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
|
Фракций, мм |
Магнитная часть |
Немагнитная часть |
Итого |
|||
|
103 кг |
% |
103 кг |
% |
103 кг |
% |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
Фракция +40 |
||||||
|
3-5 |
59 |
0,16 |
7 |
0,06 |
66 |
0,14 |
|
1-3 |
95 |
0,26 |
24 |
0,22 |
119 |
0,25 |
|
0-1 |
36530 |
99,58 |
11370 |
99,72 |
47930 |
99,68 |
|
Итого |
36684 |
100 |
11401 |
100 |
48085 |
100 |
|
Итого, % |
76,28 |
100 |
23,72 |
100 |
100 |
100 |
|
Фракция +20 |
||||||
|
3-5 |
99 |
0,62 |
33 |
0,13 |
132 |
0,33 |
|
1-3 |
31 |
0,20 |
0 |
0 |
31 |
0,07 |
|
0-1 |
15580 |
99,18 |
24820 |
99,87 |
40400 |
99,60 |
|
Итого |
15710 |
100 |
24853 |
100 |
40563 |
100 |
|
Итого, % |
38,72 |
100 |
61,28 |
100 |
100 |
100 |
|
Фракция +10 |
||||||
|
3-5 |
210 |
0.40 |
77 |
3.35 |
287 |
0.52 |
|
1-3 |
228 |
0.44 |
5 |
0.3 |
233 |
0.43 |
|
0-1 |
51520 |
99.2 |
2220 |
96.4 |
53740 |
99.1 |
|
Итого |
51958 |
100 |
2302 |
100 |
54260 |
100 |
|
Итого, % |
95,75 |
100 |
4,25 |
100 |
100 |
100 |
|
Фракция +5 |
||||||
|
3-5 |
100 |
0.2 |
0 |
0 |
100 |
0.2 |
|
1-3 |
113 |
0.6 |
5 |
0.5 |
118 |
0.6 |
|
0-1 |
24690 |
99.2 |
950 |
99.5 |
25640 |
99.2 |
|
Итого |
24903 |
100 |
955 |
100 |
25858 |
100 |
|
Итого, % |
96,30 |
100 |
3,7 |
100 |
100 |
100 |
|
Фракция +40 |
||||||
|
3-5 |
125 |
0.7 |
8 |
0.1 |
133 |
0.2 |
|
1-3 |
318 |
2.2 |
48 |
0.7 |
366 |
0.6 |
|
0-1 |
14450 |
97.1 |
7250 |
99.2 |
21700 |
99.2 |
|
Итого |
14893 |
100 |
7306 |
100 |
22199 |
100 |
|
Итого, % |
67,08 |
100 |
32,92 |
100 |
100 |
100 |
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
|
Материал |
Магнитная индукция, Тесла |
Содержание, % |
|||
|
Fe |
FeO |
P2O5 |
CaO |
||
|
Исходный шлак |
- |
31,22 |
24,35 |
2,19 |
40,8 |
|
Магнитная фракция |
0,07 |
38,23 |
34,68 |
1,61 |
29,1 |
|
Немагнитная фракция |
0,07 |
20,76 |
12,58 |
2,91 |
62,6 |
|
Магнитная фракция |
0,4 |
33,72 |
23,78 |
1,98 |
35,7 |
|
Немагнитная фракция |
0,4 |
17,00 |
11,79 |
2,56 |
48,6 |
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 (γкш) – это соотношение масс магнитной фракции (Pмф) и исходного конверторного шлака (Ркш). 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:
γнф =100 – 59,87 = 40,13 %.
Извлечение железа (εмф) 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 (Ко) 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:
Ко = 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:
Кс = 100 / γкш = 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
|
Материал |
Магнитная индукция, Тесла |
Содержание Fe, % |
Выход, % |
Извлечение железа, % |
Коэффициент обогащения |
Коэффициент сокращения |
|
Исходный шлак |
- |
31,22 |
||||
|
Магнитная фракция |
0,07 |
38,23 |
59,87 |
73,32 |
1,22 |
1,67 |
|
Немагнитная фракция |
0,07 |
20,76 |
40,13 |
26,68 |
||
|
Магнитная фракция |
0,4 |
33,72 |
85,05 |
91,86 |
1,08 |
1,18 |
|
Немагнитная фракция |
0,4 |
17 |
14,95 |
8,14 |
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 %.