ПЫЛИ ДУГОВЫХ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ И АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ЕГО ПЕРЕРАБОТКИ

АННОТАЦИЯ

В статье изучена классификация пыли черной металлургии, образование пыли в дуговой сталеплавильной печи, состав пыли, дисперсность и размер частиц пыли, ее количество, предприятия, образующие пыль в дуговой сталеплавильной печи в нашей республике, а также возможности утилизации и переработки пыли. Приведены данные о том, что дуговая сталеплавильная печь считается бедной по содержанию железа в пыли (менее 40 %), переработке пыли пирометаллургическими и гидрометаллургическими методами, а также о брикетировании и наиболее широко используемых в мире процессах вельцевания для переработки пыли. Кроме того, представлена информация о технологиях компаний Arcfume, Mintek, Tetronics, SKF, Scandust и Davy, Mannesman – Demag по плазменной переработке пыли. Также приведены названия стран, в которых применяется технология переработки пыли дуговой сталеплавильной печи фирмы Tetronics.

ABSTRACT

The article examines the classification of black metallurgy dust, dust formation in an arc steel smelting furnace, dust composition, dispersion and particle size of dust particles, dust quantity, dust-forming enterprises in an arc steel smelting furnace in our republic, as well as the possibilities of dust utilization and recycling. Data are presented on the fact that the arc steelmaking furnace is considered poor in terms of iron content in the dust (less than 40 %), processing of dust by pyrometallurgical and hydrometallurgical methods, as well as briquetting and the most widely used in the world process for processing dust – wealz. In addition, information was presented on the technologies of the companies Arcfume, Mintek, Tetronics, SKF, Scandust and Davy, Mannesman – Demag for plasma dust processing. The countries where the technology for processing dust from the Tetronics arc steelmaking furnace is applied are also listed.

Ключевые слова: пыль дуговой сталеплавильной печи, образование пыли, состав пыли, количество пыли, утилизация, переработка, пирометаллургический метод, гидрометаллургический метод, процесс вельцевания, брикетирование.

Keywords: arc steel smelting furnace dust, dust formation, dust composition, dust quantity, utilization, reprocessing, pyrometallurgical method, hydrometallurgical method, waelz process, briquetting.

Введение

Пыль газоочистных сооружений и аспирационных установок считается мелкодисперсным отходом в черной металлургии. Пыль в металлургии состоит из остатков сырья и продуктов его переработки, образующихся в процессах металлургического производства [1].

Пыль, образующаяся в результате высокотемпературного процесса плавки в дуговой сталеплавильной печи, представляет собой мелкодисперсный материал, состоящий в основном из оксидов железа, а также содержит примеси цинка, свинца, кадмия и других элементов. Эти элементы взаимодействуют с кислородом с образованием оксидов, которые конденсируются в виде мелких частиц и удаляются вместе с отходящими газами. Состав пыли может различаться в зависимости от используемого сырья и технологического процесса, но в целом он включает в себя следующее: оксиды железа (FeO, Fe₂O₃), оксиды цинка (ZnO), оксиды свинца (PbO), оксиды кальция (CaO), оксиды кремния (SiO₂).

Пыль, образующаяся при работе дуговых сталеплавильных печей (ДСП), содержит значительное количество цинка, которое может достигать до 40 % [4]. В пыли дуговых сталеплавильных печей – от переработки обломков или металлолома оцинкованных изделий (кузовов автомобилей, строительных конструкций). В высокотемпературных металлургических оборудованиях цинк отгоняют в системе газоочистки и затем конденсируют [1].

Дисперсность пыли высокая, до 94,3 % частиц имеют размер менее 0,08 мм. Данная пыль рассматривается как ценный техногенный источник для извлечения цинка.

Химический состав пыли зависит от состава сырья и технологического процесса и может значительно изменяться на разных заводах и в разные временные интервалы.

В настоящее время в Республике действуют более 50 крупных и малых металлургических предприятий в сфере "Черной металлургии", в том числе АО "Узметкомбинат", АО "Алмалыкский ГМК", Ташкентский трубный завод им. В.Л.Гальперина и ООО "Li Da Metal Technology". На основании результатов анализа установлено, что пыль дуговых сталеплавильных печей АО "Узметкомбинат", АО "Алмалыкский ГМК", Ташкентского трубного завода им. В.Л.Гальперина и ООО "Li Da Metal Technology" содержит от 5 % до 15 % цинка и от 29 % до 39 % железа [5].

Объем пылевых отходов, образующихся в процессе производства в дуговых сталеплавильных печах АО "Узметкомбинат," являющегося одним из ведущих металлургических предприятий Республики Узбекистан, составляет около 60 тыс. тонн в год [6].

В настоящее время на АО "Узметкомбинат" строится литейно-прокатный комплекс (ЛПК). Этот проект позволит производить более 1 миллиона тонн горячего проката в год.

Комплекс оснащается передовыми технологиями итальянской компании "Danieli". Устанавливаются дуговая сталеплавильная печь ДСП-120, машина непрерывного литья и прокатный станок.

Дуговая сталеплавильная печь марки ДСП-120 позволяет получать 3480 тонн жидкой стали в день и 1270 000 тонн в год. С вводом в эксплуатацию литейно-прокатного комплекса количество пыли, образующейся в результате процесса плавки, может увеличиться в 2 раза и составить 120 тысяч тонн и более.

Ниже проанализированы возможности извлечения цинка и железа в виде определенных продуктов путем переработки этой пыли.

Материалы и методы

Согласно техническим требованиям к качеству железосодержащих пылей, при их утилизации в металлургии их общее содержание железа, углерода, а также оксидов Ca и Mg должно быть не менее 45 %. Железо имеет большое значение для чёрной металлургии, его содержание в мелкодисперсных отходах достигает 55–67 % [1].

Таблица 1.

Химический (элементный и оксидный) состав пыли

Таблица 2.

Гранулометрический состав пыли

Пыль электродуговой сталеплавильной печи относится к отходам четвертого класса опасности и требует специальной утилизации. Существуют различные методы переработки пыли, направленные на извлечение ценных компонентов и снижение её негативного воздействия на окружающую среду:

Пирометаллургический метод. Пыль обрабатывается при высокой температуре (800–1200 °C), и свинец и цинк извлекаются в качестве возгонов. В одном из патентов описан способ переработки цинксодержащей пыли дуговых сталеплавильных печей, предусматривающий смешивание пыли с материалом, содержащим оксид кальция, гранулирование и термическую обработку.

Гидрометаллургический метод. Пыль перерабатывается кислотами или щелочами, а затем осаждается в виде ионов металлов. Например, в результате кислотной обработки пыли из нее извлекаются железо, алюминий и цинк. После соответствующей обработки пыль может быть использована в качестве коагулянта для очистки сточных вод, что расширяет область его применения и способствует решению экологических проблем.

Процесс вельцевания. Пыль смешивается с добавками, содержащими оксид кальция, и проводится процесс вельцевания. В результате получается оксид цинка и клинкер, содержащий железо.

Процесс вельцевания является наиболее распространенным способом переработки пыли. Этим способом перерабатывается около 80 % пыли, образующейся при производстве [7].

Рисунок 1. Технологическая схема переработки пыли ДСП ОАО «Челябинск» [2]

В основе процесса лежит восстановление цинка, кадмия и свинца из предварительно гранулированной шихты (60 %), а также мелких частиц кокса (25 %) и флюса SiO₂ (15 %). Шихта загружается во вращающуюся трубчатую печь, где выдерживается при температуре 1200°C в течение 4 часов. В процессе перегонки пары цинка и других ценных компонентов удаляются из печи вместе с отходящими газами. При охлаждении отходящих газов пары металла конденсируются в виде мелкой пыли. Пыль, попадающая в систему очистки газа, задерживается в фильтрах и существует в виде оксида цинка (50–60 % Zn) или "Вельц-окись" [1].

Полученный продукт направляется на производство цинка, а шлак используется в качестве строительного материала или в дорожном строительстве [1].

Технология переработки пыли посредством процесса вельцевания используется во Франции, Германии, США, Мексике, Испании [8].

Брикетирование и возвращение в печь. Пыль смешивается связующими материалами и превращается в брикеты, которые затем возвращаются в процесс плавки. Это позволит сократить объем отходов и вернуть драгоценные металлы в производство.

Цинксодержащую пыль нельзя направлять в агломерационное производство, так как при попадании агломерата в доменную печь перегонка цинка приводит к образованию твердых веществ в верхних горизонтах доменной печи, а также при конденсации в системе отвода и очистки технологического газа [1].

Рисунок 2. Технологическая схема переработки пыли ДСП на фирме Tetronics [4]

Имеются технологии компаний Arcfume. Mintek, Tetronics, SKF, Scandust и Davy, Mannesman – Demag по плазменной переработке цинк и свинец содержащей пыли. Технология переработки пыли дуговой сталеплавильной печи фирмы Tetronics считается альтернативным процессом, предложенным британскими учеными, и используется в Германии, Южной Корее, Италии, Японии и Великобритании [6].

Как было сказано выше, объем образования пыли повышается в 2 раза. Извлечение Zn и Fe из состава пыли, в первую очередь, считается экологически важным. Во-вторых, объем производства Zn несколько увеличится, а в-третьих, объем производства стали также становится больше за счет возврата Fe в процессы производства стали.

Заключение

Пыль дуговой сталеплавильной печи выделяется среди техногенных отходов наличием в своем составе ценных металлов, в основном цинка и большого количества железа. Этот тип пыли также присутствует на некоторых предприятиях республики Узбекистан, и как было установлено, он содержит до 15 % цинка и до 39 % железа. Переработка пыли дуговой сталеплавильной печи пирометаллургическими и гидрометаллургическими методами изучена учеными в мировой практике. В мировом масштабе около 80 % пыли дуговой сталеплавильной печи перерабатывается посредством процесса вельцевания, который считается пирометаллургическим методом. В настоящее время пыль дуговой сталеплавильной печи, образующаяся в процессе производства на предприятиях нашей Республики, не перерабатывается. Одной из актуальных задач является более глубокое изучение возможностей переработки этой пыли и проведение исследований, чтобы на основе полученных результатов рекомендовать оптимальную технологию переработки пыли для извлечения ценных металлов из ее состава в виде продукта.

Список литературы:

1. Доброхотова М.В., Курошев И.С., Ежова О.С. Производства чугуна и стали // Энциклопедия технологий 2.0. – С. 281–374.
2. Патрушов А.Е. Разработка пирометаллургической технологии извлечения железа и цинка из пылей электросталеплавильного производства: диссертация на кандидата технических наук: 2.6.2. // Иркутский национальный исследовательский технический университет»]. – Иркутск, 2021. – 137 с.
3. Самадов А.У., Тошкодирова Р.Э., Жалолов Б.А.У. Анализ цинксодержащей пыли, образующейся при производстве стали // Universum: технические науки. – 2024. – № 3 (129). – С. 20–23. Doi: 10.32743/unitech.2024.129.12.18967
4. Топоркова Ю.И. Комплексная переработка цинксодержащей пыли сталеплавильного производства в аммиачно-хлоридных средах: дис. … канд. техн. наук: 05.16.02 – металлургия черных, цветных и редких металлов. Екатеринбург, 2021. – 137 с.
5. Samadov A.U., Jalolov B.A. Po‘lat ishlab chiqarishda hosil bo‘luvchi rux saqlovchi changlar tahlili // Journal of advances in engineering technology. – 2024. – № (4). – С.  132–136.
6. Samadov A.U., Jalolov B.A. Yoyli Po‘lat Eritish Pechi Changi Va Uni Qayta Ishlash Imroniyatlarini O‘rganish // Journal of Advances in Engineering Technology. – 2025. – № 1. – Pp. 39–43.
7. Sunnatov J.B., Qarshiyev X.K Qora metallurgiyada hosil bo’lgan changlardan rangli metallarni ajratib olish texnologiyalarini o’rganish va tahlil qilish // Oriental renaissance: innovative, educational, natural and social sciences. – 2021. – № 1 (4). – С.1414–1427.