UA124251C2 - Спосіб безперервного одержання затверділого сталеливарного шлаку та відповідний пристрій - Google Patents

Abstract

Винахід стосується способу безперервного одержання затверділого сталеливарного шлаку, який включає наступні стадії: - затвердіння розплавленого сталеливарного шлаку, який містить щонайменше 2 мас. % вільного вапна, для одержання частинок затверділого шлаку діаметром менше 1 мм, при цьому протягом такого затвердіння розплавлений сталеливарний шлак приводять в контакт з щонайменше першим газом карбонізації; - охолодження частинок затверділого шлаку до температури, що не перевищує 300 °C, в закритій камері, при цьому протягом такого охолодження частинки затверділого шлаку приводять в контакт з щонайменше одним другим газом карбонізації. Винахід стосується також відповідного пристрою. 2

Description

Винахід відноситься до способу безперервного одержання сталеливарного шлаку і відповідного пристрою.

У традиційних сталеливарних технологічних ланцюжках чавун виробляють в доменній печі, а потім перетворюють його на сталь, наприклад, в конвертері. У конвертері через розплавлений чавун продувають кисень, що знижує вміст вуглецю в чавуні і перетворює його на сталь. У конвертер вводять мінеральні добавки, як-от, вапно і/або доломіт, з метою видалення домішок, які містяться у чавуні, такі як-от кремній, фосфор і марганець для досягнення необхідного складу сталі. Зазначені добавки разом з домішками, витягнутими з чавуну, утворюють конвертерні шлаки.

Потім розплавлену сталь, одержану в такий спосіб, можна піддавати процесу рафінування для досягнення відповідності вимогам до складу сталі високоякісних марок. Розплавлену сталь виливають у ківш і додають до неї легуючі елементи; одночасно видаляють домішки у помітній кількості при впорскуванні мінеральних добавок, таких як-от вапно і/або доломіт. Побічним продуктом такого процесу рафінування є ковшовий шлак.

Великі сталеливарні заводи виробляють сотні тисяч тонн сталеливарного шлаку на рік, що породжує витрати на зберігання і необхідність наявності місця. Проте, зазначені шлаки володіють хорошими механічними властивостями, особливо за показниками ударної міцності і зносостійкості, які роблять їх цікавими, зокрема, для використання у будівництві цивільних споруд або доріг. Дорожнє будівництво включає в себе всі дорожні роботи, які вимагають використання матеріалів, що складаються з агрегатів, зокрема, виробництво асфальту, підготовку грунтових основ, шару основи, підстильного шару для дорожніх систем або наповнювачів. Однак головна проблема у зв'язку із зазначеним матеріалом виникає через значений вміст в ньому вільного вапна, що робить агрегати нестабільними. В подальшій частині тексту буде вживатися термін "сталеливарний шлак". Він охоплює і ковшовий, і конвертерний шлаки, описані раніше, а також будь-який шлак, який є побічним продуктом сталеливарного заводу і має вміст вільного вапна вищий за 2 95.

Дійсно, внаслідок додавання вапна і/або доломіту, як конвертерний, так і ковшовий шлаки мають високий вміст вільного вапна (Сад), до 25 95. Зазначене вільне вапно може короткочасно взаємодіяти із дощовою водою з утворенням гідроксидів кальцію за реакцією гідратації (1):

Коо) (1) Саб-нг8Оо--Са(он)» і може довгостроково взаємодіяти з діоксидом вуглецю повітря з утворенням карбонатів кальцію за реакцією карбонізації (2): (2) Сабо-бО»-Сасоз

Оскільки і гідроксиди, і карбонати кальцію мають більший об'єм, ніж вільне вапно, існує нестабільність об'єму зазначених шлаків з об'ємним розширенням до 1095, що може спричинити пошкодження доріг, на яких вони використовуються. Це перешкоджає традиційному вторинному використанню конвертерних шлаків у дорожньому будівництві. Для зменшення вмісту вільного вапна і стабілізації сталеливарних шлаків згодом було запропоновано кілька рішень.

Наприклад, в японському патенті )Р-В2-5327184 описаний спосіб одержання шлаку, в якому сталеливарний шлак підтримують у розплавленому стані в закритій посудині і вдувають СО»: у розплавлений шлак так, що кількість вдувного СО становить 20,07 тонни на тонну шлаку.

Метою є в стабілізація шлаку в розплавленому стані шляхом перетворення вільного вапна на карбонати кальцію за реакцією (2). Процес вдування триває від 10 до 60 хвилин. Потім розплавлений шлак переміщують у пристрій для затвердіння, де його охолоджують до температури нижче 860 С для затвердіння. Зазначений спосіб дозволяє досягати вмісту вільного вапна у затверділому шлаку нижче 1,5 95. Однак цей процес передбачає оснащення спеціально призначеної для цього камери засобом для впорскування, на додаток до охолоджувального обладнання; підведення енергії для збереження шлаку в розплавленому стані при одночасному продуванні, а також це має передбачати переміщення стабілізованого розплавленого шлаку у пристрій для охолодження.

У японському патенті УР-В2-5040257 описаний спосіб обробки сталеливарного шлаку, в якому шлак завантажують в обертовий барабан, де його дроблять і охолоджують. Потім затверділий в такий спосіб шлак приводять в контакт з СО» для здійснення карбонізації за реакцією (2). Зазначений спосіб потребує додаткової стадії карбонізації із застосуванням спеціального обладнання.

У заявці на патент США И5-А-5569314 описаний спосіб одержання термостабільного сталеливарного шлаку, придатного для використання у галузях застосування, які потребують стабільності розміру, наприклад, у вигляді агрегату, в дорожньому будівництві. В цьому способі 60 дрібні частинки сталеливарного шлаку спочатку розпилюють разом з водою при температурі в діапазоні приблизно від 100 "С до 400 "С для того, щоб вільне вапно реагувало з водою за реакцією (1) гідратації. Після цього частинки гідратованого шлаку карбонізують у присутності

Со» при температурі в діапазоні приблизно від 500 "С до 900 "С, в результаті чого практично все вільне вапно, яке залишається в частинках шлаку, перетворюється на карбонат кальцію.

Цей спосіб потребує води для гідратації і додаткової енергії для повторного нагрівання шлаку для здійснення гарячої стадії карбонізації.

У статті, званій "габіїїгайноп ої разіс охудеп їШштпасе з5іад Бу НпоїЇ-зіаде сагтропаїйоп ігеаїтепі" авторів К. М. Запіоз та ін., яка опублікована в журналі Спетіса! Епдіпеегіпу дошитаї 203 (2012) раде5 239-250, описаний високотемпературний процес карбонізації, в якому гранульований шлак охолоджують, і протягом зазначеної стадії охолодження приводять у контакт з СО». У цій статті вивчається вплив температури і розміру частинок шлаку на поглинання СО» в гранульованому шлаку і, отже, на кінцевий вміст вільного вапна в охолодженому шлаку.

Завдання цього винаходу полягає в розробці безперервного способу одержання затверділого сталеливарного шлаку, який дозволяє стабілізувати сталеливарний шлак при одночасному подоланні зазначених вище недоліків. Додатковою метою винаходу є одержання затверділого шлаку з низьким вмістом вільного вапна, переважно нижче 1 95, при одночасному збереженні короткого періоду часу обробки з метою підвищення загальної продуктивності способу.

Спосіб згідно винаходу дозволяє помітно обмежувати витрату води і енергії, а також капіталовкладення в обладнання.

Нарешті, цей винахід відноситься до способу безперервного одержання затверділого сталеливарного шлаку, який включає подальші стадії на яких: - затвердівають розплавлений сталеливарний шлак, який містить щонайменше 2 95 мас. вільного вапна, для одержання частинок затверділого шлаку, які мають діаметр менший 1 мм, при цьому розплавлений сталеливарний шлак приводять у контакт з першим газом карбонізації; - охолоджують в закритій камері частинки затверділого шлаку до температури 300 "С або нижче, при цьому частинки затверділого шлаку приводять в контакт щонайменше з одним другим газом карбонізації.

Зазначений спосіб одержання може включати одну або кілька характеристик пп. 2-19, взятих

Зо окремо або у поєднанні.

Винахід відноситься також до пристрою за пп. 20-26.

Цей винахід буде краще сприйматися при прочитанні опису, який слідує нижче, зі зверненням до наступних доданих фігур:

Фіг. 1 ілюструє спосіб згідно винаходу;

Фіг. 2 відображає перший приклад установки для втілення способу згідно винаходу;

Фіг. З відображає другий приклад установки для втілення способу згідно винаходу.

На Фіг. 1 представлений безперервний спосіб одержання затверділого сталеливарного шлаку згідно винаходу. Розплавлений сталеливарний шлак 1, який надходить зі стадії одержання сталі, піддають здійсненню стадії 21 затвердіння, температура розплавленого шлаку залежить від складу шлаку, але, як правило, становить від 1300 до 1600 "С. Протягом зазначеної стадії затвердіння шлак твердне у частинки 6, і його температура знижується до 1000 "С. Розмір частинок б шлаку не перевищує 1 мм, переважно менше 0,5 мм. Причина обрання зазначеного конкретного розміру частинок буде пояснена пізніше. Протягом зазначеної стадії затвердіння розплавлений шлак приводять у контакт з першим газом 31 карбонізації.

Згаданий перший газ 31 карбонізації містить, наприклад щонайменше 2095 об. СО», а переважно більше 50 95 об. Решта першого газу 31 карбонізації може складатися з водню, метану, оксиду вуглецю, азоту, кисню або пари. Зазначений перший газ 31 карбонізації може являти собою або містити газ, який відходить з установки виробництва чавуну або сталі, як наприклад, газ з коксової печі, доменної печі або конвертера, який можна спочатку піддати здійсненню стадії очищення. Цей перший газ 31 карбонізації містить, наприклад щонайменше 20 95 06. СО», від 5 до 30 95 об. СО, від 1 до 55 95 об. Н», від 1 до 55 95 об. М»2, від 1 до 5 95 об.

О». В іншому варіанті здійснення перший газ 31 карбонізації містить також пару, на додаток до

Со», причому об'єм пари у газі становить від 20 до 70 95 об. Перший газ 31 карбонізації містить в собі, наприклад щонайменше 20 95 об. СО», від 5 до 30 95 об. СО, від 1 до 55 95 об. Ну», від 1 до 55 95 об. Ме, від 1 до 5 95 об. О», решта пара. Зазначене впорскування першого газу 31 дозволяє протікати першій реакції карбонізації між СО і вільним вапном, яке міститься в шлаку, за реакцією (2) карбонізації. У додатковому варіанті здійснення може бути більше одного газу першої карбонізації.

Потім частинки 6 шлаку піддають здійсненню стадії 22 охолодження, протягом якої їх бо температура знижується до 300 "С. Швидкість охолодження переважно становить від 1 "С/хв.

до 100 "С/хв. Вона має перевищувати 1 "С/хв. для збереження короткого періоду часу обробки, але бути нижче 100 "С/хв. для досягнення достатнього поглинання СО?» в реакції карбонізації.

Цю стадію охолодження виконують в закритій камері, в яку впорскують другий газ 32 карбонізації, при цьому зазначений другий газ 32 карбонізації містить, наприклад щонайменше 2595 об. СО», а переважно більше 50 95 об. Решта другого газу карбонізації може складатися з водню, метану, оксиду вуглецю, азоту, кисню або пари. Згаданий другий газ 32 карбонізації може являти собою або може містити газ, який відходить з установки виробництва чавуну або сталі, як-от наприклад, газ з коксової печі, доменної печі або конвертера, який можна спочатку піддати здійсненню стадії очищення. Зазначений другий газ 32 карбонізації містить, наприклад щонайменше 25 95 об. СО», від 5 до 30 95 об. СО, від 1 до 55 95 об. Н», від 1 до 55 95 об. М», від 1 до 595 06. О2. Температура цього другого газу 32 карбонізації обрана так, щоб досягати необхідної швидкості охолодження, але переважно він має температуру, що становить від 300 до 500 7С. В іншому варіанті здійснення другий газ 32 карбонізації також містить пару, на додаток до СО», причому об'єм пари в газі становить від 20 до 70 95 об. Зазначений другий газ 32 карбонізації містить в собі, наприклад щонайменше 25 95 об. СО», від 5 до 30 95 об. СО, від 1 до 5595 об. Нео, від 1 до 55595 об. М», від 1 до 595 06. ОО», решта пара. Розмір частинок гранульованого шлаку, який не перевищує їмм, а переважно не перевищує 0,5 мм, дозволяє досягати більшого поглинання СО» частинками, що покращує кінетику реакції між СОг5 і вапном, яке міститься в шлаку, за реакцією (2) карбонізації. У додатковому варіанті здійснення може бути більше одного газу другої карбонізації.

Після закінчення зазначеної стадії охолодження щонайменше 60 95, а переважно більше 7595 вільного вапна, яке на початку містилося у розплавленому шлаку, перетворилося на карбонати за реакцією (2). Час одержання, між виливанням розплавленого шлаку і виділенням частинок 11 охолодженого шлаку, не перевищує 30 хвилин, переважно не перевищує 15 хвилин.

Спосіб одержання згідно винаходу являє собою безперервний спосіб, при цьому всі стадії здійснюють одну за одною без перерви. Це дозволяє реалізувати короткий період часу обробки.

Фіг. 2 ілюструє перший варіант втілення установки для здійснення безперервного способу одержання згідно винаходу. На цій установці розплавлений шлак 1, який надходить із

Зо сталеплавильного пристрою 2, виливають у закриту камеру З на грануляційний пристрій 4 для формування затверділих частинок б шлаку. Цей грануляційний пристрій 4 може являти собою, наприклад, обертове колесо (що проілюстровано). У конструкції на Фіг. 2 обертове колесо 4 є горизонтальним колесом, а в іншому варіанті здійснення, не відображеному, воно може бути вертикальним колесом. При цьому воно знаходиться поблизу від точки розливання шлаку, і перший газ 31 карбонізації впорскується через засіб для введення першого газу (не показаний) у напрямку розплавленого шлаку. Характеристики зазначеного першого газу 31 карбонізації є такими самими, які описані у разі першого газу 31 карбонізації, використовуваного на стадії 21 затвердіння, показаної на Фіг. 1. Закрита камера З може бути ізольованою. Частинки 6 затверділого шлаку, сформовані в такий спосіб, залишаються в закритій камері 3, де вони охолоджуються відповідно до стадії 22 охолодження, описаної раніше. Закрита камера З містить засіб для впорскування (не показаний), виконаний з можливістю впорскування газу 32 другої карбонізації у напрямку частинок 6 отверділого шлаку. Характеристики зазначеного другого газу 32 карбонізації є тими самими, що описані у разі другого газу 32 карбонізації, використовуваного на стадії 22 охолодження, показаної на Фіг. 1. Закрита камера оснащена також засобом для збирання (не зображений), призначеним для збирання газу 34, що відходить з внутрішньої частини закритої камери. Зазначений відхідний газ 34 далі можна повертати в закриту камеру шляхом повторного впорскування у вигляді першого газу 31 карбонізації і/або другого газу 32 карбонізації, або їх частини.

Фіг. З ілюструє другий варіант втілення установки для здійснення способу одержання згідно винаходу. На цій установці розплавлений шлак 1, що надходить із сталеплавильного обладнання 2, приводять у контакт з першим газом 31 карбонізації у закритій камері 3, забезпеченій пристроєм 7 для тонкого подрібнення, з метою формування частинок 6 отверділого шлаку. Характеристики зазначеного першого газу 31 карбонізації є такими самими, які описані у разі першого газу 31 карбонізації, використовуваного на стадії 21 затвердіння, показаної на Фіг. 1. Пристрій 7 для тонкого подрібнення може являти собою, наприклад, пристрій ЗАТ (5іад Аютіег Тесппоіоду), розроблений фірмою Есотаївіе!-Наїсни. Частинки 6 затверділого шлаку, сформованого в такий спосіб, залишаються в закритій камері 3, де вони охолоджуються відповідно до стадії 22 охолодження, описаної раніше. Закрита камера З містить в собі засіб для впорскування (не показаний), виконаний з можливістю впорскування другого бо газу 32 карбонізації у напрямку частинок б затверділого шлаку. Характеристики зазначеного другого газу 32 карбонізації є тими самими, що описані у разі другого газу 32 карбонізації, використовуваного на стадії 22 охолодження, показаної на Фіг. 1. Закрита камера оснащена також засобом для збирання (не зображений), призначеним для збирання газу 34, що відходить з внутрішньої частини закритої камери. Зазначений відхідний газ 34 далі можна повторно впорскувати в закриту камеру у вигляді першого газу 31 карбонізації і/або другого газу 32 карбонізації, або їх частини.

В обох варіантах здійснення закрита камера З може додатково містити засіб для підтримки частинок шлаку в стані руху на стадії охолодження. Це дозволяє покращувати контакт між СО? і частинками 6 затверділого шлаку і таким шляхом збільшувати поглинання СО» частинками 6 затверділого шлаку. Наприклад, як проілюстровано на Фіг. 2 і 3, нижня стінка 5 закритої камери

З може бути пористою, і третій газ 33 можна впорскувати через зазначену пористу стінку 5 з метою створення псевдозрідженого шару. Швидкість потоку згаданого третього газу 33 повинна бути достатньою для підтримки частинок б затвердженого шлаку в стані руху. Третій газ 33 може містити щонайменше 25 95 об. СО», при цьому інша частина являє собою повітря і пару.

Згаданий засіб для підтримки частинок шлаку в стані руху також може бути засобом для обертання закритої камери 3, за допомоги, наприклад, обертового барабана. Зазначений третій газ може являти собою або може містити газ, який відходить з установки виробництва чавуну або сталі, як наприклад, газ з коксової печі, доменної печі або конвертера, який можна спочатку піддати здійсненню стадії очищення, або він також може бути відхідним газом 34, зібраним з закритої камери 3.

Як проілюстровано у варіантах здійснення, стадії як затвердіння, так і охолодження здійснюють в одному і тому самому пристрої, а частинки шлаку обробляють в одній і тій самій закритій камері, що дозволяє покращувати час обробки і вихід.

Claims (24)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб безперервного одержання затверділого сталеливарного шлаку, який включає наступні стадії, на яких: а) проводять затвердіння розплавленого сталеливарного шлаку, який містить щонайменше 2 мас. 95 вільного вапна, для одержання частинок затверділого шлаку, які мають діаметр менше 1 мм, причому при зазначеному затвердінні розплавлений сталеливарний шлак приводять у контакт із щонайменше першим газом карбонізації; Б) охолоджують частинки затверділого шлаку до температури, яка не перевищує 300 "С, в закритій камері, причому при зазначеному охолодженні частинки затверділого шлаку приводять в контакт із щонайменше одним другим газом карбонізації.

2. Спосіб за п. 1, в якому перший газ карбонізації містить щонайменше 20 об. 95 СО».

3. Спосіб за п. 2, в якому перший газ карбонізації містить щонайменше 50 об. 95 СО».

4. Спосіб за будь-яким з пп. 1-3, в якому перший газ карбонізації містить пару.

5. Спосіб за п. 1, в якому перший газ карбонізації містить щонайменше 20 об. 95 пари.

6. Спосіб за будь-яким з пп. 1-5, в якому перший газ карбонізації містить щонайменше 20 об. 95 Со», від 5 до 30 об. 95 СО, від 1 до 55 об. 95 Н», від 1 до 55 об. 95 М2 і від 1 до 5 об. 95 О».

7. Спосіб за будь-яким з пп. 1-6, в якому другий газ карбонізації містить щонайменше 25 об. 905

Со».

8. Спосіб за будь-яким з пп. 1-7, в якому на стадії р) другий газ карбонізації підтримують при температурі від 300 до 500 "С.

9. Спосіб за будь-яким з пп. 1-8, в якому другий газ карбонізації додатково містить пару.

10. Спосіб за п. 9, в якому другий газ карбонізації містить щонайменше 25 об. 95 пари.

11. Спосіб за будь-яким з пп. 1-10, в якому швидкість охолодження частинок затверділого шлаку на стадії Б) становить від 1 до 100 "С/хв.

12. Спосіб за будь-яким з пп. 1-11, в якому на стадії Б) частинки затверділого шлаку підтримують в стані руху.

13. Спосіб за п. 12, в якому частинки затверділого шлаку підтримують у стані руху на стадії Б) шляхом впорскування третього газу в закриту камеру.

14. Спосіб за п. 10, в якому передбачено третій газ, який містить щонайменше 20 об. 95 СО».

15. Спосіб за будь-яким з пп. 1-14, в якому щонайменше частину газів всередині закритої камери відводять і збирають для повернення в цикл у вигляді першого газу карбонізації, другого газу карбонізації і/або третього газу.

16. Спосіб за будь-яким з пп. 1-15, в якому перший газ карбонізації, другий газ карбонізації і/або щонайменше третій газ являють собою гази, які відходять з установки одержання чавуну, бо установки одержання сталі, установки спікання або установки коксування, або містять такі гази.

17. Спосіб за будь-яким з пп. 1-16, в якому другий газ карбонізації містить щонайменше 25 об. 95 Со», від 5 до 30 об. 95 СО, від 1 до 55 об. 95 Н», від 1 до 55 об. 95 М2 і від 1 до 5 об. 95 О».

18. Спосіб за будь-яким з пп. 1-17, в якому час знаходження сталеливарного шлаку всередині закритої камери не перевищує 30 хвилин.

19. Спосіб за будь-яким з пп. 1-18, в якому щонайменше 60 95 вільного вапна розплавленого сталеливарного шлаку перетворюють на карбонати кальцію.

20. Пристрій для безперервного отримання затверділого сталеливарного шлаку, який містить закриту камеру (3), при цьому закрита камера (3) містить: пристрій (4, 7) для затвердіння, виконаний з можливістю отримання частинок затверділого шлаку, які мають діаметр 1 мм або менше; засіб для впорскування першого газу карбонізації (31), виконаний з можливістю впорскування згаданого першого газу у напрямі розплавленого шлаку і поблизу точки розливання розплавленого шлаку; засіб для впорскування другого газу карбонізації (32), виконаний з можливістю впорскування згаданого другого газу у напрямі затверділих частинок шлаку; нижню пористу стінку (5) і пристрій для впорскування третього газу (33) через нижню пористу стінку (5).

21. Пристрій за п. 20, який також містить засіб для збирання газу, який відходить (34) і засіб для рециркуляції газу.

22. Пристрій за п. 20 або 21, в якому пристрій для затвердіння являє собою пристрій (7) для тонкого подрібнення.

23. Пристрій за п. 20 або 21, в якому пристрій для затвердіння являє собою грануляційний пристрій (4).

24. Пристрій за будь-яким з пп. 20-23, в якому щонайменше один із засобів для впорскування в закриту камеру (3) з'єднаний з установкою одержання чавуну, установкою одержання сталі, установкою спікання або установкою коксування. 1 Я і З Е - ; 6 22 зе не ї их 11

Фіг. 1