Заявленное ниже относится в первую очередь к восстановлению железа. Технологии восстановления других металлов из оксидов конвертерного шлака в том числе и дорогих, редкоземельных и т.п. аналогична и отличается только способом извлечения при переработке.
ПОТЕРИ ЖЕЛЕЗА В ПРОИЗВОДСТВЕННОМ ПРОЦЕССЕ:
Конвертерный шлак в среднем состоит из 10% металлического железа и 10% оксидов железа , т.е. 7% железа. При переработке шлака 10% металлического железа сепарируется существующими барабанными магнитными системами и возвращается в производство. Остальные 7% железа безвозвратно теряются.
С учётом того, что удельный выход конвертерного шлака составляет около 150 кг на тонну стали — безвозвратные потери на каждую тонну произведённой стали составляют 10 кг металла.
ЧТО ИЗВЕСТНО:
1. Известно, что конвертерный шлак с температурой 1400-1600 градусов и средней плотностью жидкого состояния – 3000 кг/м3 сливается на землю на шлаковом дворе, охлаждается. После охлаждения поступает на переработку.
2. Известна технология прямого восстановления железа оксидом углерода и водородом при температуре 800 градусов. В заявленном способе при температуре 1500 градусов происходят уже скоростные процессы прямого восстановления металла.
3. Известна технология пиролиза, как термическое разложение органических соединений при недостатке кислорода (древесины, нефтепродуктов и прочего) при температурах 750—800 °С с выделением оксида углерода и водорода. В заявленном способе при температуре 1500 градусов происходит сверх высокоскоростной процесс пиролиза с выделением на много большего количества оксида углерода и водорода.
ПРЕДЛОЖЕНИЕ:
Предлагается на первой стадии переработки сталеплавильного шлака совместить поименованные выше технологии в один технологический процесс жидкофазного восстановления железа из оксидов с одновременной утилизацией пиролизом твёрдых бытовых отходов (в том числе и автопокрышек).
Конечный результат — восстановление железа из оксидов железа и одновременная утилизация пиролизом любых твёрдых органических отходов остаточной энергией конвертерного шлака, в том числе и б/у автопокрышки.
Предлагаемая технология предлагает возвращать в производство до 66 кг железа с каждой тонны сталеплавильного шлака с одновременной утилизацией твёрдых бытовых отходов остаточной энергией огненно-жидкого шлака (в том числе и автопокрышек).
Технология.
Готовятся пиролизные сборки из твёрдых бытовых отходов жёсткой решётчатой структуры типоразмером: 1 х 1 х 0,15 м (в том числе и из автопокрышек) .
Пиролизные сборки размещаются над местом разлива огненно-жидкого шлака шлакового двора. Крепятся к основанию шлакового двора для предотвращения смещении при заливке и пиролизе.
Пиролизные сборки заливаются со всех сторон огненно-жидким сталеплавильным шлаком. Внутри происходит скоростной сверх высокотемпературный пиролизный процесс. Образуется восстановительный газ за время, не более времени остывания шлака с температуры 1300 до 1000 градусов. Восстановительный газ, расширяясь, проходит сквозь огненно-жидкий шлаковый пояс и восстанавливает железо из оксидов. Не прореагировавший газ сгорает при контакте с воздухом. См. рис. № 3.1.
После остывания, шлак транспортируется к месту переработки, где существующим оборудованием действующего производства извлекаются как остатки (корольки) железа, так и восстановленное технологией железо (в том числе и стальной корд от автопокрышек).
Рис. № 3.1. Технология восстановления металлов из оксидов сталеплавильного шлака.
Эффект от внедрения технологии:
Предлагаемая технология позволяет без дополнительных затрат:
- возвращать в производство (восстанавливать) до 66 кг железа с каждой тонны сталеплавильного шлака, которое раньше безвозвратно терялось в составе оксидов.
- утилизировать безопасным способом (пиролизом) до 0,7 м/3 твёрдых бытовых отходов (в том числе и автопокрышек).
УПРОЩЁННЫЙ РАСЧЁТ ПО ПРЕДЛАГАЕМОМУ
1. При классическом пиролизе 1 м3 твёрдых органических отходов (древесины и т.п.) образуется в среднем 90 м3 неконденсирующихся газов. В состав пиролизных газов входят: CO: 30–50%, CO2: 18–38%, CH4: 1–20%, H2: 10–20%, углеродные примеси: около 1%. Таким образом 1м3 твёрдых органических отходов (древесины и т.п.) образует в среднем 60 м3 восстановительного газа — оксида углерода (II) + CH4. При сверх высокоскоростном пиролизе образуется на много больше пиролизного газа.
2. Объем оксида углерода (II), который необходим для полного восстановления железа из 1 кг оксида железа (III), равен 420 литра (0,42 м3.)
3. Конвертерный шлак ориентировочно на 75% состоит из оксидов не металлов, таких как СаО, SiO2, Р2О5 и на 5% из корольков железа. Оксиды не металлов не будут реагировать с CO, т.к. теплота образования СО недостаточно велика, чтобы превысить теплоту образования оксидов не металлов . Оксиды других металлов для упрощения расчёта рассматривать не будем.
4. Согласно п. 3. для полного восстановления металла из оксидов шлака расчёт количества восстановителя — оксида углерода (II) нужно вести для 10% шлака.
5. Согласно п.2. из 150 кг шлака необходимо только 10% (15 кг) оставшихся оксидов подвергнуть восстановлению оксидом углерода (II), чтобы получить 10 кг железа. Для этого необходимо ориентировочно 6,3 м/3 восстановителя оксида углерода (II). С учётом п. 3. для восстановления 10 кг чистого железа необходимо 0,1 м/3 твёрдых органических отходов подвергнуть пиролизу (полным погружением без доступа воздуха) конвертерным шлаком с температурой 1500 градусов.
6. Способ теоретически позволяет восстанавливать не более 66 кг железа с каждой тонны конвертерного шлака объёмом 0,35 м/3 одновременной утилизацией не более 0,7 м/3 твёрдых органических отходов. Исходя из выше приведённого расчёта практически покрыть (укутать) 0,7 м/3 твёрдых органических отходов 0,35 м/3 шлака достаточно проблематично.
7. Теоретически не возможно учесть все особенности одновременного протекания пиролиза и восстановления металла из оксида для различный условий покрытия шлаком твёрдых отходов.
8. В приведённом расчёте не учтены аспекты сверх высокоскоростного протекания процесса пиролиза, который в настоящее время до конца ещё не изучен, при котором выделяется на порядок больше пиролизного газа с 1 м/3 твёрдых органических отходов (древесины и т.п.).
9. С учётом п. 7 и п. 8 можно предположить следующее: Способ позволит восстанавливать не более 66 кг железа с каждой тонны конвертерного шлака объёмом 0,35 м/3 одновременной утилизацией не более 0,07 м/3 твёрдых органических отходов, что практически уже реализуемо.
10. Исходя из выше изложенного для подтверждения или опровержения заявленного способа необходимы ОКР на действующем конвертерном производстве стали.