Безотходная переработка ковшевого и электропечного шлака

Повторное использование техногенных отходов в черной металлургии может разрешить актуальную проблему комплексного применения имеющегося сырья ввиду истощаемости минеральных ресурсов. Металлургические шлаки перерабатываются не полностью, из-за чего их остатки складируются в отвалы предприятий и тем самым загрязняют окружающую среду. Эти остатки могут быть преобразованы в качественный промышленный продукт. Некоторые виды шлаков возможно эффективно перерабатывать совместно ввиду того, что, взаимодействуя между собой, части компонентов образуют новый продукт. В данной работе представлено исследование по совместной безотходной утилизации ковшевого и электропечного шлака черной металлургии, нацеленное на получение одновременно портландцементного клинкера и передельного чугуна. Приведено описание недостатков промышленных способов переработки данных шлаков, показана актуальность переработки ковшевого шлака. Представлены результаты математического моделирования жидкотекучести шлаков в зависимости от их состава, на основе которых проведены реальные исследования, приведена методика эксперимента. Определен химический состав шихты, позволяющий перерабатывать данные шлаки полностью, без какого-либо остатка, а также отходы обжига известняка при их наличии. В ходе такой переработки получаются передельный чугун и портландцементный клинкер качества, соответствующего ГОСТ. Также описаны результаты замеров вязкости разных составов шлака, дано описание полученных фаз шлака, представлен конечный температурный режим. Приводятся результаты опытно-промышленных испытаний разработанного способа утилизации, представлена цельная технологическая цепочка, предусматривающая использование роторно-наклонных печей.

1. Демин Б.Л., Сорокин Ю.В., Зимин А.И. Техногенные образования из металлургических шлаков как объект комплексной переработки // Сталь. 2000. № 11. С. 99–102.

2. Смирнов Л.А., Сорокин Ю.В., Демин Б.Л. и др. Современные технологии и оборудование по переработке и использованию техногенных отходов металлургического производства // Труды Международного когресса «Фундаментальные основы технологий переработки и утилизации техногенных отходов»: ТЕХНОГЕН-2017. Екатеринбург: УрО РАН, 2017. С. 29–33.

3. Гудим Ю.А., Голубев А.А., Овчинников С.Г. Современные способы безотходной утилизации сталеплавильных шлаков // Сталь. 2009. № 7. С. 93–95.

4. Егиазарьян Д.К., Шаманов А.Н., Шешуков О.Ю. и др. Анализ рафинировочных свойств и вязкости шлаков внепечной обработки стали // Сборник трудов 72-й Международной научнотехнической конференции «Актуальные проблемы современной науки, техники и образования». Магнитогорск. 2014. Т. 1. С. 180–185.

5. Уфимцев В.М., Коробейников Л.А. Шлаки в составе бетона: новые возможности // Технологии бетонов. 2014. № 6. С. 50–53.

6. Клачков А.А., Красильников В.О., Зуев М.В. и др. Передовые технологии эксплуатации футеровки электросталеплавильной печи на примере ДСП-135 ОАО «Северский трубный завод» // Новые огнеупоры. 2012. № 3. С. 99–104.

7. Аксенова В.В., Сафонов В.М. Исследование равновесия системы «шлак-металл» перед выпуском из ДСП-160 // Современные проблемы горно-металлургического комплекса. Наука и производство. Материалы 13-й Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, 23-25 ноября 2016 г., Старый Оскол. Т. II. C. 15–18.

8. Song Q., Shen B., Zhou Z. Effect of blast furnace slag and steel slag on cement strength, pore structure and autoclave expansion // Advanced Materials Research. 2011. Vol. 168-170. P. 17–20. http:// doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.168-170.17

9. Skaf M., Manso M.J., Aragon A., Fuente-Alonso J.A., OrtegaLópez V. EAF slag in asphalt mixes: A brief review of its possible re-use // Resources, Conservation and Recycling. 2017. Vol. 120. P. 176–185. http://doi.org/10.1016/j.resconrec.2016.12.009

10. Abu-Eishah S., El-dieb A., Bedir M. Performance of concrete mixtures made with electric arc furnace (EAF) steel slag aggregate produced in the Arabian Gulf region // Construction and Building Materials. 2012. Vol. 34. P. 249–256. http://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2012.02.012

11. Tsakiridis P.E., Papadimitriou G.D., Tsivilis S., Koroneos C. Utilization of steel slag for Portland cement clinker production // Journal of Hazardous Materials. 2008. Vol. 152. No. 2. P. 805–811. http://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2007.07.093

12. Santamaría A., Rojí E., Skaf M., Marcos I., Gonzalez J.J. The use of steelmaking slags and fly ash in structural mortars // Construction and Building Materials. 2016. Vol. 106. P. 364–373. http://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.12.121

13. Manso J.M., Gonzalez J., Polanco J. A. Electric arc furnace slag in concrete // Journal of Materials in Civil Engineering. 2004. Vol. 16. No. 6. P. 639–645. http://doi.org/10.1061/(ASCE)08991561(2004)16:6(639)

14. Sheshukov O.Yu., Mikheenkov M.A., Egiazaryan D.K., Ovchinnikova L.A., Lobanov D.A. Chemical stabilization features of ladle furnace slag in ferrous metallurgy // KnE Materials Science. TECHNOGEN-2017. P. 59–64. http://doi.org/10.18502/kms.v2i2.947

15. Михеенков М.А., Шешуков О.Ю., Лобанов Д.А. Шлаковые техногенные образования как материал для получения силикатных товарных продуктов и чугуна // Машиностроение. 2018. Т. 6. №. 1. С. 46–51.

16. Лобанов Д.А., Михеенков М.А., Шешуков О.Ю. и др. Особенности формирования шлаков черной металлургии и возможные пути улучшения технологии металлургического передела и комплексной переработки шлаков // XV Международный конгресс сталеплавильщиков. Сборник трудов к 100-летию Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» и 380-летию российской металлургии. 2018. С. 462–467.

17. Pontikes Y., Jones P. T., Geysen D., Blanpain B. Options to prevent dicalcium silicate-driven disintegration of stainless steel slags // Archives of Metallurgy and Materials. 2010. Vol. 55. No. 4. P. 1169–172. http://doi.org/10.2478/v10172-010-0020-6

18. Shi C. Characteristics and cementitious properties of ladle slag fines from steel production // Cement and Concrete Research. 2002. Vol. 32. No. 3. P. 459–462. http://doi.org/10.1016/S0008-8846(01)00707-4

19. Skaf M., Ortega-López V., Fuente-Alonso J.A., Santamaria A., Manso J.M. Ladle furnace slag in asphalt mixes // Construction and Building Materials. 2016. Vol. 122. P. 488–495. http://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.06.085

20. Menad N., Kanari N., Save M. Recovery of high grade iron compounds from LD slag by enhanced magnetic separation techniques // International Journal of Mineral Processing. 2014. Vol. 126. P. 1–9. http://doi.org/10.1016/j.minpro.2013.11.001

21. Artioli G., Bullard J.W. Cement hydration: The role of adsorption and crystal growth // Crystal Research and Technology. 2013. Vol. 48. No. 10. P. 903–918. http://doi.org/10.1002/crat.201200713

22. Вопросы утилизации рафинировочных шлаков сталеплавильного производства / О.Ю. Шешуков, М.А. Михеенков, В.И. Некрасов и др. Екатеринбург: УрФУ, 2017. 208 с.

23. Новиков В. К., Невидимов В.Н. Полимерная природа расплавленных шлаков. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2006. 62 с.

24. Урал-олово. Роторная печь. Режим доступа: https://ural-olovo.ru/projects/rotornaya-pech/rotornaya-pech/ (дата обращения: 14.12.2020).