Высокотемпературное обеспыливание электропечей для высокотитанистого шлака

Если говорить о высокотемпературном обеспыливании в контексте переработки высокотитанистого шлака, многие сразу представляют стандартные рукавные фильтры или электрофильтры, но это как раз та ошибка, с которой мы постоянно сталкиваемся. Температура газов после электропечи часто зашкаливает за 350-400°C, а химический состав — это смесь агрессивных паров фторидов, хлоридов и тончайшей титаносодержащей пыли. Обычные материалы здесь просто ?сгорают? в прямом и переносном смысле. Сам шлак, конечно, ценное сырьё, но процесс его подготовки связан с колоссальными выбросами, и если подходить к очистке газов шаблонно, можно потратить кучу денег на оборудование, которое выйдет из строя за полгода.

Почему это не просто ?поставить фильтр?

Начну с основного заблуждения: будто бы задача сводится только к высокой температуре. Нет. Ключевая сложность — сочетание температуры с высокой химической агрессивностью и липкостью пыли. Высокотитанистый шлак при высокотемпературной обработке в электропечи генерирует газы, которые быстро выводят из строя даже дорогие жаростойкие ткани. Они просто теряют механическую прочность, становятся хрупкими, а микрочастицы пыли забивают поры намертво.

Помню один проект на Урале, где изначально поставили систему на основе керамических фильтрующих элементов. Теоретически — отличное решение для высоких температур. Но не учли конденсацию паров солей в зоне охлаждения газов перед фильтром. Образовался плотный, почти цементный, слой насадки, который привёл к катастрофическому росту перепада давления. Систему постоянно останавливали на механическую очистку, а это простои печи. Экономика всего процесса летела в тартарары.

Здесь и кроется главный нюанс: процесс обеспыливания нужно проектировать как единую систему ?охлаждение-очистка-транспортировка улова?, где каждый этап влияет на другой. Нельзя просто отвести газ из печи и загнать его в фильтр. Нужно точно рассчитать точку росы для этих конкретных компонентов, чтобы избежать конденсации именно в неудобном месте, и подобрать материалы, которые выдержат и температуру, и химию.

Материалы, которые работают (а которые — нет)

Перепробовали многое. Нержавеющие сита, металлокерамика, различные композитные ткани с PTFE-покрытием. Что-то не выдерживало температурных циклов (нагрев-остывание), что-то разрушалось от фторид-ионов. Опытным путём пришли к выводу, что наиболее перспективны — металлические мембранные материалы. Но не любые, а именно пористые структуры на основе специальных сплавов.

Здесь стоит отметить работу компании ООО Чэнду Итай Технология (сайт: https://www.yitaicd.ru). Их профиль — как раз металлические мембранные материалы и технологии мембранного разделения для агрессивных сред. В их ассортименте есть решения для экологически чистых процессов очистки высокотемпературных газов, что напрямую пересекается с нашей проблемой. В частности, их материалы на основе особых жаростойких сплавов показали хорошую стойкость к нашей специфической газовой смеси. Важно, что они предлагают не просто лист материала, а расчёт и проектирование всего узла фильтрации, что критично.

Почему металлическая мембрана? Во-первых, она выдерживает термические удары. Во-вторых, её можно регенерировать обратными импульсами сжатого воздуха гораздо эффективнее, так как поверхность гладкая и липкая пыль отделяется лучше. В-третьих, срок службы при корректной эксплуатации несопоставим с тканевыми фильтрами. Но и тут есть ?но?: первоначальная стоимость высока, и требуется очень точная система автоматического управления импульсной продувкой, чтобы не повредить саму мембрану.

Опыт внедрения и ?узкие места?

Когда мы впервые монтировали систему с металломембранными фильтрами для электропечей, работающих на высокотитанистом сырье, основной ошибкой была экономия на системе предварительного охлаждения. Решили использовать радиационный охладитель, но не дорасчитали неравномерность потока газа. В итоге, на входе в фильтр-кассеты в одних секциях температура была 280°C, а в других — около 320°C. Это создало разные условия регенерации и привело к локальным перегрузкам.

Пришлось на ходу дорабатывать газоход, устанавливать дополнительные шиберы для выравнивания потока и перенастраивать алгоритм управления продувкой. Система встала на пару недель дольше плана. Зато после этой доводки она отработала уже более двух лет без серьёзных вмешательств. Уловленная пыль, кстати, представляет собой ценное вторичное сырьё с высоким содержанием TiO2, и её сухое состояние после такого обеспыливания сильно упрощает дальнейшую брикетировку или транспортировку.

Ещё один практический момент — это точка отбора газа. Нельзя брать его прямо из-под свода печи, где температура максимальна и состав наиболее неравновесен. Лучше отводить после некоторого пути по газоходу, где началось смешение и частичное охлаждение, но до того, как начнётся конденсация. Это место нужно определять для каждой конкретной печи практически, по замерам и анализу шлама в разных точках тракта.

Экономика и экология: два в одном

Стоит ли овчинка выделки? Если считать только стоимость оборудования — проект кажется дорогим. Но если учесть несколько факторов, картина меняется. Во-первых, соблюдение жёстких экологических нормативов. Штрафы за выбросы сейчас таковы, что могут сделать производство убыточным. Во-вторых, возврат ценных компонентов. Титаносодержащая пыль — это не отход, а продукт. Её реализация или возврат в процесс дают существенную экономику.

Технологии, подобные тем, что развивает ООО Чэнду Итай Технология, как раз и направлены на создание замкнутых, экологически чистых процессов. Их подход к очистке высокотемпературных газов и коррозионных жидкостей — это не просто ?поставить фильтр?, а интегрировать систему улавливания в технологическую цепочку с максимальным ресурсосбережением. В их описании на сайте https://www.yitaicd.ru это правильно отмечено — пионерские и лидирующие на международном уровне решения. На нашем опыте это подтверждается: когда работаешь с такими сложными средами, как газы от высокотитанистого шлака, нужен именно системный, а не компонентный подход.

Внедрение эффективного высокотемпературного обеспыливания — это всегда компромисс между капитальными затратами, эксплуатационными расходами и ценностью уловленного продукта. Иногда выгоднее сделать более сложную систему охлаждения, чтобы можно было использовать менее дорогие фильтрующие элементы. Но для агрессивных и высокотемпературных сред, как в нашем случае, часто оказывается, что инвестиции в стойкие материалы, подобные металлическим мембранам, окупаются быстрее за счёт надёжности и возврата сырья.

Вместо заключения: о чём важно помнить

Итак, если резюмировать наш практический опыт. Первое: не существует типового решения. Каждая электропечь и каждый состав шлака дают уникальную газовую смесь. Обязателен пилотный этап с замерами и, желательно, испытаниями фильтрующих материалов в реальных условиях. Второе: ключ к успеху — в синергии узлов. Система охлаждения, выбор материала фильтра, алгоритм регенерации и конструкция бункера-накопителя должны проектироваться вместе, а не по отдельности.

Третье: не бояться новых решений, но подходить к ним критически. Те же металлические мембранные материалы — отличный инструмент, но он требует высокой культуры эксплуатации. Четвёртое: считать полную экономику, включая стоимость простоев, ремонтов и стоимость уловленного продукта. Только тогда картина будет объективной.

Работа с высокотитанистым шлаком — это вызов для металлурга и инженера-эколога одновременно. И задача высокотемпературного обеспыливания здесь — не вспомогательная, а одна из центральных, определяющая как экологическую, так и экономическую состоятельность всего производства. Опыт, в том числе негативный, который мы накопили, показывает, что решать её можно эффективно, но только при глубоком понимании физико-химии процесса и отказе от шаблонного мышления.