Природні катаклізми все частіше змушують металургів задуматися про пошук альтернативи коксу. Так, для зниження витрати коксу при виплавці ливарних чавунів - самого великого за обсягом виробництва виду висококремнистою чавунів - в шихту додають різні матеріали, що сприяють переходу кремнію в чавун. Вже застосовувалися: сілікокс (кокс, отриманий з добавками у вугільну шихту кварцового піску), шлаки виробництва феросиліцію, горючі сланці з кремнеземистого порожньою породою, феросиліцій. Одним з останніх рішень стало застосування в шихті доменних печей нового і поки ще малознайомого для металургів природного матеріалу - шунгита. Глибоке вивчення властивостей цього матеріалу довело достатню перспективність його використання для часткової заміни коксу не тільки в чорній, але і кольорової металургії.
Подарунок природи
Шунгіт - це комплексне углеродсодержащие сировина, яка складається з особливого різновиду аморфного вуглецю і силікатних матеріалів, серед яких переважає кварц. Назва породи походить від назви невеликий карельської села Шуньга, де він був виявлений місцевими селянами в середині дев`ятнадцятого століття. Шунгітовие породи досить різноманітні за формою проявів, часу формування, генезису і речовинним складом зольної частини, ізотопним складом, агрегатним і структурному станом шунгітового вуглецю. До теперішнього часу шунгітовие породи, що містять особливе вуглецеве речовина (віком 2 млрд. років) певної, притаманною їм структури, в промислових масштабах виявлені тільки в Карелії. Площа поширення шунгітових порід, приурочена до північної частини Онезького озера, становить близько 10 тис. км. Прогнозні запаси цього `шунгітового басейну` оцінюються в 1 млрд. тонн.
Промислова розробка шунгітових порід в даний час ведеться на єдиному в світі родовищі `Зажогінское` у Карелії. Запаси високовуглецевих шунгітових порід даного родовища підраховані в кількості 154 млн. т, в т.ч. промислові - 31,4 млн. т. Роботи з видобутку ведуться ТОВ Науково-виробничий комплекс `Карбон-Шунгіт`, виробнича потужність підприємства становить близько 200 тис. т на рік.
Перспективність шунгітових порід для використання в якості сировини для металургії обумовлена декількома факторами.
Співвідношення основних компонентів шунгита - вуглецю (30%) і кремнію (55%) досить близько до стехиометрическому, необхідного для реалізації відновних процесів у системі Si-CO і синтезу металевого кремнію і карбіду кремнію.
Шунгітовий вуглець має аморфною структурою і зберігає високу реакційну здатність у всьому інтервалі температур реальних металургійних процесів.
Специфічна структура шунгітових порід надає позитивний вплив на кінетику та енергетику відновних реакцій в системі Si-CO. Структура зажогінского шунгита являє собою рівномірний розподіл силікатних матеріалів з розмірністю частинок менше 10 мкм у вуглецевій матриці, що забезпечує тісний і розвинений (до 20 кв. М / г) контакт між силікатами і вуглецем. Це підвищує значущість твердофазних реакцій у відновлювальному процесі і створює ряд технологічних переваг при використанні шунгіти у разі заміни їм металургійного коксу та кремнеземистого сировини в процесі отримання карбіду кремнію, виплавки кременистих чавунів та феросплавів.
Шунгіти притаманні висока механічна міцність (800-1200 кг / кв. См) і мала стираність. Висока щільність шунгита (2.2-2.4 т / куб. См) сприяє більш економічному використанню обсягу пічного агрегату при заміні їм традиційної вуглець-кремнеземное шихти.
Термічні та петрографічні дослідження шунгітових порід показали, що при 1250 градусів Цельсія в них починають здійснюватися відновні процеси, а в інтервалі 1500-1700 градусів інтенсивно синтезується карбід кремнію. При 1800 градусів спад маси становить 57%, а частка SiC у складі продуктів перевищує 80%.
Всі перераховані вище властивості визначили напрямки використання шунгита у металургії: в доменній плавці ливарного і переробного чавуну; в електрометалургії феросплавів і кольорових металів; для виробництва SiC з метою подальшої переробки останнього в вогнетривкі та хімстійки конструкційні матеріали, а також для використання в якості наповнювача у вогнетривких масах в якості відновника; в жолобної і леткових масах як ущільнюючої добавки замість металургійного коксу.
Перші кроки використання
Промислове використання шунгита у виплавці чавуну складає одному з провідних підприємств російської металургії, найбільшому в країні експортері товарного чавуну - ВАТ `Тулачермет`. Також для аналогічних цілей шунгіт використовується на двох найстаріших металургійних підприємствах Росії - ВАТ `Косогорский металургійний завод` (заснований в 1887 році) і ВАТ `Липецький металургійний завод` Вільний сокіл `(заснований в 1900 році). Встановлено, що коефіцієнт заміни коксу шунгіти складає в середньому 1 тонну коксу на тонну шунгита. Частка кремнію шунгита, що переходить у чавун, становить 88,5%. Із зростанням вмісту кремнію в чавуні коефіцієнт заміни коксу підвищується.
При виплавці чавуну тонна шунгита з вмістом вуглецю 30% замінює 0,9-1,2 тонни коксу, або 1 кг шунгітового вуглецю замінює 3-4 кг коксового вуглецю.
При доменній плавці передільного чавуну коефіцієнт заміни коксу шунгіти значно нижче і становить у середньому 0,5. Але при використанні шунгита для виплавки чавуну переробного виявляється здатність синтезувати в температурних умовах доменної печі карбід кремнію і облягати його на стінки печі в нижній частині печі, створюючи гарнісажем і збільшуючи термін служби печі. Даний ефект, на жаль, економічно поки ще повністю не оцінений. Його розрахунки ведуться на Череповецькому і Новокузнецька металургійних комбінатах.
При використанні шунгита у виробництві феросплавів відзначається підвищення продуктивності печі і скорочення витрати електроенергії. Так, у промислових плавках феросиліцію з використанням шунгита на Запорізькій заводі феросплавів було отримано зниження використання коксу на 14% і зменшення витрат електроенергії на 2,07%, а при виплавці силікомарганцю на Нікопольському заводі феросплавів споживання коксу скоротилося на 14,7%, а витрата електроенергії - на 2,66%. Крім того, було досягнуто підвищення продуктивності печі на 3%.
При доменної виплавці феросплавів коефіцієнт заміни коксу шунгіти оцінений, в середньому, 0,5 т / т. При виплавці силікомарганцю в електропечах витрата шунгита становить 200 кг на 1 тонну сплаву.
Завдяки своїм унікальним властивостям використання шунгітових порід у пирометаллургии кольорових матеріалів також показує значний позитивний ефект. Так, високий опір шунгита дозволяє вести плавку з підвищеним вуглецем. Висока щільність дає можливість шунгіти глибше занурюватися в розплав і менше окислюватися киснем пічних газів. Відсутність помітного кількості домішок допомагає поліпшити якість виробленого матеріалу (нікель, цинк, свинець та ін.) У цілому, використання шунгита в пирометаллургии кольорових металів дозволяє скоротити витрату коксу і пісковика, підвищити ізвлекаемості металів із сировини, знизити витрату електроенергії, що підтверджено промисловими випробуваннями, які проводилися кілька років тому на найбільшому в світі виробнику нікелю і паладію ГМК `Норільський нікель`.
Незважаючи на те, що використання шунгітових порід в якості альтернативи коксу обмежено його єдиним у світі промисловим родовищем у Карелії, необхідно використовувати його поки ще до кінця не вивчені можливості для збільшення ефективності роботи металургійних підприємств.
Ольга Фоміна
http://www.rusmet.ru/
Вивчення можливості заміни коксу шунгітом
+380 44 237 XX XX +380 44 237 2567
Ідентифікатор: 8649
3 жовт. 2024 р.
30 вер. 2024 р.
