Проблемы:
Утилизация окалины вызывает большие трудности, особенно мелкой (крупность частиц до 100 мкм), содержащей до 20-30 % масел. Основные пути ее переработки – химическое и термическое обезжиривание, однако, эти процессы являются дорогостоящими.
2. Обзор промышленно пригодных способов переработки окалины
Одним из видов ценного вторичного сырья являются отходы металлообработки: металлическая стружка, обрези заготовок.
На многих заводах при термической обработке металлов образуется большое количество окалины, которая осаждается в масле после закалки.
Для рационального использования в качестве шихтового материала стружку необходимо прессовать в брикеты и пакеты максимальной плотности. Использование брикетов или пакетов способствует повышению его металлургической ценности, сокращает трудоемкость погрузочно-разгрузочных работ. Идея технологии брикетирования заключается в получении максимально возможной плотности брикетов или пакетов за счет качественной подготовки исходного сырья и окускованию при минимальных энергетических затратах. При этом качественная подготовка исходного сырья должна обеспечить максимальную плотность брикетов или пакетов при использовании серийного прессового оборудования.
Замасленную окалину трудно подготовить к утилизации из-за повышенного содержания в ней масел, а в прокатных цехах металлургических предприятий образуются большие количества замасленной окалины, которая находит ограниченное применение и сбрасывается в шламонакопители.
Проблема утилизации замасленной окалины в настоящее время решается в основном в одном направлении — обезмасливание ее с получением чистой, обезжиренной, легко утилизируемой окалины. Однако и химическое и термическое обезмасливание - дорогостоящие процессы, создающие дополнительные экологические осложнения.
Брикетирование в черной металлургии - это наиболее ранний способ окускования, который широко применяется для этой цели во второй половине 19 столетия. В начале 20 столетия брикетирование было вытеснено агломерацией по причинам:
неэкономичность окускования брикетированием при помощи маломощных прессов с низкой производительностью, в то время как в агломерации были созданы машины с производительностью 2000 т. и более агломерата в сутки;
возможность при агломерации удалить вредные примеси (S, As, Zn, и др);
получать агломерат в офлюсованном виде.
И в настоящее время производство металлургических брикетов в России не получило развитие в широких производственных масштабах по тем же самым причинам, хотя с точки зрения технологии и экономики производства оно имеет ряд преимуществ:
брикеты имеют одинаковую правильную форму и вес, в данном объеме содержат больше металла, они обладают более высокой прочностью и лучшей транспортабельностью;
обладают более высоким удельным весом;
количество оборотного продукта на агломерационной фабрике составляет около 20-25%, а иногда и выше от общего потока шихты, в то время как на брикетной фабрике- не более 2%;
весь кислород в брикете остается активным, в агломерате же он находится в связанном состоянии ( в виде силикатов), первое особенно важно для доменного производства;
экологическая безопасность брикетов (безотходность, отсутствие высоких температур при изготовлении);
возможность применения в брикете в любом соотношении углеродосодержащего наполнителя для активизации процессов в металлургической печи (карбюризатор, восстановитель, энергоноситель);
возможность использования всех видов тонкодисперсных железофлюсолигироуглеродосодержащих отходов металлургического передела.
Надо учесть, что попытки использовать брикетирование в металлургии для подготовки неметаллической шихты не прекращались никогда. Особенно полно брикетирование как метод окускования отвечает требованиям утилизации мелких отходов метзаводов (сравнительно небольшое воспроизводство, непостоянство физико-химических свойств и пр.). Металлургическими предприятиями Франции ежегодно перерабатывается в брикеты до 4 млн.т. железосодержащих шламов и уловленной в газоочистках пыли. В черной металлургии США и стран Западной Европы уже давно наряду с железосодержащими материалами брикетируются другие мелкие отходы: известковая пыль, отходы ферросплавного производства, некондиционная мелочь плавикового шпата и прочие весьма ценные материалы. На их основе получают шихтовые брикеты и флюсы для металлургического производства.
К основным причинам недостаточного использования брикетирования в отечественной практике следует отнести сегодня следующие:
-неправильный выбор места и объема утилизации отходов;
-упрощенный (некомплексный )подход к решению проблемы;
-использование неэффективных способов (технологий) брикетирования
Понятны пути решения этих трех проблем:
максимальное приближение изготовления брикетов к техногенным месторождениям и, соответственно, предприятиям потребителям;
-создание металлургического самовосстанавливающегося и самоплавкого брикета с использованием нетрадиционного вяжущего и углеродистого наполнителя для всех видов металлургического передела, т.е. принципиально новой композиционной шихты;
-использование резерва имеющегося вибропрессовального оборудования для производства строительных изделий и создание упрощенных вибропрессовальных автоматических линий для производства металлургического брикета.
По физическим свойствам брикеты металлургически должны:
- обладать атмосфероустойчивостью (при хранении на воздухе не подвергаться атмосферному влиянию, не разрушаться от сырости, тепла и холода);
- обладать механической прочностью, то есть в достаточной степени сопротивляться удару и истиранию (выдерживать перевозку и перегрузку с образованием минимального количесва мелочи и пыли);
обладать достаточной пористостью, так как от степени пористости зависит скорость восстановления руды, а в связи с этим и производительность печи (брикеты для доменной и шахтной плавок);
обладать плотностью и большим удельным весом;
содержать минимальное количество влаги, так как влажность ухудшает газопроницаемость брикетов, а на испарение её требуется дополнительный расход горючего;
быть термоустойчивыми и выдерживать в печи под определенным давлением, не разрушаясь, температуру 800-1000°С.
В черной металлургии к брикетам предъявляют специальные требования в соответствии с их назначением, т.е. в зависимости от способов их передела.
Железоуглеродосодержащие брикеты очень устойчивы к атмосферным воздействиям и в процессе хранения даже увеличивают свою прочность в некоторых случаях до 40% от первоначальной. Плотность и прочность зависят от компонентного состава и количества вяжущего вещества.
Механическая прочность брикетов высокая. Показатель, определяющий сопротивление брикета перевозкам и перегрузкам, называется осыпаемость. Пористость железоуглеродосодержащего брикета по требованию не менее 10%.
Гигроскопическая влажность зависит от условий хранения, в представленных образцах она находится на уровне 2-3%. Брикет выдерживает , не разрушаясь, температуру до 1300°С, т.е. более высокую, чем предъявляется к такому виду шихты (800-1000°С).
Наиболее экономически выгодной и экологически безопасной является «холодное» брикетирование. Недостатки ранее принятой технологии изготовления брикетов на штемпельных, револьверных, вальцевых прессах (низкая производительность, сложность оборудования, ограниченность в размерах и т.д.) полностью разрешены на вибропрессовальных линиях по производству строительных изделий.
Проанализировав эксплуатационные качества брикетов с различными связующими и технологичность их применения в производстве, я считаю наиболее экономически выгодным применение портландцемента. К преимуществам портландцемента относятся:
- возможность быстрого (не более 16 часов) достижения требуемой эксплуатационной прочности;
- незначительные энергозатраты для ускорения набора прочности брикетами (обеспечение температуры t ~50° С);
- начало схватывания цемента (адгезионная активность) наступает не ранее 2 часов, что обеспечивает возможность «спокойной» эксплуатации оборудования, исключающей «заклинивание» машин и механизмов при непродолжительной аварийной остановке;
- цемент не настолько химически агрессивен, как, например, жидкое стекло или известь, работа с которыми требует специальных навыков персонала и специального транспортного и накопительного оборудования;
- портландцемент является гидравлическим вяжущим, то есть сохраняет свои свойства как в воздушно-сухих, так и во влажностных условиях, в отличие от воздушных вяжущих (извести, магнезиального вяжущего, жидкого стекла и др.);
- высокая удельная поверхность цемента позволяет обеспечить достаточное сцепление частиц основных компонентов брикета при минимальном расходе связующего;
- под воздействием вибрации цемент подвергается «разжижению», обеспечивая создание плотной структуры брикета в процессе формования без создания внутренних напряжений, в отличие от воздействия высоких давлений;
- процесс гидратации цемента, происходящий в камерах тепловой обработки, экзотермичен; при твердении цемента выделяется теплота в количестве 40-80 кал/г (в зависимости от вида цемента), то есть каждая тонна брикета в процессе набора прочности является дополнительным источником тепла в количестве 4000-8000 ккал;
- рынок поставщиков портландцемента достаточно велик, то есть данное вяжущее относится к недефицитным, что является значимым фактором при организации высокопроизводительных брикетных фабрик.