Настоящая работа содержит материалы предварительных исследований по возможности утилизации конверторного шлака АО «АрселорМиттал Темиртау» по маршрутной технологии (рис. 1).

Определение фракционного состава исходного конверторного шлака проводили путем рассева на виброситах и взвешивания отдельных фракций на технических весах в лабораторных условиях. Таким образом, металлические включения конверторного шлака имеет правильную шарообразную форму частиц размерами от 20-30 мкм, шлак конверторного производства представляет собой техногенный отход в котором железосодержащая часть представлена в виде мельчайших металлических корольков различной дисперсности. Это показывает то, что в процессе охлаждения и застывания жидкого конверторного шлака происходит расслоение.

Внедрение в технологию производства извлечение мелкодисперсного металла путем магнитной сепарации измельченного конверторного шлака с дальнейшим брикетированием полученного обогащенного продукта позволит значительно уменьшить потери железа в отвалах.

Для исследования закономерностей сухой магнитной сепарции конверторный шлак фракций >40, 40-20, 20-10, 10-5 мм подвергли подготовке к испытаниям согласно маршрутной технологии (рис. 1).

Каждая из фракций прошла стадии дробления в щековой дробилке, затем измельчения в шаровой мельницы с последующим рассевом по фракциям 5-3, 3- 1, 1-0 мм. Перед магнитной сепарацией все фракции довели до крупности 0,5 -2 мм в соответствии с требованиями инструкции по работе магнитного сепаратора.

Результаты магнитной сепарации конверторного шлака приведены в табл. 1.

Результаты обработки полученных данных по магнитной сепарации конверторных шлаков различных фракций показала, что доля магнитной и немагнитной части зависит от крупности фракции (рис. 2).

Рис. 1. Логическая схема исследования возможности утилизации конверторного шлака АО «АрселорМиттал Темиртау» (a – существующая технология производства)

Таблица 1

Результаты магнитной сепараций

Рис. 2. Распределение конверторного шлака на магнитную и немагнитную части в зависимости от фракций

Рис. 3. Распределение магнитной части конверторного шлака в зависимости от крупности измельчения фракций

Рис. 4. Распределение немагнитной части конверторного шлака в зависимости от крупности измельчения фракций

Более высокое разделение конверторного шлака на магнитную и немагнитную составляющие характерно для более мелких фракций 10–20, 10–5 мм.

На рис. 3, 4 приведено распределение магнитной и немагнитной части в зависимости от крупности измельчения каждой фракции конверторного шлака.

Как видно из приведенных графиков, крупность измельчения любых фракций конверторного шлака >40, 40-20, 20-10, 10-5 мм способствует более полному извлечению ее магнитной части или железа. Разделение конверторного шлака на магнитную и немагнитную части составляет величину порядка 99,2–99,6 %.

Следовательно для более глубокого извлечения железа из конверторного шлака необходимо проводить магнитную сепарацию на предварительно измельченном шлаке. При этом очень важным являются параметры магнитной сепарации (табл. 2).

Таблица 2

Химический анализ продуктов обогащения конверторного шлака методом магнитной сепарации

Как показали исследования, по обогащению конверторного шлака крупностью 5-20 мм методом магнитной сепарации, при магнитной индукции в диапазоне 0,07-0,4 Тесла происходит разделение шлака на магнитный концентрат, содержащий 33,72-38,23 % железа; 29,1-25,7 % окиси кальция; 1,61-1,98 % пятиокиси фосфора (табл. 2).

Из полученных данных (табл. 2), магнитная сепарация увеличивает содержание железа и снижает содержанию фосфора в магнитной части конверторного шлака. Эффективность магнитного обогащения конверторного шлака оценивали показателями обогащения по содержание железа в исходном конверторном шлаке (αFe), в магнитной фракции (βFe) и в немагнитной части конверторного шлака (νFe). Чем выше содержание железа в магнитной части и чем ниже оно в немагнитной фракции, тем эффективнее считается обогащение.

Выходом магнитной фракции конверторного шлака (γ_кш) – это соотношение масс магнитной фракции (P_мф) и исходного конверторного шлака (Р_кш). Масса последнего принята за 100 %. Аналогично вычисляется и выход немагнитной части конверторного шлака.

%; %.

Выход магнитной фракции при магнитной сепарации конверторный шлак может быть вычислен по содержаниям железа в исходном конверторном шлаке, магнитной и немагнитной ее фракциях. При магнитной индукции 0,07 Тесла выход магнитной фракции составил:

.

Выход немагнитной фракции составил:

γ_нф =100 – 59,87 = 40,13 %.

Извлечение железа (ε_мф) в магнитную фракцию конверторного шлака определяется как соотношением масс железа в магнитную фракцию конверторного шлака и в исходном конверторном шлаке. При магнитной индукции 0,07 Тесла извлечение железа в магнитную фракцию составило:

.

Доля оставшегося железа в немагнитной части конверторного шлака составила

.

Коэффициенты обогащения (К_о) показывает, во сколько раз содержание железа в магнитной фракции больше, чем в исходной конверторном шлаке. При магнитной индукции сепаратора равной 0,07 Тесла коэффициент обогащения равен:

К_о = βFe / αFe = 38,22 / 31,22 = 1,22.

Коэффициент сокращения показывает во сколько раз масса магнитной фракции меньше массы исходного конверторного шлака. При магнитной индукции сепаратора равной 0,07 Тесла коэффициент сокращения равен:

К_с = 100 / γ_кш = 100 / 59,87 = 1,67.

Эффективность обогащения конверторного шлака необходимо оценивать по всем показателям обогащения одновременно. Так, высокое содержание железа в магнитной фракции может сопровождаться ее низким выходом или низким извлечением железа во фракцию. Наоборот, высокий выход магнитной фракции связан с пониженным содержанием железа в нем и т. д.

В табл. 3 приведены показатели эффективности извлечения железа методом магнитной сепарации конверторного шлака в зависимости от индукции.

Таким образом, из 1 т конверторного шлака можно получить 598,7 кг магнитной фракции. При этом 73,32 % Fe может быть возвращено в металлургическии передел (в конверторную плавку). Немагнитная фракция, обогащенная фосфором объемом 402,3 кг, после извлечения фосфора может быть использована в качестве добавок агломерационной шихты; а продукты дефосфорации – направлены на получение фосфорсодержащих удобрений.

Таблица 3

Показатели обогащения конверторного шлака

Заключение

1. Анализ современного состояния и тенденции развития технологии утилизации конвертерного шлака по литературным источникам показал, что в странах Евросоюза шлак, полученный при производстве стали, практически полностью находит свое применение в дорожном строительстве (48 %), гидротехнике (3 %), производстве удобрений (3 %), использовании для внутренних технических нужд (10 %), около 13 % отправляется на захоронение в отвалы. По данным АО «АрселорМиттал Темиртау». Конверторный шлак перерабатывают с целью извлечения металлического скрапа, при этом более 80 % шлака поступает в отвал.

2. Измельчение любых фракций конверторного шлака >40, 40-20, 20-10, 10-5 мм до 0,074 мм способствует более полному извлечению магнитной части или железа. Разделение конверторного шлака на магнитную и немагнитную части составляет величину порядка 99,2-99,6 %. Извлечение железа в магнитную фракцию при магнитной индукции 0,07 Тесла составило 73,32 % при 0,4 Тесла – 91,86 %.