VAS- ÉS ACÉLHULLADÉKOK
2.2
Acélgyártási melléktermékek és vashulladék együttes feldolgozása kupolókemencében – a próbaüzem tapasztalatai Tárgyszavak: OxiCup-kemence; por és iszap feldolgozása; brikettezés; cink és cinkvegyületek; az OxiCup-technológia paraméterei; üzemi eredmények.
Az OxiCup-aknakemencében, a kupolókemencék egy új fejlesztésű fajtájában tömörítés után feldolgozhatók acélművekből származó, nagy vasérc-, sőt finomérctartalmú porok és iszapok. Ezáltal hulladékból nyers fémet lehet visszanyerni öntödei és ívfénykemencében való hasznosításra. Az acélművek hulladékának egyre dráguló elhelyezése depónián készteti az ágazatot hasznosítási eljárások kidolgozására. Ezek lényege a betáplálás kupolókemencébe, mégpedig − a finomszemcsés száraz poroké befúvással, − különféle nedves és száraz anyagoké brikett formájában. Az OxiCup-kemence leírása Az OxiCup-aknakemencében a vas- és salaktartalmú töltet előmelegítés után olvad meg. A nagyolvasztók hagyományos üzemmódjával ellentétben a termelődő vasat és salakot folyamatosan vezetik el. Az alsó részben levő kokszágyba 500–620 °C-os levegőt és oxigént fújnak, így a kemence hőmérséklete eléri az 1900–2500 °C-ot, amelyen a fémolvadék gyorsan telítődik szénnel. A kokszágyból áramló füstgáz gondoskodik − a vas-oxidok endoterm redukálásához szükséges hőről, − a fémtöltet megolvasztásáról és − a többi töltet ellenáramban történő előmelegítéséről. 1 t nyersfém elégetéséhez, a melléktermékek összetételétől, a koksz minőségétől, a nyersvas és a salak kívánt elemzési eredményétől, valamint a hőveszteségtől függően
− 1100–1200 m3 forró levegőre, − 150–200 m3 oxigénre és − 200-300 kg kokszra van szükség. Az OxiCup-kemencében 50% körüli vas-oxid-tartalmú acélgyártási hulladék feldolgozásakor a redukálás reakcióhőjéről a befúvott levegő 30%-os oxigéndúsításával kell gondoskodni. A kemencéhez rendszerint csatlakozik a brikettező, az oxigént előállító berendezés, továbbá villamosenergia-termelő egység (1. ábra).
1.ábra Maradék brikettel működő OxiCup-aknakemence Az égéstér és az olvadékzóna magas hőmérsékleténél fogva az OxiCupaknakemence fel tud dolgozni redukáló berendezésekből származó, 70%-nyi brikettezett vasat és kb. 30% vasszivacsot. Ezek a termékek tartalmaznak
még néhány százalék ércet is, de nincsenek szennyezve olyan fémmel, amely rontaná a nyersvas minőségét. A cinktartalmú porhulladékot befúvás előtt összekeverik koksztörmelékkel vagy petróleumkoksszal, hogy megakadályozzák a felületi rásüléseket. Ezekből 40 t/h forró levegővel működő kemencében a szokásos mennyiség 1600 kg/h. Brikettezés Nedves hulladékok, pl. a nedves portalanítókban képződő szűrőpogácsa hasznosításának bevált módszere a brikettezés, amelyhez a kellő szilárdsághoz és stabilitáshoz kötőanyagra van szükség. E célra már számos anyagot, pl. nátrium-szilikátot, cementet, melaszt kipróbáltak. A vas-oxidokat, kupolókemencében való ún. önredukáló felhasználásukhoz a szükséges mennyiségű szénnel együtt kell brikettezni. A vas-oxidok redukálásának sebessége, amelyet a porszemcsék közötti terekben közbenső reakciótermékként képződő CO és CO2 aránya határoz meg, maximumát 1400 °C-on éri el. Ügyelni kell rá, hogy alacsony hőfokon olvadó anyagok ne tömjék el a pórusokat, mert ez megakadályozza a gázok és a vas-oxidok érintkezését. A OxiCup-aknakemencében a maradékokból készült brikett tartózkodási ideje a megolvadásig kb. 1,5 óra, de a vas-oxidok redukálásának 15–20 perc alatt végbe kell mennie, mivel a folyamat 1000 °C elérése előtt igen lassú, 1400 °C fölött pedig gyakorlatilag megszűnik. Kísérletek alapján ehhez ebben a kemencetípusban a megfelelő brikettélhossz 10–15 cm. Cink és cinkvegyületek Cinkfém és vegyületei az ócskavas tételekkel és az acélipari maradékokkal kerülnek az olvasztókemencébe. A horganyzott bádog cinktartalma elérheti a tonnánkénti 50 kg-ot, a vasolvasztók iszapjáé még több is lehet. Az OxiCupkemence üzemi adatainak ismeretében feltételezhető, hogy a cink – az oxidjainak redukálásából származó fém is – gyorsan elpárolog az olvasztótér 1000 °C fölötti hőmérsékletén, az akna felső részén a párolgás gyakorlatilag megszűnik. A forró zónákból ide áramló cinkgőz pedig a gáz CO/CO2arányával megszabott ZnO + CO ⇌ Zn + CO2 egyensúlyi összetételéig oxidálódik, ill. redukálódik.
Ipari méretű alkalmazás Az első maradék brikettet felhasználó ipari méretű OxiCup-aknakemence 1999-ben kezdte meg működését a Thyssen-Krupp-Stahl duisburgi telephelyén. Az akna átmérője 2,6 m, a kemence feldolgozó kapacitása − 150 E t/év brikett és − 60 E t/év egyéb vas- és acéltartalmú maradék. A beruházást finanszírozó csoport egy éves összehasonlító kísérleti szakasz után döntött az OxiCup-technológia mellett, az alábbiak alapján: − termékei – nyersvas, salak, kohógáz – összevont vas- és acélműben, annak nagyobb átalakítása nélkül kezelhetők, − a beruházás költsége kisebb a többi eljárásénál, − a technológia hasonlít a nagyolvasztóihoz, − mindenféle fém melléktermék, pl. a kéntelenítési salak mágneses részei is feldolgozhatók, − az eljárás rugalmasnak bizonyult a töltet, az olvasztóteljesítmény, az üzemidők és a szükséges állásidők tekintetében. A berendezés építése folyamán a maradék brikett gyártását is optimálták. Megfelelőnek bizonyult egy 56 és egy 110 mm magas, azonosan 110 mm átmérőjű, hatszög keresztmetszetű, port, nagyolvasztói iszapot, hengerműből származó revét, 15% kokszot tartalmazó brikett. A sajtolt, szilárd, jól kezelhető termék vastartalma kb. 50% volt. A briketthez szokásos öntödei koksz 90–150 mm szemcseméretű törmelékét keverték. A kokszadalék kéntartalma 0,6–0,7%, hamutartalma 6,5–7,5% volt. Üzemi eredmények Az indulásra jellemző műszaki problémák megoldása után a fő cél a tűzálló komponensek élettartamának meghosszabbítása volt. Az ócskavas olvasztás 60–80 kg-jához képest igen nagyfokú, 1 t nyersvasra számított 350 kg-os salakképződés ellenére, jobb tűzálló anyagok alkalmazásával az olvasztótérben hat hetes üzemidőket értek el. A brikettarány nem befolyásolta a nyersvas és a salak minőségét. A brikettarány erőteljesen csökkenti viszont a nyomást az aknában, amit a vas-oxidok redukálásakor képződő gázok okoznak. A brikett arányát a kísérletek folyamán 70%-ra növelték, ami az acélműhöz csatlakozva annak maradékait és melléktermékeit 600 mm méretig feldolgozva a gazdaságos működés biztos alapját képezi. Az OxiCup-berendezés üzemi adatai: 740 t − maximális napi termelés, kéntelenítési maradékkal − maximális napi termelés 80%-nyi nyersvas melléktermékkel 979 t 70% − a maradék brikett legnagyobb aránya a betáplált tételben 22,5 t/h − a legnagyobb brikettfeldolgozási ráta
− a tűzálló anyag üzemideje a csapoló nyílásnál − a tűzálló anyag üzemideje az olvasztótérben − a kokszfelhasználás optimálása
14 nap 6 hét, 15-ről 25%-ra (Dr. Boros Tiborné)
Lemperle, M.: Neue Möglichkeiten der Abfallverarbeitung in einem Kupolofen – erste Betriebsergebnisse. = Giesserei–Praxis, 2001. 8. sz. p. 329–335. Vollrath, K.: Edelstahl-Recycling erfordert Know-how und Sorgfalt. = Recycling Magazin, 56. k. 20. sz. 2001. okt. 19.
