Способ очистки стружки от органических загрязнений перед переплавом

 

Использование: изобретение относится к способу очистки от органических загрязнений сыпучей стружки черных металлов перед переплавом. Сущность изобретения: способ предусматривает обработку стружки в барабанной печи в противотоке газовым теплоносителем с температурой выше 300°С, дожигание летучих продуктов испарения и пиролиза загрязнений в пламени газовой горелки, использование части продуктов сгорания в качестве теплоносителя и выгрузку очищенной стружки. Содержание загрязнений в стружке перед загрузкой в печь доводят до 2,0...3,0 мас.%. В теплоносителе изменением расхода воздуха на питание горелки поддерживают концентрацию свободного кислорода от 5 до 14 об. %. Перед подачей в печь продукты сгорания топлива и летучих продуктов охлаждают бесконтактно до указанной температуры и расход теплоносителя поддерживают из расчета 400...450 м3/т стружки. 1 з.п. ф-лы, 2 табл. 1 ил. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 22 В 1/248

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ 0

О с ,,00 (21) 4931618/02 (22) 29.04.91 (46) 23.01.93. Бюл. N. 3 (71) Институт газа АН УССР (72) В.Я.Конюх, Г,Д,Юрченко, В.П.Асанин, В.И. Голуб, И. B,Çàcåäàòåëå В, B,Т. Серый, А.Н.Гаранчук и А.В,Литвиненко (73) Институт газа АН УССР (56) Патент Великобритании

¹ 1457122, кл. С 7 F, 1960.

Авторское свидетельство СССР

N 490874, кл. С 23 G 5/04, 1974. (54) СПОСОБ ОЧИСТКИ СТРУЖКИ ОТ ОРГАНИЧЕСКИХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ПЕРЕД ПЕРЕПЛАВОМ (57) Использование: изобретение относится к способу очистки от органических загрязнений сыпучей стружки черных металлов перед переплавом. Сущность изобретения:

Изобретение относится к технологии очистки чугунной и-или стальной стружки от органических загрязнений перед переплавом россыпью в электропечах, Технологические процессы на основе изобретения могут быть использованы на машиностроительных или металлургических заводах, В состав органических загрязнений обычно входят минеральные масла, поверхностно-активные и другие вещества, которые в процессах резания используют в составе смазочно-охлаждающих жидкостей.

Количество таких загрязнений на стружке может достигать 12% по массе (обычно до 4%). Частично в загрязнениях могут присутствоватьлетучие при повышенных (> 100 С) температурах, частично

„„Ы „„1790618 А3 способ предусматривает обработку стружки в барабанной печи в противотоке газовым теплоносителем с температурой выше

300 С, дожигание летучих продуктов испарения и пиролиза загрязнений в пламени газовой горелки, использование части продуктов сгорания в качестве теплоносителя и выгрузку очищенной стружки, Содержание загрязнений в стружке перед загрузкой в печь доводят до 2,0...3,0 мас.%. В теплоносителе изменением расхода воздуха на питание горелки поддерживают концентрацию свободного кислорода от 5 до 14 об.%. Перед подачей в печь продукты сгорания топлива и летучих продуктов охлаждают бесконтактно до указанной температуры и расход теплоносителя поддерживают из расчета 400...450 м /т стружки, 1 з.п. ф-лы, 3

2 табл. 1 ил, нелетучие, но пиролизуемые до летучих компоненты типа смазочных масел, поверхностно-активных веществ ("смачивателей") и т,д.

Общеизвестен принципиальный подход к очистке вторичного металлосырья от загрязнений такого типа: нагрев до температуры испарения летучих и далее — до температуры пиролиза нелетучих органических загрязнений (300 С) с последующим дожиганием продуктов термообработки до нетоксичных диоксида углерода (СО2) и паров воды (НгО).

Тем самым повышается безопасность при завалке стружки россыпью в плавильные печи, однако остается нерешенной задача снижения угара стружки в процессах

1790618 переплава. Задача же эта тем более актуальна, чем мельче стружка и чем более глубоко был легирован материал, из которого получена стружка.

Однако ее решение до сих пор не обеспечено.

Известен способ очистки металлической стружки, предусматривающий прямоточную подачу очищаемой стружки и ф. продуктов сгорания"топлива в барабанную печь, отсос:"из - печного пространства смеси газов, включающих" в -дополнение к продуктам сгорания испарившиеся летучие компоненты загрязнений и продукты пиролиза их нелетучих компонентов, При осуществлении такого способа в печном пространстве неизбежно присутствие неконтролируемых количеств кислорода, который активно взаимодействует с загрязненной поверхностью стружки и обеспечивает не только полное выжигание примесей, но и способен вызвать вспышки продуктов их разложения и частичный угар металла еще в процессе его очистки. Этот недостаток оказывается тем более заметен, чем мельче стружка.

Наиболее близок к заявляемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ очистки стружки от органических загрязнений перед переплавом, предусматривающий непрерывную подачу загрязненной стружки в барабанную печь с одного торца; непрерывную же подачу с другого торца этой печи противотоком по отношению к стружке газообразного теплоносителя в виде смеси продуктов сгорания газообразного топлива, включающего горючий газ от внешнего источника и летучие продукты испарения и пиролиза загрязнений; непрерывную же подачу отработанного теплоносителя на дожигание содержащихся в них упомянутых летучих продуктов в пламени газовой горелки; регулирование температуры теплоносителя (преимущественно в пределах 300...350 С) его разбавлением воздухом, подаваемым в тракт циркуляции теплоносителя; разделение полученной газовой смеси на два потока, один из которых подают в барабанную печь, а второй (избыточный) — на сброс в атмосферу; вывод очищеннойй стружки.

При противоточной обработке стружки свежий горячий теплоноситель вступает в контакт с нею тогда, когда большая часть летучих уже ушла из печного пространства.

Поэтому воспламенение продуктов испарения и пиролиза в печном пространстве менее вероятно, и процесс очистки протекает более стабильно, Однако тот же контакт свежего кислородсодержащего теплоносителя, 5

55 в котором количество кислорода не контролируется и случайным образом зависит от расхода воздуха на охлаждение продуктов сгорания перед их подачей в печь, приводит, как правило, к полному выжиганию органических примесей и угару металла. При использовании же сыпучей стружки в составе шихты для переплава угар еще более возрастает. Поэтому в состав шихты обычно вводят углерод: отходы графита или бой изделий из него, например, электродов, коксик и т.п. Это усложняет и удорожает переплав.

Целью изобретения является повышение устойчивости очищенной стружки к угару при переплаве россыпью путем формирования на поверхности ее частиц защитного слоя сажи.

Поставленная цель достигается тем, что в способе очистки стружки от органических примесей перед переплавом, включающем непрерывную противоточную подачу в барабанную печь загрязненной стружки и газообразного теплоносителя при температуре более 300 С, дожигание летучих продуктов испарения и пиролиза загрязнений в пламени газовой горелки с регулированием температуры продуктов сгорания и использованием их части в качестве теплоносителя и выгрузку очищенной стружки из печи, согласно изобретению, содержание примесей в стружке перед загрузкой в барабанную печь доводят до 2„.3% по массе, регулируют концентрацию кислорода в теплоносителе, подаваемом в печь, в пределах 5...14% по объему изменением расхода воздуха на дожигание, охлаждают этот теплоноситель бесконтактно, а его расход устанавливают в и редел ах 400. „450 м /т стружки.

Соответствие технического решения последнему критерию подтверждается также тем, что на стружке после очистки остается слой сажи, количество которой 0,2...0,4% по массе оказывается достаточным для защиты стружки от угара как при очистке, так и при последующем переплаве в электропечах.

Дополнительное отличие состоит в том, что избыток загрязнений удаляют центрифугированием при нагреве сырья вторичным теплоносителем, который получают при бесконтактном охлаждении продуктов сгорания. Тем самым частично утилизируется тепло, затрачиваемое на процесс, создаются предпосылки для сбора и утилизации масел и упрощается очистка стружки, На чертеже приведена технологическая схема установки для осуществления предлагаемого способа, Установка для осуществления предлагаемого способа очистки металлической стружки от органических загрязнений имеет

1790618 установленную наклонно к горизонтали барабанную печь 1 с не показанным на схеме приводом вращения; питатель 2 на "верхнем" конце печи 1 для подачи загрязненной стружки; центрифугу 3 со сборником 4 отжатых масел и загрузочным транспортером 5; коллектор 6, охватывающий "верхний" конец печи 1, для сбора отходящих от нее газов в виде смеси отработанного теплоносителя и летучих продуктов испарения и пиролиза органических загрязнений; дожигатель 7, установленный непосредственно над коллектором 6 и оборудованный газовой горелкой 8 с магистралями для подвода горючего газа и воздуха; двухступенчатый холодильник для бесконтактного (через стенку) охлаждения продуктов сгорания газового топлива и летучих продуктов, образовавшихся при очистке стружки, имеющий первую ступень

9, например, в виде кожухотрубчатого теплообменника и экономайзер 10 (частичным потребителем тепла, рекуперированного в первой ступени, может быть центрифуга 3; прочее тепло может быть использовано на заводские нужды); отводящий патрубок 11, подключенный с одной стороны к выходу экономайзера 10, а с другой — через циклон

12для улавливания пыли и дымосос 13 — к вытяжной трубе 14; контур циркуляции теплоносителя, включающий два снабженных регуляторами расхода 15 и 16 патрубка 17 и

18 для отбора продуктов сгорания из камеры дожигателя 7 и прикорневой части патрубка 11 после экономайзера 10, смеситель

19, к которому совместно подключены выходы патрубков 17 и 18, второй дымосос 20, для которого смеситель 19 служит входным коленом, и замыкающий трубопровод 21, подключенный к "нижнему" торцу барабанной печи 1.

В общем случае предлагаемый способ на опытной установке осуществляют следующим образом.

Неочищенную стружку сортируют на

"сливную" (витую) и сыпучую. Сливную стружку дробят на не сцепляющиеся частицы длиной до 50 мм и объединяют с сыпучей стружкой, Затем в усредненной пробе определяют ее загрязненность маслами и другими органическими компонентами смазочно-охлаждающих жидкостей и при загрязненности в пределах 2,0..,3,0 по массе непосредственно подают на термообработку в барабанную печь 1. При загрязненности менее 2,0 подыскивают партию стружки с загрязненностью более 3,0 и смешивают их с таким расчетом, чтобы попасть в указанный интервал 2„.3/. При загрязненности стружки более 3,0-",ь ее перед подачей в печь 1

55 пропускают через обогреваемую центрифугу 3, регулируя режимы нагрева и центрифугирования таким образом, чтобы уложиться в указанный интервал. Получаемые при этом жидкие отходы из сборника 4 могут быть в зависимости от состава направлены на регенерацию или сжигание, Подготовленную, как описано выше, загрязненную стружку питателем 2 подают в наклонную к выходному концу барабанную печь 1, где она пересыпается во встречном потоке газообразного теплоносителя, имеющего температуру на выходе из трубопровода 21 в пределах 300...450 С (причем тем выше, чем более устойчивы к пиролизу органические соединения, входящие в состав загрязнений).

По мере перемещения в печи 1 стружка нагревается, с ее поверхности испаряются летучие компоненты загрязнений, а затем оставшаяся на поверхности пленка подвергается окислительному пиролизу в контакте с наиболее горячим теплоносителем, содержащим 5...14 по объему свободного кислорода. Конкретную концентрацию кислорода выбирают тем больше, чем ближе к 3,0% степень загрязненности сырья и чем больше соотношение водород-углерод в этих загрязнениях, Устанавливают же и поддерживают требуемую концентрацию свободного кислорода в свежем теплоносителе изменением соотношения "топливный газ-водород" на входе в горелку 8, Расход свежего теплоносителя поддерживают на уровне 400...450 м /т очищаемой стружки, а избыток продуктов сгорания. образующихся при дожигании летучих продуктов испарения и пиролиза загрязнений в пламени горелки 8, после рекуперации тепла через патрубок 11, циклон 12, первый дымосос 13 и вытяжную трубу 14 сбрасывают в атмосферу, Температуру свежего теплоносителя регулируют изменением соотношения расхода отбираемых перед холодильником 9 горячих продуктов сгорания через патрубок

17 и регулятор 15 и расхода охлажденных (после экономайзера 10) продуктов сгорания через патрубок 18 и регулятор 16. Эти потоки соединяются в смесителе 17 и окончательно перемешиваются во втором дымососе 20.

В результате удается получить очищенную стружку с защитным слоем сажи на поверхности ее частиц. Суммарное количество сажи оказывается в пределах 0,2...0,4 Д от массы стружки.

Для проверки осуществимости способа были проведены эксперименты по газотермической очистке дробленной сыпучей

1790618

Таблица 1

Зависимость количества .углерода на поверхности стружки от условий очистки

Наименование контролируемых параметров и единицы измерения

П име по и едлагаемом способ

Пример по способу-прототипу за заявляемыми границами в заявляемых границах

Загрязненность стружки, мас, %

Содержание свободного

3,0 1,8

2,0

2,5

3,2

2,5

5,0

14,0

4,0

15,0

15 до атмосферного

400

425

450 390

460

Не регламентируется

0,32

0,37

0,22

0,6

0,1 или воз- 0,00 или возгорание горание ст жки ст жки стружки из материалов; сталь марок СТ45, Х18Н9Т, ШХ15 и чугун марок СЧ вЂ” 21 — 40, СЧ—

24 — 48 — загрязненных маслом и СОЖ в пределах 1,8% до 10%.

Для экспериментов были подготовлены 5 смеси стальной и чугунной стружки с исходной загрязненностью 1,8; 2,0; 2,5; 3,0 и 3,2% по массе.

Содержание свободного кислорода в подаваемом в барабанную печь теплоноси- 10 теля поддерживали на уровне 4,5, 9,5, 14 и

15% по объему, а расход — на уровне 390, 400, 425, 450 и 460 м /т очи щаемой стружки.

Температуру теплоносителя поддерживали на уровне 300„320 С (573...593 К). 15

Всего по каждому набору параметров было проведено не менее пяти экспериментов, в которых определяли количество углерода на поверхности очищенной стружки в

% от суммарной массы по весовому методу, 20

Усредненные результаты приведены в табл.1, Для сравнения эффективности предлагаемого способа и способа-прототипа проведена серия сравнительных экспериментов по 25 переплаву стружки в электропечах.

Усредненные результаты экспериментов приведены в табл,2, Как видно из таблиц, предлагаемый способ в сравнении с избранным прототипом 30 имеет следующие преимущества: в техническом отношении предлагаемый способ позволяет получить слой сажи на поверхности частиц стружки, в технико-зкономическом отношении удается в 3,0.„3,6 раза снизить 35 угар стружки при ее переплаве в электропечах с дополнительными газовыми горелками, и одновременно на 1 4 и более % уменьшить удельный расход электроэнергии, Формула изобретения

1, Способ очистки стружки от органических загрязнений перед переплавом, включающий непрерывную противоточную подачу в барабанную печь загрязненной стружки и газообразного теплоносителя с температурой выше 300 С, дожигание летучих продуктов испарения и пиролиза загрязнений в пламени газовой горелки с регулированием температуры продуктов сгорания и использованием их части в качестве упомянутого теплоносителя и выгрузку очищенной стружки, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости очищенной стружки к угару при переплаве россыпью путем создания на поверхности частиц защитного слоя сажи, содержание загрязнений в стружке перед подачей в печь доводят до 2,0 — 3,0 мас.%, регулируют концентрацию кислорода в свежем теплоносителе, подаваемом в печь в пределах 5 — 14 об,% изменением расхода воздуха на дожигание упомянутых летучих продуктов, охлаждают продукты сгорания до указанной температуры бесконтактно, а расход теплоносителя поддерживают в пределах 400—

450 м /т стружки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что избыток загрязнений удаляют центрифугированием при нагреве стружки вторичным теплоносителем, который получают при бесконтактном охлаждении продуктов сгорания.

1790618

Таблица 2

Пример по способупрототипу

Пример по предлагаемому способ

Исходные параметры

0,37

0,22

0,08

12

Составитель Т.Морозова

Техред M.Moðãåíòàë Корректор М.Сливка

Редактор Т.Иванова

Заказ 367 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Количество углерода на поверхности стружки, мас, Емкость тигля, т

Остаток жидкого металла в тигле, т

Объем заваленной стружки, т

Объем выплавленного металла, т

Угар металла, мас.

Удельный асход зл.эл., кВт ч/т

3,6

7,6

10,5

2,7

652

4,1

7,2

10,98

2,9

639

5,0

6,8

1 1,2

5,1

643

4,3

6,9

10,28

8,3

733

4,7

7,1

10,6

10,1

787