способ переработки шлака

Формула изобретения

1. Способ переработки шлака, включающий его дробление и разделение на фракции до 5 мм и более 5 мм, пневматическую классификацию и магнитную сепарацию продуктов разделения, отличающийся тем, что магнитную сепарацию каждой фракции шлака осуществляют раздельно с получением кондиционного металла, промпродукта и чистого шлака, при этом магнитную сепарацию шлака фракции более 5 мм осуществляют в магнитном поле с напряженностью 110-250 кА/м при линейной скорости перемещения сепарируемого материала в магнитном поле 0,5-1,2 м/с, а шлак фракции до 5 мм перед магнитной сепарацией подвергают пневматической классификации по классу минус 0,2-0,3 мм и осуществляют сепарацию обеспыленного материала в магнитном поле с напряженностью 85-110 кА/м и частотой 12-28 Гц при линейной скорости перемещения материала в магнитном поле 1,2-2,8 м/с, причем промпродукт, полученный при магнитной сепарации каждой фракции шлака, подвергают избирательному дроблению и направляют на повторную магнитную сепарацию.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что продукты сепарации в соответствии с веером их разделения, образующимся при перемещении шлака в магнитном поле, направляют в отдельные емкости с помощью регулируемых шиберов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при переработке металлургических шлаков.

Известны способы переработки шлака, включающие его дробление, разделение на фракции, пневматическую классификацию и магнитную сепарацию продуктов дробления и грохочения [1, 2].

Признаками, совпадающими с признаками изобретения - способа переработки шлака, являются: наличие операций дробления шлака, разделения его на фракции, пневматической классификации и магнитной сепарации.

Причины, препятствующие достижению ожидаемого технического результата:

- высокие энергетические затраты на пневмосепарацию шлака крупнее 8 мм и на двухступенчатую магнитную сепарацию шлака мельче 8 мм;

- высокая степень зашлакованности магнитного продукта;

- низкая степень извлечения магнитного продукта из шлака.

Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является способ переработки шлака углеродистого феррохрома, включающий дробление шлака, разделение дробленого шлака грохочением по границе 3-5 мм, пневматическую классификацию подрешетного продукта грохочения (мельче 3-5 мм) с выделением металлоконцентрата и осаждением шлакового продукта в осадительной камере классификатора, сепарацию надрешетного продукта грохочения (крупнее 3-5 мм) осуществляют в магнитном поле с напряженностью 80-95 кА/м и частотой 5,0-9,9 Гц, а сепарацию шлакового продукта из осадительной камеры классификатора осуществляют в магнитном поле с напряженностью 96-150 кА/м и частотой 10-15 Гц [3].

Общими с заявляемым способом признаками изобретения являются: наличие операций дробления шлака, разделения его на фракции, пневматической классификации и магнитной сепарации отдельных фракций шлака.

Достижению ожидаемого технического результата препятствуют:

- низкая степень извлечения металла из шлака;

- низкое качество магнитного продукта;

- высокое содержание металлических включений в немагнитном продукте.

Ожидаемым техническим результатом заявляемого способа является:

- сокращение потерь металла со шлаком;

- повышение качества магнитного продукта;

- повышение качества шлака.

Поставленная задача решается тем, что в способе переработки шлака, включающем его дробление и разделение на фракции до 5 мм и более 5 мм, пневматическую классификацию и магнитную сепарацию продуктов разделения, магнитную сепарацию каждой фракции шлака осуществляют раздельно с получением кондиционного металла, промпродукта и чистого шлака. При этом магнитную сепарацию шлака фракции более 5 мм осуществляют в магнитном поле с напряженностью 110-250 кА/м при линейной скорости перемещения сепарируемого материала в магнитном поле 0,5-1,2 м/с. Шлак фракции до 5 мм перед магнитной сепарацией подвергают пневматической классификации по классу минус 0,2-0,3 мм и осуществляют сепарацию обеспыленного материала в магнитном поле с напряженностью 85-110 кА/м и частотой 12-28 Гц при линейной скорости перемещения материала в магнитном поле 1,2-2,8 м/с. Промпродукт, полученный при магнитной сепарации каждой фракции шлака, подвергают избирательному дроблению и направляют на повторную магнитную сепарацию. Продукты сепарации в соответствии с веером их разделения, образующимся при перемещении шлака в магнитном поле, направляют в отдельные емкости с помощью регулируемых шиберов.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого способа и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.

Магнитную сепарацию каждой фракции шлака осуществляют раздельно с получением трех продуктов, направляемых в отдельные емкости с помощью регулируемых шиберов в соответствии с веером их разделения, образующимся при перемещении шлака в магнитном поле, что позволяет значительную часть извлекаемого металла получать в кондиционном виде и реализовывать его как товарную продукцию по техническим условиям.

Регулируемые шиберы позволяют выделить из веера разделения практически чистый шлак с содержанием ферромагнитных включений в пределах 1,1-1,9%, а получаемое при этом разубоживание промпродукта шлакометаллическими частицами не является отрицательным моментом, поскольку промпродукт подвергают избирательному дроблению для максимального раскрытия металлических включений с последующим их извлечением при повторной магнитной сепарации.

Сепарация шлака крупнее 5 мм в магнитном поле с напряженностью 110-250 кА/м при линейной скорости перемещения сепарируемого материала в магнитном поле 0,5-1,2 м/с позволяет более полно извлечь металл из шлака при максимальном выходе кондиционного металла.

Пневматическая классификация шлака крупностью до 5 мм перед магнитной сепарацией по классу минус 0,2-0,3 мм и сепарация обеспыленного материала в магнитном поле напряженностью 85-110 кА/м и частотой 12-28 Гц при линейной скорости перемещения материала в магнитном поле 1,2-2,8 м/с позволяет максимально извлечь металл из шлака при минимальном загрязнении промежуточного продукта шлаком и максимальном выходе кондиционного металла и шлака, свободного от металлических включений.

Таким образом, заявляемый способ переработки шлака соответствует критерию «новизна».

При анализе на соответствие критерию «изобретательский уровень» не обнаружено источников информации, указывающих на известность предложенных технологических решений по функциональному назначению и поставленной в изобретении задаче.

Заявляемые решения могут быть реализованы в промышленности, а ожидаемый технический результат вытекает из совокупности существенных признаков изобретения, что свидетельствует о соответствии критерию «промышленная применимость».

Реализацию предлагаемого способа рассмотрим на примере переработки застабилизированного шлака от производства рафинированного феррохрома (далее шлак). Застабилизированный шлак дробят и разделяют на фракции (обычно 0-5, 5-20, 20-40 мм). Далее шлак каждой фракции раздельно подвергают магнитной сепарации с получением трех продуктов: кондиционного металла, промпродукта и чистого шлака. Продукты сепарации в соответствии с веером их разделения, образующимся при перемещении шлака в магнитном поле, направляют в отдельные емкости с помощью регулируемых шиберов.

Сепарацию шлака крупнее 5 мм осуществляют в магнитном поле с напряженностью 110-250 кА/м при линейной скорости перемещения сепарируемого материала в магнитном поле 0,5-1,2 м/с.

Указанные параметры сепарации обеспечивают высокое извлечение включений металла из шлака с получением достаточно широкого веера разделения, что позволяет с помощью регулируемых шиберов эффективно выделять кондиционный металл, промпродукт и чистый шлак. Под кондиционным металлом понимается извлеченный из шлака металлопродукт, содержание шлака в котором согласовывается с потребителем.

Уменьшение напряженности магнитного поля ниже 110 кА/м приводит к уменьшению выхода кондиционного металла за счет выноса крупных металлических частиц в промежуточный продукт. Сепарация шлака в магнитном поле с напряженностью выше 250 кА/м приводит к загрязнению кондиционного металла прошлакованными металлическими частицами и снижению его качества.

Показатели сепарации существенно зависят от линейной скорости перемещения сепарируемого материала в магнитном поле. При перемещении шлака крупностью более 5 мм в магнитном поле с линейной скоростью менее 0,5 м/с образуется узкий веер разделения сепарируемого материала, что затрудняет условия его разделения на три продукта. В результате сокращается выход кондиционного металла, возрастают потери металла со шлаком и снижается качество шлака. Увеличение линейной скорости перемещения более 1,2 м/с приводит к повышенному выносу крупных частиц металла в промежуточный продукт и уменьшению выхода кондиционного металла (табл.1).

Шлак крупностью до 5 мм перед магнитной сепарацией подвергают пневматической классификации по классу минус 0,2-0,3 мм, а сепарацию обеспыленного материала осуществляют в магнитном поле с напряженностью 85-110 кА/м и частотой 12-28 Гц при линейной скорости перемещения материала в магнитном поле 1,2-2,8 м/с. Магнитная сепарация шлака, содержащего пылевидные частицы мельче 0,2 мм, существенно ухудшает показатели извлечения металла. Предварительное обеспыливание шлака по классу крупнее 0,3 мм приводит к выносу со шлаковой пылью значительного количества металлических частиц и снижению степени извлечения металла (табл.2).

Сепарация обеспыленного материала крупностью до 5 мм в магнитном поле с напряженностью ниже 85 кА/м приводит к увеличению потерь металла со шлаком, а повышение напряженности более 110 кА/м уменьшает выход кондиционного металла, загрязняя его прошлакованными металловключениями (табл.2).

Сепарация мелких фракций шлака (до 5 мм) требует высокой частоты изменения магнитного поля. При магнитной сепарации крупнокусковых материалов (>5 мм) частота поля обычно находится в пределах 4-8 Гц. При сепарации мелких фракций шлака (<5 мм) с такой частотой происходит только переориентация магнитных прядей (магнитная агитация) и частичный разрыв лишь наиболее длинных из них. Между тем, для отделения сростков от чистых зерен необходимо полное разрушение самих прядей, что осуществляется только при большой частоте поля. При частоте магнитного поля ниже 12 Гц магнитная агитация мелких частиц сепарируемого материала происходит еще недостаточно и значительная часть прометалленных шлаковых частиц увлекается в кондиционный металл, ухудшая его качество. При частоте магнитного поля более 28 Гц увеличивается вынос металловключений в промежуточный продукт, в итоге - снижается выход кондиционного металлопродукта (табл.3).

При сепарации обеспыленного материала крупностью до 5 мм с линейной скоростью перемещения его в магнитном поле менее 1,2 м/с образуется узкий веер распределения сепарируемого материала, что затрудняет качественное разделение его на три продукта, снижается выход кондиционного металла, увеличиваются потери металла со шлаком. Повышение линейной скорости перемещения материала в магнитном поле более 2,8 м/с приводит к выносу крупных чистых металлических включений в промежуточный продукт и снижению выхода кондиционного металла (табл.4).

Промпродукт, полученный при магнитной сепарации каждой фракции шлака, подвергают избирательному дроблению, например, в роторной дробилке, при котором металлические включения раскрываются за счет того, что зерна шлака разрушаются интенсивнее металлических. После этого продукты дробления разделяют на фракции и подвергают повторной магнитной сепарации. Избирательное дробление промежуточного продукта и возврат его на повторную магнитную сепарацию позволяет увеличить извлечение металла из шлака и выход кондиционного металла (табл.5).

Таким образом, предложенный способ переработки шлака позволяет сократить потери металла, извлечь металл в виде кондиционного продукта, получить высокое качество минеральной составляющей шлака.

Способ может быть применен в процессах переработки шлаков доменного, сталеплавильного и ферросплавного производств.

Таблица 1 Показатели магнитной сепарации застабилизированного шлака от производства рафинированного феррохрома крупностью более 5 мм
Напряженность магнитного поля, кА/м	Показатели сепарации	Линейная скорость перемещения материала в магнитном поле, м/с
		0,3	0,5	1,2	1,5
90,0	Выход кондиционного металла по отношению к массе переработанного шлака, %	2,9	4,1	4,3	3,5
	Остаточное содержание магнитного продукта в шлаке, %	4.4	3,2	3,0	3,8
110,0	Выход кондиционного металла по отношению к массе переработанного шлака, %	3,3	5,9	6,2	4,4
	Остаточное содержание магнитного продукта в шлаке, %	4,1	1,5	1,2	3,0
250,0	Выход кондиционного металла по отношению к массе переработанного шлака, %	3,1	5,3	6,0	4,5
	Остаточное содержание магнитного продукта в шлаке, %	4,0	1,8	1,1	2,6
270,0	Выход кондиционного металла по отношению к массе переработанного шлака, %	2,7	4,2	4,8	4,0
	Остаточное содержание магнитного продукта в шлаке, %	4,6	3,1	2,5	3,3

Таблица 2 Влияние крупности класса обеспыливания шлака мельче 5 мм перед магнитной сепарацией на ее показатели (частота магнитного поля - 20 Гц, линейная скорость перемещения материала в магнитном поле - 2,0 м/с)
Напряженность магнитного поля, кА/м	Показатели сепарации	Крупность класса частиц, по которому осуществляется обеспыливание, мм
		0,0	0,2	0,3	0,4
75,0	Выход кондиционного металла по отношению к массе переработанного шлака, %	2,5	4,4	4,3	3,4
	Остаточное содержание магнитного продукта в шлаке, %	4,8	2,9	3,0	3,9
85,0	Выход кондиционного металла по отношению к массе переработанного шлака, %	3,5	5,1	5,0	4,1
	Остаточное содержание магнитного продукта в шлаке, %	3,4	1,8	1,9	2,8
110,0	Выход кондиционного металла по отношению к массе переработанного шлака, %	3,3	5,2	5,3	4,5
	Остаточное содержание магнитного продукта в шлаке, %	3,7	1,8	1,7	2,5
130,0	Выход кондиционного металла по отношению к массе переработанного шлака, %	2,5	4,2	4,4	3,5
	Остаточное содержание магнитного продукта в шлаке, %	4,2	2,5	2,3	3,2

Таблица 3 Влияние частоты магнитного поля на показатели сепарации обеспыленного материала крупностью до 5 мм
Напряженность магнитного поля, кА/м	Показатели сепарации	Частота магнитного поля, Гц
		8	12	28	35
75,0	Выход кондиционного металла по отношению к массе переработанного шлака, %	3,3	4,1	4,3	3,9
	Остаточное содержание магнитного продукта в шлаке, %	3,7	2,9	2,7	3,1
85,0	Выход кондиционного металла по отношению к массе переработанного шлака,%	3,6	4,8	5,0	4,0
	Остаточное содержание магнитного продукта в шлаке, %	3,1	1,9	1,7	2,7
110,0	Выход кондиционного металла по отношению к массе переработанного шлака, %	4,2	5,6	5,8	4,6
	Остаточное содержание магнитного продукта в шлаке, %	2,9	1,5	1,3	2,5
130,0	Выход кондиционного металла по отношению к массе переработанного шлака, %	3,7	4,3	4,5	4,0
	Остаточное содержание магнитного продукта в шлаке, %	3,3	2,7	2,5	3,0

Таблица 4 Влияние линейной скорости перемещения обеспыленного материала крупностью до 5 мм в магнитном поле на показатели сепарации
Напряженность магнитного поля, кА/м	Показатели сепарации	Скорость перемещения материала, м/с
		0,8	1,2	2,8	3,5
75,0	Выход кондиционного металла по отношению к массе переработанного шлака, %	3,2	4,2	4,3	3,8
	Остаточное содержание магнитного продукта в шлаке, %	3,9	2,9	2,8	3,3
85,0	Выход кондиционного металла по отношению к массе переработанного шлака, %	3,9	5,2	5,3	4,1
	Остаточное содержание магнитного продукта в шлаке, %	3,1	1,8	1,7	2,9
110,0	Выход кондиционного металла по отношению к массе переработанного шлака, %	4,1	5,6	5,8	4,3
	Остаточное содержание магнитного продукта в шлаке, %	3,0	1,5	1,3	2,8
130,0	Выход кондиционного металла по отношению к массе переработанного шлака, %	3,4	4,3	4,5	3,9
	Остаточное содержание магнитного продукта в шлаке, %	3,8	2,9	2,7	3,3

Таблица 5 Влияние избирательного дробления промпродукта (ПП) на показатели магнитной сепарации
Показатели сепарации	Способ переработки шлака
	без додрабливания ПП	с избирательным дроблением ПП
Выход кондиционного металла по отношению к массе переработанного шлака, %	2,77	5,14
Относительное изменение степени извлечения металла	1,00	1,86

Список использованных источников

1. Переработка шлаков и безотходная технология в металлургии. Панфилов М.И., Школьник Я.Ш., Орининский Н.В. и др. М.: Металлургия, 1987, 238 с.

2. SU 1527305 A1, 07.12.1989.

3. RU 2181778 C1, 08.05.2001.