Предлагается сталеплавильный шлак сливать не на землю, а на заранее подготовленный настил из твёрдых органических отходов, которые подлежат утилизации (пиролизу), в том числе и б/у автопокрышки.
Утилизируемый настил, в том числе и б/у автопокрышки, должен быль сверху “укутан” горячим жидким шлаком.
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 сверхвысокоскоростной процесс пиролиза с выделением на много большего количества оксида углерода и водорода.
ПРЕДЛОЖЕНИЕ:
На основании выше изложенного предлагается совместить все поименованные выше три технологии в один технологический процесс, протекающий одновременно для всех.
Конечный результат — восстановление железа из оксидов железа и одновременная утилизация пиролизом любых твёрдых органических отходов , в том числе и б/у автопокрышек, остаточной энергией конвертерного шлака.
Предлагается конвертерный шлак выливать не на землю, а сверху на заранее подготовленный деревянный настил из твёрдых органических отходов, которые подлежат утилизации, в том числе и б/у автопокрышки. Обязательное условие, это полное или почти полное покрытие утилизируемого настила сверху горячим шлаком. Так, как плотность деревянного настила меньше плотности шлака – нужно предусмотреть временную фиксацию настила на земле в начальный момент слива шлака из чаши шлаковоза.
УПРОЩЁННЫЙ РАСЧЁТ
1. При классическом пиролизе 1 м3 твёрдых органических отходов (древесины и т.п.) образуется в среднем 90 м3 некон¬денсирующихся 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 сверхвысокоскоростном 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 сверхвысокоскоростного 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.
ОПЫТНОКОНСТРУКТОРСКИЕ РАБОТЫ
Рис. № 4.1. Схема реализации способа восстановления металлов из оксидов сталеплавильного шлака с одновременной утилизацией органических отходов остаточной энергией шлака после разливки стали.
Конвертерный шлак выливается на утилизируемый деревянный настил, закреплённый временно на земле в центральной части места разлива.
Температура шлака в 1500 градусов и полное отсутствие доступа воздуха к твёрдым органическим отходам, которыми заполнен настил — обеспечивает протекание внутри так называемого сверхскоростного пиролизного процесса. Органические отходы разлагаются с выделением оксида углерода и водорода.
В свою очередь оксид углерода и водород одновременно начинает восстанавливать железо из оксидов шлака. Происходит диффузия газов – восстановителя через частицы, поры и трещины слоя остывающего и кристаллизующегося шлака и химическое превращение оксидов шлака в восстановленное железо.
Для заявленных целей заранее готовится для утилизации плоский прямоугольный деревянный настил из отходов. Внутрь настила добавляются органические твёрдые отходы. Деревянный настил размещается на земле перед разливкой шлака и крепится временными фиксаторами к земле. Это необходимо для того, чтобы высоко кинетический поток жидкого шлака не сдвинул настил с места и чтобы он не поднялся на поверхность шлака в начальный момент кристаллизации (остывания). Сверху настила выливается сталеплавильный шлак так, чтобы настил находилась полностью под шлаковым поясом. Пока шлак остывает до температур безопасной транспортировки к месту переработки — происходит высокотемпературный высокоскоростной пиролизный процесс образования оксида углерода с водородом и одновременный процесс восстановления такими продуктами железа из оксидов железа шлака.
После остывания, шлак транспортируется к месту переработки, где существующим оборудованием, магнитным способом, извлекаются из шлака как остатки (корольки) железа, так и восстановленное выше поименованным способом железо.
В последствии, при переработке такого шлака, можно извлекать уже и оставшиеся восстановленные дороге и редкоземельные металлы.
ВЫВОД:
Заявленный способ теоретически позволяет без каких-либо дополнительных затрат (бесплатно) возвращать в производство дополнительно до 66 кг железа с каждой тонны конвертерного шлака с одновременной утилизацией твёрдых органических отходов.
Технология позволяет организовать извлечение остальных дорогих и редкоземельных металлов.
Количество восстановленного метала будет зависеть исключительно от количества, качества и расположения твёрдых органических отходов под слоем горячего шлака.
Для подтверждения заявляемого необходимы ОКР на действующем производстве с дополнительными затратами – 0 рублей, 0 копеек. Всё уже есть на действующем производстве, необходимо только грамотно организовать выше поименованный процесс.
Без ОКР судить об эффективности – не эффективности предложенного способа не возможно, т.к. многие особенности одновременно протекания различных процессов в заявленном способе не известны.
Под терминологией “бесплатно” именуется дополнительный экологический аспект предлагаемой технологии, благодаря которому происходит утилизация любых твёрдых органических отходов, что не маловажно в современных условиях.
Всё это возможно за счёт предлагаемой бесплатной технологии грамотной утилизации остаточной энергии жидкого высокотемпературного сталеплавильного шлака, которая по настоящее время в этом аспекте никогда и ни кем не использовалась.
Хотя конвертерный шлак с температурой в 1500 градусов можно переработать не для восстановления железа, а для производства, например, низкокачественной и дешёвой минеральной ваты для строительства, но эта технология будет предложена мной позже.