Использование рафинировочных сталеплавильных шлаков в аглопроизводстве : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук : 05.16.02

Широкое распространение в металлургической отрасли внепечной обработки стали с ис- пользованием высококальциевых (содержание CaO до 60 %) рафинировочных шлаков обострило экологические проблемы, связанные с хранением и перера- боткой подобных шлаков. Выполнивший свои металлургические функции ков- шевой шлак после слива из ковша и затвердевания претерпевает так называемый силикатный распад.
Необходимо учитывать, что примерно 80 % частиц распавшегося шлака имеют размер менее 30 мкм. Такие частицы легко аэрируются, разносятся ветром на большие расстояния, загрязняют почвы, растворяются в грунтовых, осадочных и сточных водах. Также при совместном складировании они загрязняют железо- содержащие сталеплавильные шлаки, которые в настоящее время эффективно пе- рерабатываются на крупный и мелкий скрап для использования в сталеплавиль- ном производстве, металлопродукт для использования в доменном производстве, щебень и песок для использования в дорожном строительстве.
Ежегодно в АО «ЕВРАЗ НТМК» образуется более 90 тыс. т шлака внепечной обработки стали (ВОС) с установки «ковш–печь» (УКП), который не находит рын- ков сбыта и временно складируется. В связи с этим необходимо найти способ ути- лизации таких шлаков.
Мировой опыт интенсификации процесса агломерации с получением каче- ственного агломерата, отвечающего требованиям доменного процесса, свидетель- ствует о необходимости использования извести в аглошихте. Интенсифицирую- щее действие извести объясняется главным образом высокими вяжущими свой- ствами, что способствует улучшению комкуемости шихты и упрочнению гранул, как в сыром состоянии, так и при подсушке. Поскольку известь является дефи- цитным продуктом, то внепечной шлак может рассматриваться как недорогой за- менитель извести в аглопроцессе.
6
Таким образом, разработка технологии использования рафинировочных шлаков сталеплавильного производства в аглопроизводстве в качестве флюса и связующего в настоящее время весьма актуальна.
Целью диссертационного исследования является разработка технологии аг- ломерации железорудного сырья с использованием рафинировочных шлаков ста- леплавильного производства в качестве заменителя известняка и связующего.
Задачи исследования:
– исследование химического, физического и фазового состава шлака ВОС;
– оценка физико-химических свойств шлака ВОС, как вяжущего вещества;
– испытание и сравнение образцов аглошихты с различными вяжущими на
сжатие;
– разработка технологии применения шлаков ВОС в агломерации на основе
проведения серии лабораторных спеканий агломерата, а также проведенных опытно-промышленных испытаний разработанной технологии.
Научная новизна работы состоит в следующем:
 Разработано и принято к реализации новое научно-техническое направление по переработке шлака ВОС в аглопроизводстве, позволившее решить важнейшую задачу по сокращению экологических выбросов в атмо- сферу и утилизации техногенных образований;
 На основе исследований структуры химического, физического и фа- зового состава шлака ВОС выявлены его новые технологические свойства (со- держание значительного количества фаз, обладающих вяжущими свойствами);
 Научно обоснованы целесообразность и технологическая эффектив- ность применения шлака ВОС в процессе агломерации, обеспечивающие сни- жение расхода кокса на 7,5 кг/т железофлюса, повышение содержания V2O5 в железофлюсе на 0,22 абс. %., увеличение удельной производительности агло- машин на 6,3 % и увеличение показателя прочности агломерата Б+5 мм на 0,3 абс. %.
Практическая значимость исследования заключается в разработке техно- логии агломерации железорудного сырья при использовании в составе аглошихты

7
шлака ВОС в смеси с конвертерными шлаками «дуплекс» процесса – стальными конвертерными шлаками (СКШ) и шлаками «моно» процесса – ванадийсодержа- щими конвертерными шлаками (ВКШ), позволяющей значительно снизить эколо- гическую нагрузку компании ООО «ЕвразХолдинг» в части хранения и пылеобра- зования шлаков ВОС, также обеспечивающей существенную экономию использо- вания дорогостоящего кокса в аглопроцессе, повышение прочности агломерата и снижение выбросов вредных веществ в окружающую среду (ожидаемый эконо- мический эффект – 143,517 млн. рублей в год). По результатам диссертационного исследования получен патент РФ.
Методология и методы исследования. Для решения поставленных задач проведено исследование минералогических свойств шлака ВОС с использованием рентгеновского дифрактометра «XRD 7000С SHIMАDSU» с автоматическим про- граммным управлением в отфильтрованном монохроматизированном Cu Кα- излучении. Прочность на сжатие образцов аглошихты с различными вяжущими определена на гидравлическом прессе по ГОСТ 28840-90. Спекания агломерата с использованием в аглошихте шлака ВОС проведены на тягодутьевой лаборатор- ной агломерационной установке. Определение показателей процесса спекания в лабораторных условиях проведено при обеспечении технологических параметров (разрежение, температура шихты и т. д.), характеризующих работу агломашин. Исследование холодной прочности агломерата проведено по ГОСТ 15137–77. Об- работка статистических данных при опытно-промышленном производстве прове- дена с использованием инструментов Excel.
Достоверность полученных результатов подтверждается стабильностью экспериментальных данных о повышении производительности агломашин, сни- жения расхода твердого топлива и улучшении качества получаемого агломерата при использовании шлака ВОС в аглошихте. Технология прошла опытно- промышленное опробование при производстве агломерата (железофлюса) в Ле- бяжинском аглоцехе ОАО «ВГОК», что подтверждается утвержденными актами испытаний.
Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

8
1. Анализ технологических показателей процесса агломерации при замене известняка на сухую известь и известковое молоко для сравнения с использовани- ем в процессе шлака ВОС;
2. Исследования фазового состава шлаков с УКП на предмет обладания их вяжущими свойствами, возможности повышения прочности железофлюса и срока хранения на складе;
3. Подготовка и испытания образцов аглошихты с различными вяжущими веществами на сжатие;
4. Лабораторные исследования процесса агломерации при использовании в составе аглошихты шлака ВОС в смеси с СКШ/ВКШ;
5. Разработанную технологию процесса агломерации при использовании в составе аглошихты шлака ВОС в смеси с СКШ/ВКШ.
Апробация результатов. Основные положения работы докладывались и обсуждались на Международной научно-технической конференции «Наука – Образование – Производство: опыт и перспективы развития» (г. Нижний Тагил, Свердловская область, 2018 г.); IX Международном конгрессе доменщиков «Метал- лургия чугуна. Перспективы развития до 2025 года» (г. Нижний Тагил, Свердлов- ская область, 2018г.); VI Международной научно-технической конференции «Научно-технический прогресс в черной металлургии» (г. Череповец, Вологодская область, 2019 г.); Международной научно-технической конференции «Наилуч- шие доступные технологии в доменном производстве» (г. Москва, 2019 г.); XI Международной научно-технической конференции молодых специалистов «Перспективы развития металлургических технологий» (г. Москва, 2020 г.); Международном металлургическом саммите «Металлы и сплавы» (г. Екатеринбург, 2020 г.).
Личный вклад автора. Соискатель выполнил анализ литературных и па- тентных данных о состоянии вопроса по заданной теме и постановке задач ис- следования. Участвовал в экспериментах по получению опытных данных по ха- рактеристикам шлака ВОС, изучал их влияние на процесс агломерации. Прово- дил лабораторные и опытно-промышленные исследования процесса агломерации

9
с использованием в составе аглошихты шлака ВОС в смеси с СКШ/ВКШ и об- работке результатов. Участвовал в подготовке публикаций по работе и написании заявки на изобретение. Организовал проведение опытно-промышленных испыта- ний новых технологий и непосредственно участвовал в них.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 статей, 7 из ко- торых в изданиях, рекомендованных ВАК РФ и Аттестационным советом УрФУ, в том числе 4 – в журналах, индексируемых в международной базе Scopus, полу- чен 1 патент РФ на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 158 отечественных и зарубежных источ- ников, 11 приложений. Материалы диссертации изложены на 110 страницах ма- шинописного текста, содержат 36 рисунков и 27 таблиц.