Комплекс OXYCUP для полной утилизации металлургических отходов в масштабах комбината или отдельного региона

Комплекс OXYCUP для полной утилизации металлургических отходов в масштабах комбината или отдельного региона


 

Металлургическое производство является одним из серьезных загрязнителей окружающей среды. В черной металлургии на каждую тонну произведенной продукции образуется большое количество различных отходов и побочных продуктов, как используемых в текущем производстве (оборотный скрап, сухая окалина и пр.), так и требующих дополнительных мер по утилизации (замасленная окалина, пыли и шламы газоочисток и пр.).

  • Дополнительная информация


    • Авторы:Ушакова М.В., Черноусов П.И., Ростовский А.В.
    • Организация:НИТУ «МИСиС»

Одной из промышленно внедренных технологий переработки отходов является технология OXYCUP, впервые реализованная в промышленном масштабе на заводе ThyssenKrupp Stahl (TKS) в Дуйсбурге (Германия).

Одна шахтная печь OXYCUP, которая представляет собой модификацию вагранки, способна переработать практически все трудноутилизируемые отходы и побочные продукты одного комбината или ряда заводов. В такой печи можно легко перерабатывать материалы с высоким содержанием цинка из текущих и накопленных отходов металлургического производства или из автомобильного лома.

OXYCUP позволяет легко перерабатывать без дополнительной подготовки такие тяжеловесные возвратные отходы, как настыли или металлические фракции шлака десульфурации. Ограничения по размеру перерабатываемых материалов зависят от размеров печи и для промышленной установки достигают 600-800 мм для настылей и 400400400 мм для пакетированных материалов (например, легковесный автолом).

Большие объемы пылевидных отходов можно перерабатывать в виде самовосстанавливающихся брикетов (с добавлением углеродсодержащего восстановителя). Отработка технологии приготовления брикетов во многом определила успех реализации технологии OXYCUP в промышленном масштабе. Была доказана возможность переработки различных видов мелкофракционных текущих и отвальных металлургических отходов и работа печи на 100% брикетов в шихте.

Печь OXYCUP является своего рода миниатюрой доменной печи как по исполнению, так и по технологическому процессу (рис. 1).

Тепловой баланс процесса OXYCUP
Рисунок 1 – Тепловой баланс процесса OXYCUP (шихта 70% брикетов, 30% настылей)

В верхней части печи (колошник) располагается загрузочный бункер, ниже находится камера газоотвода. Средняя часть печи (шахта) служит для предварительного нагрева шихтовых материалов и завершается зоной расплавления металла и шлака. В нижней части (горн) размещаются металлоприемник и сифон — устройство для разделения металла и шлака. В отличие от обычной доменной печи, металл и шлак выпускаются из печи OXYCUP непрерывно в чугуновозные ковши или миксер.

В печи OXYCUP цинк вместе с шихтой проходит через зоны с различной температурой и с различным составом газовой атмосферы, начиная от холодной зоны в верхней части печи OXYCUP и до горячей фурменной зоны. Восходящий из горячих зон в виде паров цинк будет окисляться, обеспечивая равновесие реакций окисления-восстановления, которые почти полностью прекращаются при температурах ниже 300° С, преобладающих на уровне газоотвода. Частицы ZnO, образующиеся при окислении газообразного цинка в области низких температур, имеют очень небольшие размеры и уносятся из печи с пылью. Cодержание цинка в колошниковой пыли составляет около 30%, что является товарным продуктом для его дальнейшей переработки.

Также возможен дуплекс-процесс, при котором в одном агрегате (OXYCUP) происходит концентрация цинка в возгонах в виде цинкита, а во втором (DECM – электрококсовая плавка пыли – процесс, разработанный при участии специалистов МИСиС) – получение металлического порошкового цинка. Такая технологическая схема обеспечивает улучшение экономических показателей утилизации отходов за счет получения продукта более высокой степени переработки.

Печь OXYCUP позволяет не только решить проблемы завода с побочными продуктами, но и обеспечить металлургическое производство дополнительным количеством жидкого чугуна.

Печь OXYCUP в сравнении с доменной печью имеет сравнительно небольшие размеры. Опыт эксплуатации крупных вагранок показал, что внутренний диаметр шахты печи OXYCUP для плавки брикетов нецелесообразно увеличивать более 3 м. Такая печь может перерабатывать в год до 520 тыс.т скрапа (настылей и т.п.) или 360 тыс.т брикетов, смесь брикетов и скрапа характеризуется годовым объемом переработки в этих пределах в зависимости от пропорции компонентов в смеси.

Положительный опыт эксплуатации промышленного комплекса на TKS позволил дать толчок развитию данной технологии. В 2009 г. подписан контракт на строительство трех комплексов OXYCUP для компании TISCO, Китай (переработка отходов производства углеродистой и нержавеющей сталей и феррохрома).

Определенные перспективы технология OXYCUP имеет и в России. Во-первых, достоинства OXYCUP (традиционные продукты переработки – чугун, шлак и газ, высокая производственная гибкость, низкая себестоимость чугуна) позволяют легко включить данный комплекс в существующую производственную схему, во-вторых, решается вопрос с вовлечением в оборот всех текущих и отвальных пылей и шламов, что обеспечивает увеличение степени сквозного извлечения железа, в-третьих, повышается экономическая эффективность всего металлургического передела.

Реализация подобного проекта может проходить по нескольким вариантам:

1. Создание комплекса для утилизации всех отходов крупного завода или комбината. В данном случае завод может свести к минимуму образование отходов, обеспечив практически полное вовлечение их в производственный процесс с извлечением ценных компонентов. Этот вариант наиболее подходящий для заводов мощностью не менее 4-5 млн.т стали. Например, рассматривается вариант реализации проекта OXYCUP для условий ЛПК и ВМЗ (оба – г. Выкса), входящих в состав ОМК. В этих условиях возможна переработка всех текущих отходов (ежегодно до 300 000 т) с получением жидкого чугуна, который возможно использовать в ДСП с соответствующим повышением эффективности производства стали (рис. 2).

Вариант реализации процесса OXYCUP для условий ОМК (г. Выкса)
Рисунок 2 – Вариант реализации процесса OXYCUP для условий ОМК (г. Выкса)

2. Создание регионального центра по переработке отходов. При наличии в отдельном регионе нескольких минизаводов, когда строительство комплексов OXYCUP для каждого из них нецелесообразно, можно организовать региональный центр, использующий отходы всех отдельных заводов (по типу завода DK Recycling, Германия). Например, Уральский центр мог бы использовать текущие отходы таких заводов, как Ревдинский МЗ (НСММЗ), Серовский МЗ, ПНТЗ, СТЗ, Синарский ТЗ, ЧТПЗ и пр. В зависимости от объемов отходов может быть выбран вариант с использованием, например, только пылей ДСП и т.д.

Национальный исследовательский институт «МИСиС» как один из ведущих центров металлургической науки активно занимается проблемами переработки отходов профильного производства. Учитывая разнообразие видов отходов и их географии, а также экономическую целесообразность их вовлечения в промышленное производство, на кафедре инновационного проектирования (теперь она реорганизована в кафедру бизнес-информатики и систем управления производством) специалистами «МИСиС» создана база элементного состава техногенных отходов, соединённая с модулем технологического расчёта замены первичных шихтовых материалов вторичными. Программный продукт разработан для систематизации существующих видов техногенных отходов и возможности оценки металлургической ценности конкретных видов отходов с точки зрения их дальнейшего использования в качестве вторичных шихтовых материалов.

База данных написана в виде web-приложения на языке MS SQL и подключена к программному модулю при помощи языка программирования C#. База данных содержит значения химического состава самых распостранённых видов отходов, образующихся на металлургических предприятиях России и зарубежных стран. Программа осуществляет поиск химического состава отходов по выбранному пользователем металлургическому предприятию или названию техногенных отходов; определяет наиболее близкий тип отходов по химическому составу при введении содержания основных химических элементов.

Реализована возможность для пользователя добавления в базу данных новых видов отходов и редактирования существующих, а также передачи данных для расчёта в программный модуль технологического расчета замены первичных шихтовых материалов вторичными, который позволяет просчитать варианты комплексного использования различных смесей отходов для выбора наиболее эффективного варианта.

Созданная база данных является достаточно полной и может использоваться в учебных целях и для оценки металлургической ценности техногенных отходов для конкретных металлургических предприятий. Для систематизации процессов переработки отходов создана информационно-поисковая система процессов переработки металлургических отходов, которая реализована в виде web-приложения (язык C#, система управления БД — MS SQL Server), содержит 70 процессов переработки отходов и позволяет более подробно изучить описание любого из процесса, а также ознакомиться с технологической схемой.

Реализована возможность добавления в общую базу данных новых процессов и поиска процессов по задаваемым пользователем классификационным признакам. В результате поиска выдаются процессы, полностью или частично удовлетворяющие заданным пользователем условиям. Процессы, выпадающие под названием частичное совпадение – это процессы, у которых три признака из шести удовлетворяют критериям пользователя. С возможностями информационно-поисковой системы и названиями выделенных признаков процессов можно ознакомиться на структурной схеме.

Созданная БД содержит достаточно полное описание большинства существующих процессов переработки техногенных отходов и может использоваться в учебных целях и для поиска подходящих процессов при выборе возможных вариантов утилизации техногенных отходов для конкретных металлургических предприятий.

Таким образом, специалисты МИСиС активно занимаются крайне актуальной на сегодняшний день проблемой выбора, систематизации и совершенствования методик расчёта технологических и экономических показателей различных технологий переработки большинства видов трудноутилизируемых отходов металлургического производства, что позволит в будущем оптимизировать утилизацию отходов с максимальным эффектом. Наиболее перспективным на сегодняшний день выглядит применение комплекса OXYCUP для полной утилизации металлургических отходов как в масштабах отдельного комбината, так и с созданием регионального центра по переработке отходов

ПОДЕЛИСЬ ИНТЕРЕСНОЙ ИНФОРМАЦИЕЙ

MetalSpace

Опубликовано MetalSpace

Адрес электронной почты: info@metalspace.ru
Предлагаем сотрудничество
  • Опубликуй свои произведения в электронной форме.
  • Размести научную статью или пресс-релизы на страницах нашего портала.

Оставь комментарий