Способ получения плавленых минеральных компонентов для шлакопортландцемента ( варианты)

Способ получения плавленых минеральных компонентов для шлакопортландцемента ( варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к получению плавленых минеральных компонентов, в частности клинкера и активной минеральной добавки, для производства шлакопортландцемента из огненно-жидкого металлургического шлака. Способ может быть использован в металлургическом производстве для получения металла посредством восстановления соответствующих оксидов, содержащихся в шлаке и рудном концентрате. Кроме этого, способ может быть использован для переработки отходов металлургического производства, таких как: отвальные шлаки, прокатная окалина, пыли системы воздухоочистки, старая футеровка, отсев извести, отсев известняка и т.д.

Известен способ получения активной минеральной добавки для шлакопортландцемента, включающий получение в результате восстановительного доменного процесса огненно-жидкого шлака и его ускоренное охлаждение (грануляцию) [1]. Данный способ имеет следующие недостатки. Во-первых, в способе используются только шлаки доменного производства. Во-вторых, в процессе доменного производства очень сложно получить оптимальный химический состав активной минеральной добавки, так как химия материалов, поступающих в доменную печь, регулируется в рамках других производств (кокс, агломерат и т.д.).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому способу в обоих вариантах является способ получения плавленого цементного клинкера из огненно-жидкого доменного шлака [2], включающий восстановительный этап плавки огненно-жидкого шлака (в результате доменного производства), окислительный этап плавки (плавка ведется на воздухе), где в расплав вводят материалы, формирующие заданный химический состав клинкера и ускоренное охлаждение продукта на заключительном этапе.

Данный способ имеет недостатки. Во-первых, чтобы обеспечить выпуск клинкера (СаО (61-64)%) из конвертера, необходимо расплав нагревать до температур (1900-2000)°С. Это обстоятельство значительно усложняет реализацию способа, так как требует использования кислорода при сжигании топлива, снижает стойкость футеровки плавильной камеры и усложняет задачу ускоренного охлаждения расплава. Во-вторых, в прототипе используются только металлургические шлаки, полученные в результате восстановительного (доменного) процесса. Это вызвано тем, что шлаки, полученные в результате окислительных металлургических процессов, содержат в своем составе значительное количество металла. Так, например, сталеплавильные шлаки могут содержать в своем составе до 40% FеО_сум, при том что содержание оксида железа в клинкере должно быть не больше 4%. Очевидно, что с таким содержанием железа в сырьевую смесь можно внести не более (9-10)% шлака. Между тем металлургические шлаки могут содержать оксиды Mn, Ni, Co и т.д. Возвращение этих металлов в металлургическое производство позволит значительно повысить не только экономическую эффективность способа, но и эффективность металлургических процессов. В связи с этим, к недостаткам прототипа следует отнести отсутствие мероприятий, направленных на восстановление оксидов металла, находящихся в металлургических шлаках. В-третьих, в способе не предусмотрены операции, направленные на извлечение металлической составляющей из клинкера. Как известно, основным фактором, сдерживающим использование металлургических шлаков в производстве строительных материалов, является наличие в них металла. В процессе плавки и разливки частицы металла (корольки) оседают в шлаке и выносятся вместе с ним из плавильного агрегата. Объем этих потерь зависит от вязкости шлака, технологии ведения плавки и т.д. Например, при производстве чугуна содержание металлических включений в шлаке составляет (1-4)%, а при производстве стали может достигать 20% по массе. Таким образом, при производстве строительных материалов из металлургических шлаков необходимо производить чистку продукта от металлических включений.

Задачей изобретения является разработка способа получения из огненно-жидкого металлургического шлака плавленых минеральных компонентов для производства шлакопортландцемента, который обеспечивал бы устранение недостатков, присущих известным способам, а именно: обеспечивал бы снижение затрат на реализацию способа; расширение сырьевой базы способа за счет вовлечения в производство шлаков, полученных в процессе окислительных металлургических процессов, а также других продуктов металлургического производства; повышение качества минеральных компонентов для производства шлакопортландцемента, в частности клинкера и активной минеральной добавки, в связи с их очисткой от металлических включений; повышение экономической эффективности способа за счет возвращения в металлургическое производство восстановленного металла, а также за счет получения из отходов производства нового товарного продукта - шлакопортландцемента, включающего в себя минеральные компоненты - клинкер и активную минеральную добавку, получаемые данным способом.

Поставленная задача решается заявляемым способом получения из огненно-жидкого металлургического шлака плавленых минеральных компонентов для шлакопортландцемента, включающим восстановительный этап плавки, окислительный этап плавки и ускоренное охлаждение продукта с получением целевого минерального компонента. В первом варианте исполнения поставленная задача решается тем, что дополнительно проводят этап насыщения расплава известью. На каждом этапе плавки нагрев расплава совмещают с его перемешиванием. При проведении восстановительного и окислительного этапов плавки температуру расплава и состав вводимых материалов регулируют таким образом, чтобы вязкость расплава находилась в диапазоне (0,1-0,9) Па·с, а насыщение расплава известью проводят при густеющем расплаве в диапазоне температур образования трехкальциевого силиката. Кроме этого, продукт плавки очищают от металлических включений путем избирательного измельчения неметаллической составляющей и извлечения ее из смеси воздушным потоком с получением клинкера в качестве целевого минерального компонента.

Во втором варианте исполнения поставленная задача решается тем, что на каждом этапе плавки нагрев расплава совмещают с его перемешиванием, а температуру расплава и состав вводимых материалов регулируют таким образом, чтобы вязкость расплава находилась в диапазоне (0,1-0,9) Па·с. Кроме этого, продукт плавки очищают от металлических включений путем избирательного измельчения неметаллической составляющей и извлечения ее из смеси воздушным потоком с получением активной минеральной добавки в качестве целевого минерального компонента.

В частных формах реализации способа восстановительный этап плавки проводят в процессе металлургического производства.

В частных формах реализации способа восстановительный и окислительный этапы плавки повторяют, по меньшей мере, два раза, вводя на восстановительном этапе в расплав материалы, содержащие металл в виде оксидов и металлических включений, причем после восстановительного этапа восстановленный металл частично или полностью выпускают (сливают), а после окислительного этапа частично или полностью выпускают расплав шлака.

В частных формах реализации способа восстановительный этап плавки последовательно повторяют, по меньшей мере, два раза, причем после каждого восстановительного этапа восстановленный металл частично или полностью выпускают, а расплав шлака частично или полностью оставляют на следующий восстановительный этап.

В частных формах реализации способа, в первом варианте исполнения (при производстве клинкера), окислительный этап плавки проводят одновременно с этапом насыщения расплава известью.

В частных формах реализации способа перед заливкой шлака проводят подготовительный этап плавки, в процессе которого в плавильной камере производят предварительную обработку (обжиг, сушку, прокаливание и т.д.) сырьевых материалов.

В частных формах реализации способа в одной плавке используют огненно-жидкие шлаки разных металлургических процессов, которые вводят в расплав на определенных этапах плавки в зависимости от их химического состава.

В частных формах реализации способа, в первом варианте исполнения (при производстве клинкера), обжиг извести для насыщения расплава проводят непосредственно в камере насыщения за счет теплосодержания камеры после выпуска продукта с предыдущего технологического цикла.

В частных формах реализации способа ускоренное охлаждение и очистку продукта от металлических включений проводят одновременно.

В частных формах реализации способа материалы, содержащие металл в виде оксидов и металлических включений перед введением в расплав обогащают путем избирательного измельчения и удаления из материала неметаллической составляющей, которую дополнительно подвергают сепарации с выделением из нее металлосодержащих компонентов.

Сущность изобретения заключается в следующем. Огненно-жидкий шлак, полученный в результате различных металлургических производств, приводят к заданному составу портландцементного клинкера или активной минеральной добавки посредством восстановления содержащихся в нем оксидов металла и введения в него недостающих компонентов. Чтобы обеспечить температурный режим проходящих в расплаве процессов, производят его разогрев, который совмещают с перемешиванием. Перемешивание является важным условием плавки шлака. Разогрев без перемешивания из-за низкой теплопроводности шлака приводит лишь к локальному перегреву областей, непосредственно примыкающих к источнику тепла. Затраты энергии на перемешивание определяются вязкостью расплава. Вязкость (свойство, обратное текучести) - способность расплава сопротивляться сдвигу. Вязкость расплава зависит от его химического состава и температуры. При проведении восстановительного и окислительного этапов плавки вязкость удерживают в диапазоне (0,1-0,9) Па·с. При вязкости расплава более 0,9 (Па·с) расплав недостаточно подвижен для нормального перемешивания. При вязкости ниже 0,1 (Па·с) расплав обладает хорошей текучестью, но поддержание такой вязкости требует неоправданно больших затрат энергии на разогрев расплава. В известных способах производства клинкера с использованием огненно-жидких шлаков для достижения приемлемой вязкости насыщенный известью расплав приходится нагревать до температуры (1900-2000)°С. Между тем известно, что ненасыщенные известью расплавы имеют хорошую жидкотекучесть при температурах (1500-1600)°С, например, доменные или сталеплавильные шлаки. Очевидно, что вязкость расплава при заданной температуре зависит от содержания СаО. В связи с этим, в предлагаемом способе, при производстве клинкера, основной объем извести (более 50% расчетного количества) вводят на заключительном этапе плавки (на этапе насыщения расплава известью). Такой подход позволяет снизить максимальную температуру плавки клинкера с 2000°С до 1600°С.

Основным сырьевым компонентом способа является огненно-жидкий шлак. Шлак - важный вспомогательный продукт металлургического производства. Изменяя химический состав шлака, металлурги влияют на ход технологических процессов в плавильном агрегате. Химия шлака зависит от состава шихты и изменяется от плавки к плавке. В связи с этим, основная задача восстановительного и окислительного этапов плавки в предлагаемом способе - приведение огненно-жидких металлургических шлаков, поступающих на переработку, к заданному химическому составу.

На восстановительном этапе плавки в металлическую фазу переводят оксиды металла, находящиеся в шлаке. Для этого в разогретый и перемешиваемый расплав вводят восстановители и корректирующие добавки, позволяющие сохранить его жидкотекучесть на приемлемом уровне. При этом стараются в качестве восстановителей использовать материалы, зола которых может выступать в роли корректирующей добавки. Формируя состав вводимых добавок, учитывают, что неметаллическая составляющая расплава выступает не только в роли продукта, химический состав которого формируют, но и по своему прежнему назначению, в качестве металлургического шлака, который связывает поступающую в расплав серу и другие вредные для восстанавливаемого металла компоненты. Химический состав неметаллической фазы расплава изменяется из-за перехода части элементов в металл и газовую фазу. Таким образом, в результате восстановительного этапа плавки получают металл заданного химического состава и шлак, химический состав которого обеспечил заданную химию металла. Если после восстановления металл в расплаве занимает значительный объем, и его присутствие оказывает негативное влияние на дальнейшее проведение плавки, то его частично или полностью выпускают из плавильного агрегата. Перед выпуском перемешивание расплава прекращают, чтобы произошло разделение фаз. Более плотный металл опускается вниз, а шлак остается сверху. Если объем восстановленного металла незначителен или присутствие жидкой металлической фазы оказывает положительное влияние на ход проведения плавки, улучшает перемешивание или разогрев (например, при индукционном нагреве), то его оставляют в расплаве, а выпуск производят на последующих этапах производства.

На окислительном этапе плавки в расплав вводят материалы, формирующие заданный химический состав клинкера или активной минеральной добавки. При этом окислительная атмосфера этапа позволяет перевести образовавшийся в процессе восстановительного этапа двухвалентный оксид железа FeO, в трехвалентное состояние Fе₂O₃.

При производстве клинкера с заданными показателями KH, n, р, на окислительном этапе в расплав вносят весь недостающий состав SiO₂, Аl₂О₃, Fе₂О₃, рассчитанный традиционным способом, и часть расчетного состава СаО. Объем вносимой извести не должен увеличить вязкость расплава на столько, чтобы она явилась препятствием для его перемешивания и выпуска. Предельное содержание извести в расплаве после окислительного этапа плавки определяют, исходя из условий проведения плавки и состава материалов, в которых она содержится.

При производстве активной минеральной добавки на окислительном этапе плавки в расплав вводят материалы, содержащие оксиды, количественный состав которых определяют, исходя из известного коэффициента качества [3]. Для расчета состава активной минеральной добавки с содержанием Mg0<10% коэффициент качества находят по формуле K=(%CaO+%Al₂O₃+%MgO)/(%SiO₂+%TiO₂). В соответствии с действующими требованиями для активной минеральной добавки первого сорта K≥1,65, содержание Аl₂O₃≥8%, а содержание MgO<15%. В связи с этим, преимущество предлагаемого способа производства активной минеральной добавки заключается в том, что он позволяет более точно корректировать химический состав расплава, получая оптимальные параметры продукта.

Насыщение расплава известью является заключительным этапом плавки при получении клинкера, на котором в расплав вводят недостающий объем СаО, чтобы обеспечить заданный коэффициент насыщения KH. Как известно, процесс образования клинкерных минералов сопровождается выделением тепла, что приводит к дополнительному разогреву клинкерной смеси. В связи с этим, удержание расплава в заданном диапазоне температур происходит, главным образом, за счет сохранения уже имеющегося тепла футеровкой камеры насыщения. Важным технологическим параметром этапа насыщения является начальная температура смеси - Т_cм. Данная температура зависит от теплосодержания компонентов и теплотехнических характеристик камеры насыщения. Если после смешивания расплава с известью начальная температура смеси ниже определенного опытным путем значения, то смесь разогревают, чтобы начался процесс образования трехкальциевого силиката. Если начальная температура смеси значительно выше заданного значения, то принимают меры, чтобы ее снизить. В этом случае в смесь вводят гранулы металла, которые позднее удаляют в процессе очистки клинкера. Таким образом, увеличивая или уменьшая начальную температуру смеси, регулируют температуру на этапе насыщения. Для насыщения расплава известью температуру в камере насыщения удерживают в диапазоне температур образования трехкальциевого силиката (1250-1600)°С. Разогрев смеси выше 1600°С нецелесообразен, поскольку усложняет процесс ускоренного охлаждения клинкера, а снижение температуры ниже 1250°С приводит к распаду трехкальциевого силиката.

Насыщение расплава известью проводят в агрегатах, которые позволяют организовать перемешивание густеющего расплава с известью и удержать температуру в диапазоне указанных значений. Такой агрегат может быть выполнен в виде термоса, корпус которого имеет форму полого цилиндра с торцевыми крышками. Внутренняя поверхность термоса имеет теплоизоляционное покрытие. В термос загружают рассчитанный объем извести и заливают определенный объем расплава после окислительного этапа плавки. Пред тем как закрыть термос, регулируют начальную температуру смеси. Для этого, в случае необходимости, в него вводят фурму и в течение нескольких минут разогревают содержимое, поднимая начальную температуру смеси до заданного значения. После закрытия торцевой крышки термос перекатывают по направляющим от места разливки к месту выгрузки. При этом материал в термосе интенсивно перемешивается, находясь в диапазоне температур, при которых образуется трехкальциевый силикат. В результате, в термосе происходят экзотермические реакции образования клинкерных минералов, при этом футеровка термоса сохраняет тепло, не позволяя температуре смеси опуститься ниже 1250°С. Время, в течение которого происходит насыщение клинкеpa известью, определяют опытным путем, исходя из объема заполнения термоса и его теплотехнических характеристик. Выгрузку клинкера из термоса производят толкателем, предварительно сняв торцевые крышки.

Процесс охлаждения продукта является важной технологической операцией, как при производстве клинкера, так и при производстве активной минеральной добавки. В зависимости от того, с какой скоростью мы производим охлаждение материала, формируется тот или иной минералогический и кристаллический состав продукта. В связи с этим, оптимальную скорость охлаждения клинкера и активной минеральной добавки определяют опытным путем. При выборе способа охлаждения предпочтение отдают тому способу, который позволяет использовать отводимое тепло для сушки и обжига сырьевых компонентов.

На заключительной стадии способа полученный продукт очищают от металлических включений, которые появляются в нем как в процессе металлургического производства, так и в процессе плавки. Для очистки и клинкер, и активную минеральную добавку подвергают избирательному измельчению, в процессе которого неметаллическая составляющая смеси измельчается, в то время как металлические включения способствуют размолу, выступая в роли концентраторов напряжений. Измельченный до заданного дисперсного состояния продукт извлекают из смеси воздушным потоком в систему аспирации, где происходит его накопление. Избирательное измельчение и воздушную сепарацию проводят как последовательно, так и одновременно. Кроме этого, в зависимости от состава используемого оборудования, процесс очистки могут разбивать на стадии, каждая из которых включает в себя избирательное измельчение и воздушную сепарацию. Цель очистки - перевод всей неметаллической составляющей в пылевидную фракцию и извлечение ее из смеси воздушным потоком. В предлагаемом способе чистку клинкера и активной минеральной добавки проводят как по отдельности, так и совместно в составе шлакопортландцементной смеси.

В частных формах реализации способа восстановительный этап плавки проводят в процессе металлургического производства. Если огненно-жидкий шлак, используемый в способе, образуется в результате восстановительного металлургического процесса, то нет необходимости еще раз проводить восстановительный этап плавки. В связи с этим, при переработке доменного шлака восстановительный этап не проводят, так как весь металл, содержащийся в шлаке, уже восстановлен - переведен в металл (чугун), и в шлаке FеО_сум обычно содержится всего (0,2-1)%. В этом случае, на окислительном этапе плавки в расплав дополнительно вводят Fе₂О₃, так как его содержание в клинкере должно находиться в диапазоне (2-4)%.

В частных формах реализации способа восстановительный и окислительный этапы плавки повторяют. После проведения первого восстановительного этапа плавки образовавшийся металл частично или полностью сливают. Проводят первый окислительный этап плавки, после чего подготовленный для дальнейшей переработки шлак частично или полностью сливают, освобождая место в плавильной камере для нового продукта. На втором восстановительном этапе в оставшийся расплав (расплав металла или расплав шлака) вводят металлосодержащие материалы, восстановитель и корректирующие добавки, обеспечивающие приемлемую вязкость расплава и заданную химию восстанавливаемого металла. По окончании этапа восстановленный металл полностью или частично сливают. Оставшийся в плавильной камере расплав в процессе второго окислительного этапа приводят к заданному химическому составу. Восстановительный и окислительный этапы повторяют несколько раз, в зависимости от производственной необходимости. В процессе проведения плавки регулируют температуру и вязкость расплава. При этом для нагрева расходуют определенное количество энергии, а для охлаждения в плавильную камеру вводят новые компоненты или гранулы металла. Данный способ позволяет вернуть в металлургическое производство металл, содержащийся в таких побочных продуктах металлургического производства, как пыль воздухоочистки, прокатная окалина, продукты переработки отвалов и т.д.

В частных случаях реализации способа в расплав для восстановления вводят не побочные продукты металлургического производства с относительно небольшим содержанием металла, а обогащенную металлосодержащую руду (концентрат). В этом случае проводят затяжной восстановительный этап плавки, который включает в себя один или несколько последовательных повторов восстановительного этапа. В процессе каждого повтора в расплав, кроме концентрата, вводят восстановитель и корректирующие добавки, обеспечивающие приемлемый диапазон вязкости расплава и заданную химию восстанавливаемого металла. После каждого повтора восстановленный металл (частично или полностью) сливают, освобождая место для нового материала, а расплав шлака (частично или полностью) оставляют в плавильной камере. В этом случае окислительный этап плавки (приведение расплава к заданному составу) проводят после заключительного повтора, а в случае выпуска расплава окислительный этап проводят в другом агрегате или при разливке.

В частных случаях реализации способа для повышения его производительности восстановительный этап плавки проводят в отдельном плавильном агрегате, в который непрерывно или периодически вводят металлосодержащие материалы (шлак, рудный концентрат и т.д.), восстановитель и корректирующие добавки. В процессе восстановительной плавки непрерывно или периодически производят выпуск металлической (чугун) и неметаллической (восстановленный шлак) фазы расплава. При этом металл возвращают в металлургическое производство, а восстановленный шлак направляют на окислительный этап плавки. Данную форму реализации способа используют, в частности, для целенаправленного восстановления металла из железорудного концентрата.

В частных случаях реализации способа, материалы, содержащие металл в виде оксидов и металлических включений, перед введением в расплав обогащают. В процессе их обогащения производят перевод всей неметаллической составляющей материала в пылевидную фракцию с последующим извлечением ее из смеси воздушным потоком. Полученный таким образом металлический концентрат вводят в расплав на восстановительном этапе плавки. Образующаяся в процессе обогащения металла пылевоздушная смесь также содержит в своем составе мелкие частицы металла и оксиды. Для их выделения проводят дополнительную сепарацию материала. Сепарацию проводят в одном или нескольких последовательно расположенных сепараторах, причем, в зависимости от свойств извлекаемых материалов используют воздушные, магнитные или иные сепараторы. Полученные в процессе обогащения материалы вводят в плавильную камеру таким образом, чтобы минимизировать их унос в систему воздухоочистки.

В частных формах реализации способа при производстве клинкера окислительный этап плавки проводят одновременно с насыщением расплава известью. Совмещение этапов плавки проводят как в термосах, так и в печи насыщения. В отличие от термоса печь насыщения позволяет в процессе плавки корректировать как состав смеси, так и температурный режим насыщения. Печь насыщения включает в себя вращающуюся вокруг горизонтальной оси плавильную камеру и две одинаковые системы отопления с воздухонагревателем регенеративного типа, которые нагревают плавильную камеру через правую и левую горловину. Корпус плавильной камеры состоит из нескольких симметрично расположенных участков. Центральный цилиндрический участок имеет наибольший диаметр. На нем расположен загрузочный люк с механизмом его фиксации. С обеих сторон от центрального участка расположены конические участки камеры, которые переходят в цилиндрические участки меньшего диаметра. На цилиндрических участках расположены бандажи опор качения и приводные венцы зубчатых передач. Внутренняя поверхность плавильной камеры имеет футеровку, позволяющую минимизировать потери тепла через корпус печи. Система отопления печи реверсивного действия, в которой направление движения газов периодически меняют, чтобы использовать тепло отходящих газов для подогрева воздуха топлива. Плавку в печи насыщения производят следующим образом: предварительно разогретую плавильную камеру устанавливают загрузочным люком вверх и через него загружают твердые и жидкие компоненты плавки. Люк закрывают и надежно фиксируют. Оператор печи, поочередно включая правое и левое вращение, раскачивает печь, не опуская загрузочный люк ниже уровня горизонта. Удержание жидкотекучего расплава на противоположной от загрузочного люка стороне камеры позволяет исключить затекания еще жидкого расплава в возможные щели люка. В процессе качания камеры происходит перемешивание твердых компонентов плавки с расплавом. Смесь густеет и становится однородной, что позволяет снизить унос материала в процессе возможного разогрева печи. После определения начальной температуры смеси принимают решение на ее разогрев или охлаждение. Если начальная температура смеси соответствует заданной, то разогрев печи не производят, так как тепла клинкерообразования будет достаточно, чтобы удержать сырьевую смесь в диапазоне температур образования трехкальциевого силиката (см. выше). Время проведения плавки определяют опытным путем в соответствии с составом компонентов и теплотехническими характеристиками печи. Для выгрузки клинкера плавильную камеру устанавливают загрузочным люком вверх и снимают крышку люка. После этого оператор поворачивает плавильную камеру люком вниз и посредством раскачивания камеры выгружает ее содержимое в приемник.

В частных формах реализации способа, перед восстановительным этапом проводят подготовительный этап. На подготовительном этапе плавки в плавильную камеру вводят сырьевые материалы, которые до взаимодействия с огненно-жидким шлаком должны пройти предварительную подготовку. Это может быть нагрев, сушка, обжиг и так далее. Как правило, на этом этапе вводят материалы, которые по экономическим или технологическим причинам целесообразно вводить раньше расплава. Так, например, экономически нецелесообразно сушить в отдельном агрегате крупные куски глины, отвального шлака, содержащего известняк и скрап. В то же время введение этих материалов в расплав может привести к взрыву из-за активного выделения газа (пара).

В частных формах реализации способа используют огненно-жидкие шлаки различных металлургических процессов, которые вводят в расплав на определенных этапах плавки в зависимости от их химического состава. Введение в расплав горячих и огненно-жидких шлаков значительно снижает энергозатраты на реализацию способа. При этом химический состав того или иного шлака определяет этап, на котором он может вводиться в расплав. Так, например, сталеплавильный шлак, содержащий 40% Fe₂O₃, вводят на восстановительном этапе, а шлак, образующийся в процессе внепечной обработки стали, содержащий 58% CaO, 32% SiO₂, 2,8% Аl₂O₃ и 0,8% FeO, вводят на окислительном этапе плавки, а если вязкость расплава не позволяет, то на этапе насыщения известью.

В частных формах реализации способа обжиг извести для этапа насыщения (при получении клинкера) проводят непосредственно в камере насыщения, используя для этого теплосодержание камеры после выпуска предыдущей партии клинкера. Как известно, декарбонизация известняка проходит при температуре (600-1000)°С, в то время как температура футеровки термоса или печи насыщения после выгрузки клинкера находится в диапазоне (1200-1400)°С. В связи с этим, при проектировании камеры насыщения материал футеровки выбирают таким образом, чтобы теплоемкость теплоизоляционного слоя позволяла аккумулировать достаточное количество тепла для обжига заданного объема извести. При обжиге СаСО₃ в термосах на торцевой крышке предусматривают канал для выхода СО₂, а по всему маршруту движения термоса устанавливают вытяжную вентиляцию.

Металлургические предприятия являются крупнейшими потребителями и производителями извести. В их составе действуют цеха по ее обжигу. Но в рамках металлургического производства используется не вся известь, а только фракция +20 мм. При этом так называемый отсев извести и известняка считают побочным продуктом. В предлагаемом способе стараются использовать побочные продукты металлургического производства, причем отсев извести уже готов к использованию, а отсев известняка обжигают, используя отходящие печные газы, образующиеся на этапах плавки, или воздух, нагретый в процессе ускоренного охлаждения клинкера. В связи с этим, при реализации способа, возможны случаи, когда декарбонизация известняка еще не произведена полностью, а поступление тепла прекратилось, в силу завершения соответствующей технологической операции (плавки клинкера, подогрева смеси для насыщения, ускоренного охлаждения клинкера и т.д.). В этом случае неполностью обожженную известь окончательно обжигают в камере насыщения, используя тепло, накопленное футеровкой.

В частных формах реализации способа ускоренное охлаждение материала проводят одновременно с его чисткой от металлических включений. Данные операции проводят в технологическом комплексе, который включает в себя барабан-охладитель и систему аспирации. Вращающийся вокруг горизонтальной оси пустотелый барабан-охладитель состоит из рабочей части, а также загрузочной и вытяжной цапфы, на которых размещены подшипниковые опоры. Нижняя часть наружной поверхности барабана погружена в резервуар с водой. В барабан загружают охлаждающе-измельчающие (рабочие) тела. Это могут быть стальные шары, стержни и т.д. Расплав охлаждаемого материала заливают по желобу в барабан со стороны загрузочной цапфы, где он попадает на перемещающуюся массу рабочих тел. Имея большую удельную поверхность и высокую теплопроводность, рабочие тела интенсивно отводят тепло от расплава, при этом они охлаждаются, соприкасаясь между собой и охлаждаемым водой корпусом барабана. Кроме этого, в результате движения рабочей среды происходит избирательное измельчение неметаллической составляющей расплава и воздушная сепарация измельченного продукта. Воздух для воздушной сепарации захватывается из цеха через загрузочную цапфу, проходит через рабочую часть барабана и выходит в систему аспирации через вытяжную цапфу. В процессе вращения барабана измельченный материал поднимается гребнем стальной футеровки барабана и перемешивается с воздушным потоком, проходящим через рабочую часть барабана. Воздушный поток регулируют таким образом, чтобы в систему аспирации отводилась неметаллическая составляющая расплава заданной фракции. Таким образом, охлажденный и очищенный от металлических включений продукт извлекается из воздушного потока и накапливается в системе аспирации.

По мере извлечения из барабана неметаллической составляющей в корпусе охладителя накапливается металлический скрап, включающий изношенные шары и металлические включения, содержащиеся в расплаве. Присутствие дополнительного металла в барабане не ухудшает его работы, однако, периодически (в зависимости от режима эксплуатации), производят извлечение металлического скрапа из барабана. Для облегчения этой операции барабан футеруется стальной броней, выполненной в виде пластин с косым гребнем. Футеровка укладывается таким образом, чтобы при вращении барабана по часовой стрелке рабочие тела отгребались от загрузочной цапфы и закрепленного на ней шароподъемника, а при вращении против часовой стрелки наоборот, все содержимое перемещалось к шароподъемнику и выгружалось им из барабана. Таким образом, для чистки барабана оператор задает вращение «на выгрузку рабочих тел», при этом все содержимое барабана посредством шароподъемника выгружается на решетку. Те шары, которые имеют допустимый диаметр, скатываются по решетке в бункер, а весь извлеченный из расплава металл и изношенные шары проходят через решетку и попадают в скрап. Загрузку пополненного комплекта рабочих тел производят посредством желоба через загрузочную цапфу.

В качестве рабочих тел могут быть использованы стальные шары, изготавливаемые на шаропрокатных станах. При этом отдают предпочтение мелким шарам (10-40) мм, так как мелкие шары имеют более высокую удельную поверхность, чем крупные, при одинаковой массе. Кроме того, крупные шары заметно увеличивают износ брони и усложняют эксплуатацию комплекса.

Количество загружаемых в барабан тел определяют относительным показателем φ=Vp/V, где φ - относительное заполнение охладителя рабочими телами в долях единицы, Vp - объем рабочих тел в м³, V - объем рабочей части барабана охладителя в м³. Относительное заполнение барабана рабочими телами находится в диапазоне φ=(0,1-0,4). φ<0,1 не используют, так как из-за небольшого количества шаров материал начинает прилипать к футеровке барабана, образуя грильяж, который снижает эффективность работы установки. Использовать загрузку φ>0,4 не выгодно, так как это приводит к повышенному расходу энергии и оборудования.

Частоту вращения барабана определяют, исходя из относительной частоты вращения, которую находят из формулы Ψ=n/n_кр, где Ψ - относительная частота вращения барабана в долях единицы, n - фактическая частота вращения барабана (об/мин), n_кр - критическая частота вращения барабана, при которой центробежная сила, действующая на рабочие тела, равна его силе тяжести (об/мин). Относительную частоту вращения барабана выбирают, исходя из массы заливаемого расплава и состава рабочих тел. Обычно относительная частота вращения находится в диапазоне Ψ=(0,2…0,9)n_кр. Уменьшение частоты вращения ниже указанного диапазона нецелесообразно, так как это неоправданно снижает производительность процесса, а превышение указанного диапазона приводит к прекращению измельчения в связи с действием центробежных сил на рабочие тела.

Расход воздуха при охлаждении и чистке материала находится в диапазоне Q_в=(0,1-6,0) кубических метров на килограмм перерабатываемого материала. Уменьшение расхода воздуха ниже указанного диапазона приводит к неоправданному снижению производительности процесса. Увеличение расхода воздуха выше указанного диапазона приводит к повышенному абразивному износу оборудования системы аспирации. Скорость воздушного потока в барабане определяют, исходя из скорости витания частиц металла, попадание которых