Грануляция доменного шлака осуществляется путем быстрого охлаждения шлакового расплава с применением (либо без) механического раздробления еще жидкого или полузатвердевшего шлака. Цель грануляции не только превратить доменной шлак в мелкозернистый материал, что облегчает его дальнейшую переработку, но и значительно повысить гидравлическую активность - это важнейшее свойство шлака как компонента шлаковых цементов и как добавки к портландцементу. Для грануляции доменных шлаков применяют различные по своему устройству грануляционные установки; в зависимости от влажности получаемого продукта их подразделяют на установки для мокрой и полусухой грануляции.

При мокрой грануляции загруженный в шлаковозные ковши расплавленный шлак подается к наполненному водой железобетонному бассейну и сливается в него по желобам. Бассейн разделен на отдельные секции, что позволяет одновременно загружать одну секцию и выгружать гранулированные шлак из другой. Гранулированный шлак выгружается из бассейнов грейферными кранами, подающими его в открытые металлические железнодорожные вагоны, в которых шлак отправляется на склад или к потребителю.

Содержание влаги в гранулированном шлаке тем выше, чем меньше его объемный вес, т. е. чем больше пориста структура его зерен. Поры в затвердевших зернах гранулированного шлака образуются под воздействием газов, которые растворены в жидком шлаке и с понижением температуры расплава выделяются из него при охлаждении. При этом шлаковый расплав охлаждается и затвердевает настолько быстро, что выделившиеся из него газы не успевают вырваться наружу; они остаются в затвердевшем шлаке в виде мелких пузыриков и делают пористыми зерна гранулированного шлака. Пористость, а следовательно, и влажность гранулированного шлака зависят также от условий охлаждения жидкого шлака в процессе грануляции, т. е. от примененного способа грануляции.

Так, шлак полусухой грануляции, получаемый при механическом дроблении и отбрасывании в воздух предварительно охлажденного, но еще не затвердевшего шлака, приобретает более плотную структуру и имеет примерно в 1,5 раза больший объемный вес по сравнению со шлаком мокрой грануляции, полученным из того же жидкого шлака. Влажность шлака мокрой грануляции колеблется в пределах 15-35% (редко 10%), шлака полусухой грануляции 5-10%; насыпной объемный вес того и другого шлака соответственно 400-1000 и 600-1300 кг/м. Чем выше температура доменной плавки, тем более легким получается гранулированный шлак.

Установки мокрой грануляции производят большую часть гранулированного шлака, однако вследствие большой влажности и малого объемного веса получаемого при этом шлака такой способ грануляции имеет ряд недостатков:

1) Большой расход топлива на сушку шлака перед его помолом (до 80 кг условного топлива на тонну сухого шлака);

2) Низкая производительность шлакосушильного оборудования;

3) Непроизводительные перевозки железнодорожным транспортом воды, содержащейся в шлаке, а также недоиспользование подъемной силы вагонов при загрузке их легковесным шлаком;

4) Смерзаемость мокрогранулированного шлака в железнодорожных вагонах, а также бункерах и на открытых складах в зимнее время, что влечет за собой длительные сверхнормативные простои вагонов и большие затраты ручного труда при выгрузке смерзшегося шлака на цементных заводах.

Доменные гранулированные шлаки в России и некоторых европейских странах используются преимущественно для производства вяжущих материалов, особенно для производства шлакопортландцемента.

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 СН 4 + Н 2 О. 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 Н 2 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 ».

Аннотация

Российская компания Свердловской области, специализирующаяся в области оптимизации металлургических производств, разработала технологию припечной грануляции шлака, применимую в доменном производстве. Использование данной технологии дает преимущества в виде высокой энергетической эффективности и качества получаемой продукции. Авторы ищут партнеров для установления сотрудничества в рамках заключения лицензионного соглашения и договора о предоставлении услуг.

Описание предложения

Российская научно-исследовательская инжиниринговая компания Свердловской области с 2010 года разрабатывает эффективные металлургические технологии в области черной металлургии. Компания выполняет «под ключ» следующие работы: Разработка технико-экономического обоснования строительства новой или модернизации действующей технологии припечной грануляции шлака. Разработка технологического задания, проекта, рабочей и конструкторской документации технологии припечной грануляции шлака. Изготовление и комплектация оборудования технологии припечной грануляции шлака. Монтаж оборудования. Пуско-наладочные работы и отработка технологических режимов работы технологии припечной грануляции доменного шлака, разработка эксплуатационных документов. Компания разработала инновационную технологию припечной грануляции доменного шлака. Данная технология обеспечивает конечный продукт высокого качества. Технология по составу оборудования адаптируется к объему доменной печи и может эффективно использоваться как на доменных печах малого объема 1000-2000 м 3 , так и крупных 3000-6000 м 3. Получаемый продукт, в зависимости от исходных характеристик жидкого шлака, возможно использовать в качестве гидравлически активной добавки к цементу или в дорожном строительстве. Основной принцип технологии: Жидкий шлак из доменной печи по желобу поступает к узлу грануляции, где за счет механического воздействия струй воды раздрабливается и в виде трехфазной смеси поступает в приемный бункер, заполненный водой. Узел грануляции представлен гидромонитором, смонтированным под шлаковым желобом. Приемный бункер оборудован металлической решеткой, задерживающей негабаритные предметы. При погружении в воду частицы шлака охлаждаются и затвердевают. Образующийся в процессе грануляции пар через вытяжную трубу выбрасывается в атмосферу. Гранулированный шлак вместе с водой через проем в вертикальной стенке поступает в эрлифтный отсек. Поднимаясь по колодцу эрлифта, вода осветляется и переливается в камеру осветленной воды, откуда забирается грануляционным насосом и подается к гидромонитору на очередной цикл грануляции. В случае завала проема гранулированным шлаком, вода поступает в колодец эрлифта через верхнее переливное устройство, снабженное опускной трубой. Транспортировка гранулированного шлака осуществляется шлаковым эрлифтом 6, представляющим собой вертикальную трубу, футерованную каменным литьем. Применение эрлифта для перекачки шлака вызвано тем, что эрлифт обладает большей надежностью, меньшей изнашиваемостью и большей экономичностью по сравнению с насосами при перекачке горячей пульпы с соотношением шлака к воде около 1:2. Для взмучивания гранулированного шлака на всасе эрлифта предусмотрен подвод воды от отдельного насоса, забирающего воду из камеры осветленной воды. Под действием вводимого в насадку эрлифта сжатого воздуха, смесь воды с гранулированным шлаком поднимается в сепаратор, откуда самотеком по пульпопровод поступает в обезвоживатель карусельного типа. Обезвоживатель карусельного типа представляет собой вращающуюся сварную конструкцию (корпус) тороидальной формы, разделенную на сегменты и снабженную стационарной крышкой и поддоном. Через крышку осуществляется подача шлаковой пульпы от сепаратора эрлифта, а также эвакуация паровоздушной смеси в вытяжную трубу. Поддон обеспечивает сбор фильтрующейся воды и ее возвращение в приемный бункер, а также выгрузку обезвоженного шлака в бункер. Обезвоженный граншлак из бункера выгружается на ленточный конвейер и передается на склад. Рекомендуемый способ складирования гранулированного шлака – открытый склад штабельного типа. Влажность шлака в штабеле увеличивается по направлению к основанию штабеля. Рациональная организация работ по перевалке и отгрузке шлака позволит дополнительно снизить влажность шлака. В настоящее время применяются шлаковозы для транспортировки расплавленного шлака к централизованной установке грануляции. В этом случае жидкий шлак в процессе транспортировки теряет температуру и не обеспечивает высокое качество гранулированного шлака, необходимо обслуживать ковшевое хозяйство, потери за счет настылей на стенках ковша и т.п. Предлагаемая технология свободна от данных недостатков. Данная технология позволяет решить следующие проблемы, связанные с утилизацией доменных шлаков: 1 Получение заданной структуры и фракционного состава гранулированного шлака для обеспечения наиболее эффективного направления использования шлака, в первую очередь, как гидравлически активной добавки к цементу. Необходимые характеристики могут быть достигнуты только при водной припечной технологии грануляции исходного расплава с возможно большей начальной температурой расплава перед грануляцией. 2 Обеспечение взрывобезопасности грануляции. Достигается за счет организации диспергирования расплава над бассейном, а не в гидрожелобах. 3 Достижение максимально возможного снижения влажности гранулированного шлака. Обеспечивается за счет откачки граншлака при помощи эрлифта из бассейна в обезвоживатель специальной конструкции, обеспечивающий эффективное обезвоживание граншлака. 4 Обеспечение экологически комфортных условий в районе литейного двора доменной печи за счет максимальной локализацией парогазовых выбросов и удалением их через трубу за счет самотяги с обеспечением рассеивания выбросов. 5. Частичная утилизация тепла исходного расплава шлака может достигаться за счет конденсации пара, образующегося при грануляции, например, при выпарке с использованием вакуумных выпарных аппаратов загрязненных стоков, присутствующих на любом металлургическом производстве. 6. Внедрение припечных установок грануляции в стесненных условиях действующих доменных цехов достигается за счет относительной компактности и моноблочности технологии. Предлагаемая технология припечной грануляции доменного шлака внедрена на металлургических заводах России (3 предприятиях), Украины (1 предприятии), Индии (1 предприятие) и Китая (2 предприятия). Получаемый продукт, в зависимости от исходных характеристик жидкого шлака, возможно использовать в качестве гидравлически активной добавки к цементу или в дорожном строительстве. Результатом заключения договора о предоставлении услуг станет выполнение инжиниринговых услуг (например, разработка базового инжиниринга) по контракту с партнером (металлургическими заводами) или компанией, оказывающей партнеру инжиниринговые услуги, на адаптацию (привязку) технологии к особенностям существующего производства, авторский надзор за реализацией разработки и пуско-наладочные работы. Результатом заключения лицензионного соглашения станет продажа технологии припечной грануляции партнерам, то есть металлургическим заводам.

Инновационные аспекты и преимущества

Инновационный аспект технологии заключается в обеспечении подачи жидкого шлака напрямую в гранулятор, минуя промежуточную транспортировку шлаковозными ковшами, что приводит к большей скорости охлаждения шлака и высокому качеству гранулированного шлака, который может быть использован как гидравлически активная добавка к цементу в строительной индустрии. Преимущества технологии: высокое качество получаемого гранулированного продукта; высокая энергетическая эффективность технологии за счет утилизации тепла при гранулировании шлака; взрывобезопасность технологии; обеспечение экологически комфортных условий в районе литейного двора; длительный срок эксплуатации установки; адаптация технологии к объему печи и возможность внедрения в стесненных условиях действующих доменных цехов; низкие капительные затраты за счет оптимального набора оборудования и сокращения парка шлаковозов и транспортных средств; низкие эксплуатационные затраты, связанные с отсутствием необходимости обслуживания парка шлаковозных ковшей и низкой численностью обслуживающего установку персонала; отсутствие потерь шлака в виде корок на поверхности и настылей на стенках ковшей.

Технологические ключевые слова

02007008 Чугун и сталь, металлоконструкции
02007010 Металлы и сплавы

Коды рыночных применений

09003001 Инженерно-технические услуги

Шлакообразование – неотъемлемая часть работы доменной печи. Сами по себе шлаки являются одним из наиболее ценных вторичных материальных ресурсов, так как используются для производства различных материалов, широко применяемых в строительной сфере. производят гранулированный шлак (более 50%), щебень (17%), пемзу (3%), шлаковату из расплава; кроме того, в небольшом объеме производится высокоглиноземистый клинкер и литые изделия.

В целом в настоящее время перерабатывается около 84% доменных шлаков. Часть шлака продолжает уходить в отвалы. Для складирования отходов и их хранения отчуждены тысячи гектаров полезных земель, на транспортировку шлака от доменных цехов до отвалов и их содержание ежегодно расходуется колоссальное количество денежных средств, загрязняется окружающая среда. Поэтому переработка шлака и его использование остается актуальной проблемой для экологии и всего агропромышленного комплекса во всем мире, и особенно в России. Существует оборудование по переработке и утилизации шлаков ( , ), которое может составить экономически выгодное производство с несомненной пользой для окружающей среды.

Производство гранулированного шлака

Грануляция – это процесс переработки шлакового расплава в остеклованные гранулы, посредством резкого охлаждения водой, паром, воздухом или другим газом. Грануляция расплавов может производиться у плавильного агрегата или на центральной установке с транспортировкой шлака к ним в чашах. В зависимости от расходов воды различают три вида грануляции: мокрая, сухая и полусухая. В основном, получили развитие водные способы грануляции. Она основана на свойстве раскаленных шлаков растрескиваться под действием термических напряжений, а также разбрызгиваться за счет микровзрывов при соприкосновении расплава с водой с образованием гранул шлака. К мокрым способам переработки шлака относится бассейновый и желобной способ переработки шлака. К полусухим способам относят барабанный и гидрожелобной способы

Грануляция шлака в бассейнах – самый старый и простой способ. При бассейновом способе расплав из ковша сливают в бассейн с водой. Выгрузка осуществляется грейферным краном на площадку для вылеживания и обезвоживания или подают непосредственно в вагоны.

При желобном способе процесс грануляции осуществляют в желобах водой, подаваемой под низким давлением. Установки желобной грануляции включают шлакоприемную ванну, желоб длиной от 3 до 20 м, установленный с уклоном от 5 до 15о, сопловые насадки для подвода воды в желоб под давлением 0,15 – 0,5 МПа. Под действием напора воды шлаковая пульпа с желоба транспортируется либо в бассейн, либо непосредственно на склад. Готовая продукция отгружается экскаватором.
Полусухая грануляция прогрессивна, поскольку расход воды меньше (до 2м3/т гранулята), влажность продукта ниже (7 – 15%). А производительность больше. В настоящее время наибольшее практическое применение имеют гидрожелобной и барабанный способы.

Гидрожелобной способ грануляции заключается в дроблении расплава ограниченным количеством воды, подаваемым под большим давлением на желоб, куда сливается расплав с ковша. Обезвоживание граншлака происходит на складе, оборудованном грейферным краном. Стекающая вода поступает в отстойник, а оттуда – перекачивается в систему оборотного водоснабжения.

При барабанной грануляции имеется шлакоприемная ванна, под которой проложен широкий лоток со щелевыми соплами для подачи воды под струю шлака с давлением 0,2 – 0,5 МПа в количестве 0,8 – 1,0 м3/т шлака. С лотка шлак с водой подается на лопастной грануляционный барабан длиной 1,5 – 2,0 м. При вращении барабана со скоростью 250 – 600 об/мин лопасти разбивают поток шлака и воды на мелкие частицы шаровидной формы и отбрасывают их на 20–40м. Готовая продукция отгружается грейферным краном потребителю.

Таковы основные способы гранулирования для дальнейшего использования доменного шлака. Напрямую оборудование завода «Строммашина» в данных процессах не используется. Но менеджеры нашего всегда смогут прийти на помощь и подобрать оборудование, наиболее подходящее для каждой конкретной задачи из номенклатуры партнеров завода по кооперации.