ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

«Разработка безотходной технологии глубокой переработки шлаков сталепла-вильного производства».

Рекомендуемая область пременения

Металлургия:
- переработка и комплексное использование сталеплавильных шлаков;
- получение высококачественного железосодержащего продукт для агломерационного произ-водства;
- получение обезжелезненного немагнитного продукта для использования в строительстве, про-изводстве различных строительных материалов и изделий, а также для применения в составе закладочных смесей при разработке месторождений полезных ископаемых подземным спосо-бом для сокращения или исключения из состава смесей цемента;

Назначение, цели и задачи проекта

Основное назначение проекта – разработка высокоэффективной, экологически малоопасной технологии глубокой переработки и комплексного использования металлургических шлаков для получения высококачественного железосодержащего продукта для агломерационного производства и обезжелезненной немагнитной фракции для использования в строительстве, в составе закладочных смесей, а также в производстве различных строительных материалов и изделий. Шлаки – основной попутный продукт при производстве черных металлов, на их долю приходится до 70-85 % всех потерь при выплавки чугуна и стали при массовой доле железа до 21-23 %. Поэтому переработка шлаков является обязательным элементом безотходной технологии.

Основные металлургические предприятия Челябинской области – ОАО «ММК», ОАО «Мечел» и Златоустовский меткомбинат практически не имеют собственных железорудных баз. Например, на ОАО «ММК» доля собственного железосодержащего сырья (руд месторождения М. Куйбас, окалина, шламы ВФУ, колошниковая пыль и магнитные продукты шлаков) не превышают 10-11 %. Вследствие этого ежегодно до 12-13 млн. тонн железорудного сырья ввозится, в основном, из Казахстана. В то же время количество шлаков в отвалах составляет более 70 млн. тонн. При этом полнота извлечения железа из шламов составляет всего лишь 33,4%, а немагнитные фракции вследствие повышенного содержания в них железа находят ограниченное применение. Высокоэффективная технология переработки позволит не только повысить полноту извлечения железа из шлаков, получать высококачественное железосодержащее сырье для металлургического производства и обезжелезненную фракцию для строительной индустрии, но и ликвидировать многочисленные шлаковые отвалы и связанное с этим отчуждение сельскохозяйственных угодий, образование пыли, загрязнение водного и воздушного бассейнов.

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

Основная часть шлаков (до 55 – 65 %) представлена классами крупности менее 15 мм, которые по известным способам с использованием выпускаемого оборудования – барабанных и шкивных магнитных сепараторов разделяются крайне неэффективно вследствие значительного механического выноса немагнитных частиц в магнитный продукт и интенсивного слипания частиц, что снижает избирательность процесса сепарации. Особенно резкое снижение показателей сепарации происходит при повышении влажности исходного шлака.

В настоящее время для заполнения выработанного пространства подземных рудников используются твердеющие смеси на основе дорогостоящих вяжущих – цемента и доменного шлака, в процессе гидратации, которых образуются монолитные массивы с нормативной прочностью 3 – 5 МПа, позволяющие предотвратить обрушение подрабатываемой поверхности. Доменный шлак подвергается перед подачей в смеситель измельчению в мельницах. На каждый кубический метр твердеющей смеси расходуется от 40 до 100 кг цемента и 350 – 400 кг доменного шлака.

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

В инновационном проекте для сепарации мелких классов крупности используется сепарация во взвешенном состоянии, которая реализуется при перемещении материала в электромагнитном поле с резко изменяющейся и уменьшающейся по ходу движения материал максимальной напряженностью поля, обеспечивающей неоднократное вытягивание частиц с различным ускорением из потока материала и отрыв от магнитной системы, в результате чего происходит освобождение и выпадение механически увлеченных частиц, самоочистка сталкивающихся частиц от налипших мелких и неоднократная перечистка магнитного продукта. Повышению качества магнитного продукта способствует также и вибрация ленты, снимающей магнитный продукт (рис.).

Для того чтобы происходило перемещение тела по нормали к плоскости транспортирующей ленты необходимо, чтобы удельная магнитная сила fм была больше силы тяжести g (рис.). При этом разность между этими силами составляет нормальное к горизонтальной плоскости ускорение перемещения тела, так как масса его принята за единицу. При равномерно ускоренном подъеме тела с ускорением fм – g на высоту h + ? sin a потребуется время t1, тогда

(1)

Для закрепления тела на магнитной системе необходимо, чтобы время t1, было меньше или, в крайнем случае, равно времени нахождения тела t2 в магнитном поле при перемещении е со скоростью n на расстояние ? cos a, тогда

(2)

Рис. Схема установки для сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии: 1 – ленточный конвейер; 2 – лента для съема магнитно продукта; 3 - хвостовой барабан; 4 – электромагнитная система; 5 – приводной барабан; 6 - регулирующий шибер

Для определения удельной магнитной силы  , необходимой для подъема и закрепления тела, приема t1 = t2. Из полученного равенства определим , которая будет равна

(3)

Анализ формулы (3) показывает, что удельная магнитная сила fм?, необходимая для извлечения тела, тратится на преодоление удельной силы тяжести g а также на преодоление инерции движущегося тела и на сообщение ему ускорения в направлении действия магнитной силы. Зная параметры магнитного поля H grad H, а также удельную магнитную восприимчивость тела cт можно определить допустимую скорость перемещения его в магнитном поле vк из равенства 

(4)

Тогда допустимая скорость передвижения тела составит:

(5)

Шлаки содержат значительное количество пыли, состоящей из CaO, SiO2, Al2O3, MgO и других оксидов. Для улавливания первоначальным  проектом для переработки шлаков предусматривались аспирационные системы. Однако, пыль, контактируя с влажным атмосферным воздухом, образует прочную твердую фазу, которая, налипая на внутреннюю поверхность труб аспирационных систем, выводит из строя.

Эффективное пылеподавление при переработке шлаков может осуществляться за счет орошения их водой. Однако показатели обогащения мелких шлаков на барабанных и шкивных сепараторах будут еще более низкими. Предлагаемая же в проекте сепарация во взвешенном состоянии за счет самоочистки частиц и неоднократной перечистки магнитного продукта обеспечивает высокие показатели обогащения при повышении влажности шлаков даже до 11 – 12 %. Таким образом, высокоэффективная переработка шлаков осуществляется при их орошении водой, что улучшает условия труда и снижает загрязнение воздушного бассейна.

Предлагается использовать немагнитную фракцию процесса переработки шлаков кислородно – конвертерного производства в качестве низкомарочного вяжущего для приготовления твердеющих смесей с целью создания искусственного массива в выработанных пространствах медноколчеданных подземных рудников. Для активизации вяжущих свойств отходов шлаков они шихтуются в определенной пропорции с доменными, композиция подвергается механической обработке, в состав смесей вводятся специальные добавки, активизирующие процесс гидратации.

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

В результате использования технологии глубокой переработки шлаков на УПМШ ОАО «ММК» выпуск магнитного продукта крупностью 10 – 0 мм увеличится на 136 000 тонн в год, а  продукта 60 – 10 мм – на 16 000 тонн.

При цене 1 тонны магнитного продукта 960 руб. выручка от реализации магнитных продуктов составляет

960 ? 152 000 = 145 920 000 руб.

Для реализации технологии глубокой переработки шлаков необходимо следующее основное оборудование:

                                                                   Цена,           Установочная мощность

                                                                 тыс. руб.         электродвигателей, кВт

Дробилки ДЦ – 1,6 (2 шт.)                    9 000                              280

Виброщековая дробилка                     8 500                              180

Дробилка роторная                              4 000                              120

                                 Итого:                    21 500                              580

При стоимости вспомогательного оборудования (железоотделители, лен-

точные конвейера и др.), равной 10 % от стоимости основного, общая стоимость оборудования составит 23 650 тыс. руб.

Затраты на строительно – монтажные работы будут связаны, в основном, с установкой фундаментов, рам, защитных панелей и при их доле от оборудования 100 % составят 23 650 тыс. руб.

Эксплуатационные расходы по разрабатываемой технологии на 70 % будут представлены платой за электроэнергию. С учетом установочной мощности вспомогательного оборудования, равной 10 %, общая установочная мощность составит 638 кВт. При цене 1 кВт часа 0 – 77 руб. плата за электроэнергию составит

                        638 ? 24 ? 365 ? 0,9 ? 0,77 = 3 873 094 руб. в год

 общие эксплуатационные расходы составят

                        3 873 094 ? 100/70 = 5 538 524 руб.

общие затраты составят 47 300 005 руб. в год

экономический эффект составит 98 619 995 руб., а срок окупаемости –    0,48 года.

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

Увеличение выпуска продукции. Выпуск высококачественного магнитного продукта увеличится на 152 000 тонн в год.

Экономия материалов. Снижение расхода цемента составит 40 000 тыс. тонн.

Экологическая безопасность. Снижение загрязнения атмосферно воздуха, воды и высвобождение сельскохозяйственных угодий.

Занятость населения. Создание новых рабочих мест.

Новые потребительские свойства продукции

- повышение качества железосодержащего продукта для агломерационного производства;
- обезжелезненный немагнитный продукт для стройиндустрии;
- высокоэффективная технология;

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Продукция соответствует государственным стандартам.

Стадия и уровень разработки

Смонтирована первая очередь промышленной установки на ОАО «ММК» для сепарации шлаков во взвешенном состоянии и проведены промышленные испы-тания. Технология принята к внедрению. Фактический экономический эффект со-ставил 7,5 млн. рублей. Работы по совершенствованию технологии, разработке оптимального состава закладочных смесей, теоретических основ нового процесса и расширению области его применения продолжаются в соответствии с заклю-ченным договором.
Выполнены предварительные исследования и установлена возможность ос-воения технологии на Златоустовском и Чусовском меткомбинатах

Предлагаемые инвестиции

47,3 млн. руб.

Рынки сбыта

-металлургические предприятия, горно-обогатительные предприятия, строй-индустрия Южного Урала.

Возможность и эффективность импортозамещения

Предлагаемая в проекте технология не имеет аналогов на мировом рынке аналогичной продукции.

Возможность выхода на мировой рынок

Срок окупаемости (в месяцах)

6

Дата поступления материала

22.03.2007