Идеи и машины работают
Электронная почта:
Turn on Javascript!
+7 (4872) 34-66-61 71-46-57, 47-22-76
Запросить
персональный
проект

Стратегия комплексной переработки промышленных отходов металлургического производства

Проблема утилизации мелкофракционных и пылевидных отходов не в полной мере решена на большинстве металлургических предприятий РФ. В ближайшее время пристальное внимание государственных надзорных органов к условиям накопления и хранения промышленных отходов будет только усиливаться, поскольку хранилища отходов не только занимают огромные земельные территории, расположенные, как правило, в городской черте, но и оказывают негативное воздействие на здоровье населения.

Главным недостатком промышленных отходов металлургических предприятий является их мелкофракционный состав (пыли аспирации, шламы, отсевы), вследствие чего их проблематично напрямую использовать  в плавке (электродуговой, конвертерной, доменной). Главным же достоинством этих материалов является их химический состав, близкий к химическому составу компонентной шихты конкретного металлургического агрегата. Следовательно, основную техническую задачу по утилизации металлургических отходов можно сформулировать следующим образом: существующие мелкие отходы укрупнить до размера куска в 40-60 мм и получить в процессе плавки окускованных материалов качественный продукт (или полупродукт).

Большинство технологий окускования мелкофракционных материалов заимствованы из стройиндустрии, а именно, производства мелкоштучных строительных материалов, которые в 90-х годах XX века получили широкое развитие в России (вибропрессование, экструзия, гиперпрессование). Параллельно с этим начали развиваться и технологии брикетирования промышленных отходов. Однако предложения фирм–разработчиков технологий окускования  ограничивались поставками технологического оборудования для брикетирования на металлургические предприятия, не давая гарантий по качеству брикетов и качеству выплавляемого на основе брикетов металлопродукта. При этом основные риски по внедрению того или иного способа окускования перекладывались на металлургов.

Для комплексного решения вопросов рециклинга металлургических отходов научно-производственные предприятия, имеющие более чем 20-летний опыт в данной области, создали межотраслевой консорциум  ГК «Ориен Технолоджи» - коллектив единомышленников, в который входят:

НПП «ОРИЕН-ТЕХНОЛОДЖИ» г.Тула – инновационная разработка производства стали из специально подготовленных (окускованных) шихтовых материалов;

НПК «ГЕВИТ» г.Тула – конструкторские разработки и производство автоматических технологических линий для изготовления брикетированных материалов;

НПП «Инновационные технологии и материалы», г.Тула - разработка технологии производства композиционных брикетированных материалов на основе мелкофракционных промышленных отходов;

НПП «Энерготерм-система», МО, г. Истра – конструкторские разработки и производство металлургического оборудования с автоматической системой управления.

Суть предлагаемого проекта заключается в следующем: предложить Заказчику комплексную технологию – от окускования   мелкофракционных отходов в композитные брикеты способом вибропрессования до выплавки в электропечи из брикетов по технологии ORIEN металлического железа в виде чернового железа или чугуна.

В комплексном проекте предусматривается:

  • исследование накопленных и образующихся на предприятии отходов и  определение наиболее эффективных составов композитных брикетов;
  • разработка проектной и конструкторской документации;
  • изготовление, поставка, монтаж, пуско-наладка и сервисное обслуживание оборудования для окускования промышленных отходов;
  • технологическое сопровождение производства до вывода отделения брикетирования на проектную мощность;
  • изготовление, поставка, монтаж, пуско-наладка и сервисное обслуживание металлургического оборудования для производства металлопродукта по технологии ORIEN;
  • технологическое сопровождение производства до вывода металлургического отделения на проектную мощность;
  • разработка комплекта технологической документации.

Принципиальным отличием предлагаемого пакета услуг по внедрению технологии рециклинга промышленных отходов является его комплексность, обеспечение технического сопровождения проекта на всех стадиях реализации на высоком профессиональном уровне, а также обеспечение гарантий получения заявленного результата.

Новаторская технология выплавки стали “ORIEN” превращает процесс окускования (или брикетирования) в одну из главных составляющих технологии выплавки стали. Данный композит становится уже не добавкой к шихте, а основой металлургического процесса и инструментом для формирования физико-механических характеристик металлопродукта. Отличительной особенностью запатентованной технологии ORIEN является более эффективное по сравнению с другими агрегатами использование брикетированного композитного материала именно в электродуговых печах.

Аналогом такого комплексного подхода к рециклингу промышленных отходов металлургических предприятий является технология OXYCUP, реализованная на заводе ThyssenKrupp Stahl в Дуйсбурге (Германия). Шахтная печь OXYCUP, которая представляет собой модификацию вагранки, способна перерабатывать в шихте до 100% брикетов на основе металлургических отходов. Брикетирование промышленных отходов в фирме ThyssenKrupp Stahl производится  способом вибропрессования.

Следует отметить, что технология окускования промышленных отходов способом вибропрессования была разработана и запатентована в России.

Брикет представляет собой искусственно созданный композит, составом и свойствами которого возможно управлять в широком диапазоне. В каждом маленьком объеме брикета работает система «железо-углерод-кислород-флюс», представляя собой своеобразную мини-доменную печь внутри сталеплавильного агрегата, или, по меньшей мере, ее модель.

К преимуществам искусственного композита перед традиционным кусковым материалом можно отнести  следующие факторы:

  • возможность использования богатых мелкофракционных материалов;
  • возможность изготовление продукта любой конфигурации: четырех-; шести-, восьмигранной призмы, цилиндра и др.;
  • возможность изготовления изделий различных геометрических размеров: от 30 до 300 мм в зависимости от требований металлургической плавки и конструкции загрузочных агрегатов;
  • частицы различных компонентов шихты – оксидов и восстановителя - находятся в непосредственном контакте, что существенно ускоряет скорости протекания реакций взаимодействия;
  • в состав брикетов могут вводиться самые разные компоненты (в том числе флюсы и легирующие);
  • возможность использования «бедных» материалов; при этом окончательный химический состав корректируется введением требуемых составляющих;
  • возможность регулировки «горячей прочности» путем изменения типа и количества вводимых связующих компонентов;
  • высокая механическая прочность брикетов по сравнению с традиционными шихтовыми материалами обусловлена технологией их изготовления и возможностью её регулирования;
  • морозостойкость и атмосфероустойчивость брикетов обеспечивают возможность их транспортировки на значительные расстояния в открытых полувагонах без опасения смерзания и «слипания» и быструю разгрузку вагонов.

На конкретном предприятии могут производиться брикеты различного типа. Это железоуглеродные  брикеты, состоящие из материалов, содержащих оксиды железа и восстановитель. Значительный интерес представляет использование в составе брикетов замасленной окалины. Наши специалисты провели комплекс исследований по созданию многокомпонентного самовосстанавливающегося брикета на основе замасленной окалины. Результаты данных работ позволят эффективно вернуть в оборот ценный металлургический материал, который представляет собой бремя для всех металлургических заводов и экологов.

В качестве материала–восстановителя в брикетах приоритет за материалами с высоким содержанием углерода, такими как, например, коксовая мелочь и коксовая пыль. Особо необходимо отметить появление нового углеродистого восстановителя – термококса®, который производится из низкозольных бурых углей. Этот продукт принципиально отличается от кокса по трем основным показателям: он многократно дешевле кокса, имеет на порядок более высокую реакционную способность и является мелкозернистым, что является неоспоримым преимуществом при изготовлении брикетов.

Также необходимо отметить композиционные материалы для производства ферросплавов. Нашими специалистами выполнены научно-исследовательские работы по созданию брикетов на основе мелкофракционных марганцевых, хромовых руд и концентратов в композиции с пылями аспирации и углеродосодержащим восстановителем.  В результате исследований было установлено, что восстановительные процессы внутри искусственного композита проходят существенно быстрее и при сравнительно низких температурах по сравнению с традиционной технологией.

Значительный интерес представляют собой брикеты на основе отсевов ферросплавов – марганцевые и хромовые лигатуры – дешевые заменители ферросплавов.

Разработаны композиции для конвертерной плавки на основе отсевов доломитов, известняков, пыли известеобжигательных печей, доломитовых шламов и др.

В настоящее время исследуются композитные материалы на основе отсевов ферросплавов и отсевов руды, содержащей окисленный материал (например, ферромарганца и отсевов марганцевой руды) с карбюризатором или без него. Данный материал способен стать альтернативой традиционным ферросплавам при легировании стали в печи-ковше.

Достаточно сложно описать всевозможные направления создания композиционных материалов. Потенциальные возможности создания брикетированных композиций для различных металлургических агрегатов поистине огромны. Так, например, апробированы композиции брикетов для промывки горна доменной печи, композиции на основе боя огнеупоров и каменноугольной препарированной смолы для ремонта футеровки конвертеров.

 Главное в этом следующее: металлургам дается новый технологический инструмент. В зависимости от особенностей технологии плавки могут вноситься коррективы в составы брикетов, чем регулируется качество готового металлопродукта.

Особое место в брикетировании принадлежит, так называемым «экологическим» брикетам. Этот брикет представляет собой многокомпонентную (до 15-ти и более компонентов) композицию, когда в один кусок собираются все виды железо-углеродосодержащих отходов в соотношении, равном соотношению образующихся на предприятии отходов. В композиции регламентируется соотношение Fe:С для обеспечения процессов восстановления и науглероживания в процессе электродуговой плавке. Уникальная технология ORIEN позволяет путем проплавления в электродуговой печи брикетов на основе промышленных отходов получать в качестве целевого товарного продукта  металлическое железо в виде чернового железа или чугуна.

Все многообразие видов исходных материалов для брикетирования учтено в конструкционных особенностях технологического оборудования для окускования, производимого фирмой «ГЕВИТ (НПК)».

На конструктивной базе автоматической линии по производству мелкоштучных строительных изделий (тротуарных плит, блоков и пр.) конструкторами фирмы разработаны перерабатывающие комплексы металлургических отходов двух типов: стационарный и передвижной мобильный. Производительность перерабатывающего комплекса составляет до 300 тыс.т/год.

Стационарный перерабатывающий комплекс целесообразно включать в единый технологический процесс металлургического завода, обеспечивая безотходный замкнутый цикл.

Передвижной мобильный перерабатывающий комплекс предназначен для фирм, которые перерабатывают промышленные отхода на принципах аутсорсинга на предприятиях, где накоплено незначительное количество отходов. Также передвижной перерабатывающий комплекс эффективно использовать  в случае, когда отходы располагаются в различных местах, а их перевозка связана с существенными проблемами. Гораздо проще транспортировать окускованный продукт, чем мелкофракционные отходы.

В зависимости от качественных характеристик перерабатываемого сырья технологическая линия может дооснащаться различными формовочными агрегатами – вибропрессовым, экструзионным или вальцевым, что позволяет исключить затратную операцию подготовки сырья к изготовлению брикетов (рассев, дробление, сушку, увлажнение и пр.).

Созданное оборудование – российская разработка, воплотившая в себе лучшие мировые достижения. Аналогов технологических линий, соединяющих в одно целое несколько принципиально различных формовочных агрегатов, в мире нет. Программное обеспечение автоматических линий также является разработкой фирмы «ГЕВИТ (НПК)». Оборудование наиболее полно отвечает требованиям по надёжности конструкций, обеспечивая непрерывный график работы производства. При создании данных комплексов реализованы следующие задачи:

  • возможность быстрого монтажа оборудования непосредственно в месте накопления мелкофракционных материалов, транспортировка которых затруднена (особенно в зимнее время);
  • 100%-ая автоматизации всех технологических процессов;
  • возможность переработки мелкофракционных материалов с минимализацией процессов подготовки;
  • компьютерное управление всеми технологическими процессами с визуализацией происходящих операций;
  • компьютерная самодиагностика технологических процессов;
  • оснащение технологической линии несколькими типами формовочных агрегатов, способных перерабатывать материалы различного агрегатного состояния;
  • быстрое (не более 15 мин.) переоснащение формовочного агрегата для перехода на производство иного типа брикетов;
  • обеспечение требуемой остаточной влажности готовых брикетов не более 3%;
  • обеспечение точности дозирования материалов при приготовлении брикетов +1%;
  • обеспечение экологичности (безотходности) производства.

Основу технологии ORIEN составляет прямое получение жидкого металла из предварительно подготовленного окускованного сырья путем карботермического восстановления железа  и преобразования полученного расплава в сталь, совмещенные друг с другом. Эти процессы протекают параллельно и одновременно в одном металлургическом агрегате – электродуговой сталеплавильной печи. Данный факт придает технологии ORIEN характер одностадийного совмещенного процесса. Предложенный способ относится к процессам бескоксовой металлургии «руда-сталь» и носит жидкофазный характер. Предварительно подготовленные композиционные брикеты вводят в наиболее горячую центральную зону электропечи в район расположения электродов, которая характеризуется интенсивным переносом тепла, огромной концентрацией энергии и чрезвычайно высокой температурой, где происходит быстрое восстановление железа (и цинка, если имеется в отходах) по ходу плавления в непрерывном или близком к нему режиме. При этом железо науглероживается и стекает в ванну печи, образуя металлическую ванну. Продукты возгонки, включая цинк, вместе с отводящими газами отводятся из печи и направляются на дальнейший передел.

Использование в электродуговой печи для нагрева и плавления брикетов электрической энергии, обладающей наивысшим энергопотенциалом по сравнению с тепловой энергией, создает исключительно благоприятные условия для реакции карботермического восстановления железа. В сочетании с высокоразвитой реакционной поверхностью и значительным отклонением системы Fe-O-C от состояния равновесия это обеспечивает необходимые и достаточные условия для восстановления железа, близкие к идеальным. При этом процесс восстановления вместо твердофазного состояния приобретает жидкофазный характер, отличающийся более высокими скоростями восстановления железа и имеющий другую природу восстановления.

Высокотемпературное взаимодействие железа с углеродом в атомарной и дисперсной форме позволяет значительно повысить удельную скорость восстановления железа. Она примерно на два порядка превышает скорость восстановления в доменной и шахтной печах. Благодаря этому процесс ORIEN по объемам производства может конкурировать с доменным производством и другими восстановительными печами.

В составе консорциума «Ориен-Технолоджи» разработку конструкторской документации, производство, создание АСУТП, поставку, монтаж и пуско-наладку специализированного металлургического оборудования для обеспечения технологии ORIEN выполняет фирма НПП "Энерготерм-система", имеющая успешный опыт комплексной реализации проектов для металлургических предприятий.

Накопленный опыт и имеющийся научный потенциал, высокая квалификация сотрудников от рабочих до инженеров и ученых, содружество с ведущими научными центрами страны и собственные производственные мощности позволяют ГК «Ориен Технолоджи» успешно решать научно-технические задачи по созданию нового оборудования и технологических линий, по реализации новых, передовых технологических процессов и превратить переработку отходов в доходный бизнес.

Особо следует отметить возможность создания региональных перерабатывающих центров (по опыту стран Евросоюза). В этом случае в регионах с развитой металлургией организуются перерабатывающие отходы центры. При этом металлургические предприятия, расположенные в радиусе до 500 км, осуществляют доставку образующихся отходов специализированным транспортом в перерабатывающий центр. Готовый металлопродукт, полученный по технологии ORIEN из брикетированных отходов, (черновое железо или чугун) поступают на металлургические предприятия для дальнейшей переработки.

Если на Вашем предприятии остро стоит проблема переработки промышленных отходов, предлагаем Вам оставить заявку на сайте или связаться со специалистами компании ГЕВИТ по телефону (4872) 34-66-61.

Приглашаем всех заинтересованных лиц к взаимовыгодному сотрудничеству.