломерату. Застосування шлаку супроводжується заміною ним у шихті частини агломерату, сирого вапняку та марганцевої руди; при цьому здешевлюється агломераційна шихта, збільшується продуктивність агломашин та підвищується міцність агломерату.
8. Істотну економію ресурсів одержують при використанні рідких шлаків:
а) в електросталеплавильному виробництві - це практика роботи на «болоті» (в результаті зростає продуктивність, прискорюється шлакоутворення, досягається економія флюсу, знижується витрата електроенергії);
б) у конвертерному виробництві - при залишенні кінцевого шлаку в печі покращується тепловий баланс, прискорюється шлакоутворення, економиться флюс, знижуються втрати заліза зі шлаком;
в) у конвертерному виробництві — завдяки «роздмуванню» шлаку на поверхні футерування після випуску плавки зростає стійкість футерування, знижується витрата вогнетривів.
9. Особливо ефективна розробка шлакових відвалів заводів,виробляють сталь легованих та високолегованих марок. У багатьох випадках для цього не потрібне використання складного обладнання.
Всі металовідходи за ступенем легування та хімічним складом можна розділити на внутрішньозаводські групи. На «Дніпроспецсталі» їх понад 450, включаючи 70 груп легованого брухту. Для використання скрапу на пряму виплавку серійних сталей і навіть на виплавку так званої шихтової болванки потрібно обов'язкове ретельне розсортування скрапу за хімічним складом.
Практично вилучення скрапу ведеться за допомогою кар'єрних екскаваторів, бульдозерів та автосамоскидів.
Витягнутий скрап перевозять у копровий цех; його поділяють на магнітний та немагнітний. Крім того, за габаритами (масою) скрап поділяють на негабаритний (більше 10-15 т), габаритний (0,5-10,0 т) та дрібний (0,25-0,5 т). Окремо складується скрап, в якому видно сплавлені скрапи різних плавок, а також скрапи з великою часткою (понад 20%) неотделяемого шлаку. Від кожної габаритної та негабаритної скрапи відрізається проба на хіміко-спектральний контроль у стаціонарній лабораторії. За результатами контролю скрапині присвоюється група відходів за заводською технологічною інструкцією, її зважують. З отриманими даними про хімічний склад, присвоєній групі відходів і масі скрапина направляється на платформах сталеплавильний цех для використання при виплавці сталі відповідної марки.
Негабаритний скрап у копровому цеху розрізають за допомогою газокисневих пальників або іншого обладнання.
Відвантаження немагнітного скрапу ведуть у лотках для зручності завантаження в цебра або безпосередньо в оборотні підні цебра, що перевозяться на лафетах в цех.
У результаті 1999 р. зі шлакових відвалівбуло витягнуто та направлено до копрового цеху 19 570 т скрапу, з яких у дугових печах за цей же час переплавлено 18 370 т. При цьому близько 12 тис. т становив скрап легованих сталей; більша його частина використана на пряму виплавку. - Накопичений досвід дозволяє суттєво раціоналізувати способи як видобутку, так і утилізації скрапу, що відрізняється за габаритними розмірами та хімічним складом.