Вода для гранулирования шлака
2. Уборка и грануляция шлака
Побочным продуктом при выплавке чугуна является шлак. В зависимости от содержания железа в рудах количество шлака может колебаться от 0,5 до 0,9 на единицу выплавляемого чугуна. Уборка шлака от доменных печей является сложной операцией, требующей большого количества транспортных средств и четкой их работы.
Чугун из доменной печи выпускают 6 — 9 раз в сутки, а шлак значительно чаще. Поэтому выпуску шлака должно быть уделено особое внимание. Несвоевременный выпуск верхнего шлака в значительной мере усложняет выпуск чугуна, приводит к износу футеровки горна, размыву чугунной летки и неполадкам, которые сопровождаются потерей производительности.
Для удаления шлака от доменной печи в настоящее время используют шлаковозные ковши объемом 11 и 16,5 м 3 . Ковши с чашами объемом 11 м3 применяют в цехах, где объем доменных печей невелик. Основным на советских заводах является ковш с чашей емкостью 16,5 м 3 (рис. 104).
Рис. 104. Шлаковый ковш
Шлаковоз состоит из стальной чаши эллиптической формы, опирающейся на кольцо, которое в свою очередь покоится на лафете. Стальная чаша ковша не футерована; она защищена тонкой пленкой раствора извести, чтобы шлаковая корка не прилипала. Лафет установлен на ходовых железнодорожных тележках. При наклоне во время слива шлака чаша при помощи зубчатого сектора на опорном кольце и зубчатой рейки на лафете перемещается в сторону кантования.
Для наклона чаши шлаковый ковш снабжен специальным механизмом, который приводится в действие от электродвигателя.
Для нормальной эксплуатации необходимо каждый лафет ковша вместе с кантовальным механизмом и ходовой частью регулярно осматривать и проводить профилактический ремонт по установленному графику. Мастер и горновые печи должны тщательно следить за тем, чтобы во время выпуска вместе со шлаком в чашу не попадал чугун, так как это приводит не только к потерям чугуна в скрап, но и выводит чашу из строя.
Чугун может попасть в шлаковую чашу при неправильно подготовленных канавах, бурном выпуске, который является следствием неудовлетворительного состояния чугунной летки, при холодных, вязких шлаках и по другим причинам.
После каждого слива чаши обязательно обрызгивают известковым молоком на специальной установке, которая расположена со стороны шлакового отвала. При плохом опрыскивании затрудняется выбивка корок, что пагубно сказывается на выполнении графика подачи ковшей к доменным печам.
Для подсчета количества шлаковозных ковшей, необходимых цеху, сохраняется тот же принцип, что и для, чугуновозных ковшей. На каждые 10 шлаковозов один должен находиться в ремонте, четыре исправных — в резерве. Для определения массы шлака в ковше принимают объемную плотность шлака равной 1900 кг/м 3 , а коэффициент заполнения чаши 0,94 — 0,95.
Жидкий шлак из доменного цеха направляют на шлаковый отвал и к установкам для его переработки: грануляции (мокрой, полусухой), производства термозита, пемзы, брусчатки, блоков и т. д.
Основная масса шлака, используемого для производства строительных материалов, поступает от доменных печей к грануляционным установкам. Качество гранулированного шлака определяется по химическому анализу и содержанию в нем влаги. Существуют два способа грануляции: полусухая и мокрая.
Мокрая грануляция доменных шлаков в бассейнах получила наиболее широкое распространение (рис. 105). Шлак из ковшей выливают в бассейн, заполненный водой. При попадании жидкого шлака в воду образуются гранулы, т. е. частицы размером 1 — 10 мм. Над бассейном на эстакадах расположены грейферные электромостовые или портальные краны, с помощью которых гранулированный шлак вычерпывают из бассейна и грузят в железнодорожные вагоны. Шлак сливается через желоба, имеющие уклон 30 — 35°, или непосредственно в воду небольшой струей. Поскольку бассейн разделен на несколько секций, возможен одновременный слив нескольких ковшей. Во избежание несчастных случаев отгрузку гранулята во время слива шлака прекращают, так как возможны взрывы при попадании чугуна в шлак. Грануляционные установки обычно оборудуют площадками для обезвоживания шлаков. Они перекрыты теми же кранами. После слива ковши очищают от корок и скардовин (застывшего на внутренней поверхности ковша в виде коржей шлака). Производительность таких установок зависит от размеров бассейна, мощности погрузочных средств и может превышать 1 млн. т в год. Расход воды на 1 т шлака составляет около 0,5 м 3 . Преимущество рассмотренной установки — ее сравнительно большая производительность. Недостатком ее является получение мокрого гранулированного шлака (влажность до 30%), что создает неудобства для транспортировки, особенно в зимнее время, и вызывает затруднения на цементных заводах при переработке.
Рис. 105. Бассейн для мокрой грануляции шлака
Установка для полусухой грануляции шлака состоит из направляющего желоба, приемной передвижной ванны, барабана с лопастями, склада гранулированного шлака и погрузочных механизмов. Жидкий шлак из ковша поступает по сливному желобу на барабан. Одновременно на барабан подается вода из расчета 0,7 — 1,5 м 3 /т шлака. Лопасти барабана разбивают шлак на мелкие частицы, которые, охлажденные водой и воздухом, попадают на склад. Время слива одного ковша составляет 6 — 8 мин. Процесс грануляции сопровождается сильным шумом при вращении барабана. К недостаткам такой установки относятся: загрязнение воздуха у установки большим количеством тончайших шлаковых нитей, уносимых вместе с паром, что вредно отражается на здоровье обслуживающего персонала; высокая стоимость эксплуатации и быстрый износ механизмов.
Эти недостатки являются причиной того, что этот вид грануляции не получает большого распространения, хотя гранулят, получаемый на таких установках, содержит 6 — 10% влаги.
Источник
Вода для гранулирования шлака
В статье рассматриваются технологические схемы при водяной, воздушной и сухой грануляции доменных шлаков.
Водная грануляция
Возможная схема использования тепла шлака при водяной грануляции приведена на рис. 1.
Грануляция шлака, стекающего из шлакоприемника 1, осуществляется не только при погружении струи шлака в бассейн 2, но и при механическом и термическом воздействии на нее «отработанной» воды из «грязного» контура. Гранулированный шлак непрерывно удаляется из бассейна наклонным ленточным скребковым транспортером 3. Вода в контуре теплового потребителя 5 подогревается «грязной» водой первого контура в водоводяном бойлере 4.
Недостатком этой схемы является невысокая эффективность водоводяного бойлера из-за сравнительно низкой температуры «грязной» воды (менее 100 о С, так как бассейн сообщается с атмосферой и поэтому нагрев воды ограничен температурой кипения воды 100 о С). Другим недостатком является то, что вода первичного контура загрязняется не только механически (взвесями), но и химически, поэтому первый контур труб и циркуляционный насос работают в тяжелых условиях из-за абразивного износа и сернокислотной коррозии.
Рисунок 1 – Схема энерготехнологического использования доменного шлака
Грануляцию шлака пытались осуществить и контактным способом (без смешивания шлака и воды). П.К.Аксютиным была предложена схема (рис. 2), в которой расплавленный шлак из шлакоприемника 1 по летке 2 перетекает в шлаковую ванну 3. В ней вращается барабан 4, наружная поверхность которого образована навитой в виде змеевика трубой 5 с входом и выходом в нее воды по оси барабана.
Змеевиковая труба снаружи залита чугуном, на гладкую поверхность которого налипает расплавленный шлак, образуя корку застывшего шлака толщиной от 2 до 15 мм (в зависимости от скорости вращения барабана). Поскольку барабан погружен на треть диаметра в расплавленный и подогреваемый за счет электроэнергии 6 шлак, вода, подаваемая циркуляционным насосом, в змеевиковой трубе нагревается и превращается в пар. Шлаковая корка на поверхности барабана охлаждается на пути от расплава шлака в ванне шлакоснимателя 7. и гранулированный шлак сбрасывается в бункер готовой продукции. Меняя скорость вращения барабана, можно изменять толщину шлаковой корки, а, следовательно, и производительность установки, как по грануляционному шлаку, так и получаемому пару.
Рисунок 2 – Установка для грануляции шлак контактным способом
Воздушная грануляция
Воздушная грануляция шлака по схеме, предложенной Н.А. Семенко (рис. 3) происходит внутри большого бункера во встречном потоке вдуваемого снизу холодного воздуха. Гранулированный шлак выдается из нижней части камеры-бункера. При начальной температуре шлака 1200 – 1300 о С холодный воздух в процессе движения вверх нагревается до 800 – 900 о С, а затем используется в котле-утилизаторе змеевикового типа с принудительной циркуляцией пароводяной смеси. Влажный пар из барабана-сепаратора, пройдя через пароперегреватель, перегревается до 450 о С и при давлении до 4 МПа отправляется потребителю. Расчеты показывают, что при воздушной грануляции 100 т/ч шлака и его охлаждения от 1300 до 200 о С можно получить до 50 т/ч пара энергетических параметров, достаточного для обеспечения работы турбогенератора мощностью 10 МВт.
1 – камера шлакогранулятора;
2 – барабан-сепаратор котла-утилизатора;
3 – пароперегреватель;
4 – водяной экономайзер;
5 – теплосиловая установка;
6 – конденсатор;
7 – насос
Рисунок 3 – Схема использования тепла шлака при воздушной грануляции
В странах СНГ была также разработана установка использования теплоты шлака.
Жидкий шлак поступает в копильник, где температура его снижается от 1400–1440 до 1350 – 1370 о С. В трубы системы испарительного охлаждения (СИО) копильника и валков насосом подается химически очищенная вода. Образующаяся пароводяная смесь поступает в бак-сепаратор. Шлак через валки, имеющие гладкую поверхность и вращающиеся навстречу друг другу, прокатывается в ленту толщиной 10 – 20 мм. Лента остывает до 1000 – 1200 о С в результате испарения воды в системе охлаждения валков; пароводяная смесь также поступает в бак-сепаратор.
На выходе из валков лента шлака охлаждается увлажненным воздухом из сопел до 200 – 300 о С, после чего подается на измельчение и сортировку. Паровоздушная смесь, нагретая шлаком, омывает конвективные поверхности, в которых нагревается вода, и уходит из установки. Пароводяная смесь из конвективных поверхностей нагрева подается в бак-сепаратор, из которого пар идет в перегреватель и затем с температурой 350–400 о С и давлением 3,5 – 4,0 МПа направляется потребителю. В шлаковом расплаве с помощью горелок поддерживается постоянная температура.
Основные недостатки такой схемы – громоздкость установки, необходимость сжигания дополнительного топлива, низкая производительность в связи с ограниченной поверхностью теплообмена по шлаку.
Заводом-втузом при металлургическом комбинате разработана установка использования теплоты шлаков при мокрой грануляции, в которой состав с ковшами, заполняется жидким шлаком, подается в герметически закрытую теплоизолирующую камеру. Ковши поочередно опрокидываются в бункеры, куда из магистрали поступает вода. В камере образуется пар, направляемый затем в коллектор потребителю.
За рубежом известен ряд разработок, в которых расплавленный шлак дробят на вращающихся аппаратах. Этот способ более детально будет рассмотрен ниже.
Сухая грануляция
Сотрудниками университета префектуры Осака и лаборатории материаловедения университета Тохоку (Япония) был исследован способ сухой грануляции шлака с применением распылителя с вращающейся головкой. На рис. 4 показана схема установка для грануляции шлака данным способом. Здесь жидкий шлак заливают во вращающуюся чашу. Под действием центробежной силы шлак разбрызгивается через кромку чаши, и здесь его раздувает сжатый воздух, направленный струями вертикально вверх. Доменный шлак загружается в плавильную печь типа вагранки малого объема и после расплавления направляется в распылитель. Разбрызгиваемый шлак улавливается в шлакоприемнике, разделенном на несколько секций концентричными цилиндрическими перегородками.
Рисунок 4- Экспериментальная установка с распылителем с вращающейся головкой
1 – источник жидкого шлака;
2 – выпускной шлаковый желоб;
3 – раздувочный газ;
4 – шлакоприемник;
5 – раздувочное сопло;
6 – подвод газа;
7 – компрессор;
8 – чаша;
9 – электродвигатель;
10 — распылитель
В Германии предложен следующий способ переработки горячего доменного шлака. Жидкий шлак направляют в стальной бункер с водоохлаждающими двойными стенками, в который вводится сжатый воздух, распределяемый равномерно по сечению бункера. В рабочем пространстве бункера мелкие частицы доменного шлака движутся в режиме кипящего слоя. Капли шлака, охлаждаемые воздухом, налипают и намерзают на поверхность твердых частиц, что увеличивает их размеры и, в конечном счете, приводит к их выпадению из кипящего слоя. Укрупненный материал выдается через нижнюю наклонную горловину бункера. Далее гранулированный шлак подвергается грохочению. Мелкий шлак из отсева вновь направляется в бункер, а надрешетный продукт идет к потребителю.
Японскими фирмами «Мицубиси дзюкоге», «Ниппон кокаи» и «Тайхэйе киндзоку» разработаны установки воздушной грануляции доменного и конверторного шлаков. Которые эксплуатируются на заводах фирмы в Фукуяме. Здесь шлаковый расплав из ковша подается в отделение предварительной обработки, где в него вносят для улучшения качества продукта различные добавки для регулирования температуры и вязкости расплава. После этого расплав по желобу поступает в грануляционную камеру, где его дробит струя воздуха, подаваемого под давлением. Для достижения заданных свойств гранулированного шлака в зависимости от свойств расплава регулируют соотношение скоростей движения потоков воздуха и жидкого шлака. Тепло утилизируется излучением из потока частиц, а также из слоя, в который падают частицы.
На одной из доменных печей в Фукуяме работает установка придоменной грануляции расплава. Где струю расплава направляют в лоток между двумя вращающимися в разные стороны барабанами, поверхность которых охлаждается водой. В установке используется до 38% тепла жидких шлаков.
Фирма «Сумито киндзоку коче» создала установку сухой грануляции доменного расплава с утилизацией его тепла. Процесс грануляции расплава осуществляют на вращающемся барабане. Гранулят затем затвердевает в псевдоожиженном слое твердого шлака. Установка работает при температуре нижнего слоя до 700 оС и производительности до 50 т/ч. Вращающаяся чаша – воздуходутьевой распылитель – полученный гранулят отличается большой плотностью (2,8 – 2,9 г/см3) и пригоден в качестве мелкого заполнителя для бетонов. На установке утилизируется 55% физического тепла шлака.
В Швеции в Swedish State Steel Company, Merax LTD развивается процесс грануляции и утилизации тепла шлака. Шлак гранулируется ударением падающего слоя частиц ранее отвердевшего шлака. Пленка разрушается на гранулы, которые затем падают в многоярусный псевдоожиженный слой, из которого утилизируется тепло. По этому методу более 60 % тепла шлака утилизировано в качестве пара. Большое содержание стеклофазы в данном шлаковом продукте делает его пригодным для производства цемента.
В Австрии для размельчения шлакового расплава предложено устройство распылительной камеры круглого сечения, по оси которого из промежуточного ковша поступает струя жидкого шлака, разбиваемая двумя рядами подающих горячий газ, или топливных горелок. Частички шлака на дне камеры попадают на вращающийся диск, разбрасывающий их центробежной силой в кольцевую приемную камеру с подогреваемыми стенками в зоне поступления раздробленных частичек шлака и с охлаждаемыми со стороны кольцевой разгрузочной камеры.
Специалисты двух японских университетов (Осака и Тохоку) исследовали процессы сухой грануляции доменного шлака с помощью вращающегося измельчителя с чашей и усовершенствовали установку таким образом, чтобы расположенный соосно с ней бункер раскаленного гранулированного шлака можно было пропускать СН4 + Н2О. При этом смесь газов нагревается до температуры шлак и при контакте с никелевым катализатором в данной части чаши происходит паровая конверсия газовой смеси с образованием Н2 и СО, которые отводились из закрытого пространства над чашей.
С анализом российского рынка металлургических и топливных шлаков и с анализом оборудования для производства цемента на основе шлаков Вы можете познакомиться в отчетах Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок шлаков в России» и «Анализ оборудования для производства шлакощелочного вяжущего».
Источник
