СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ШЛАКОВ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК B07B1/40 B03B9/04 

Изобретение относится к литейному производству, а более точно к способу переработки литых твердых шлаков в виде глыб с металлическими включениями и установке для полной переработки этих шлаков.

Данные способ и установка позволяют практически полностью утилизировать перерабатываемые шлаки, а полученные в результате этого конечные продукты - товарный шлак и товарную пыль использовать в промышленном и гражданском строительстве, например для производства строительных материалов. Образующиеся при переработке шлаков отходы в виде металла и дробленого шлака с металлическими включениями используются как шихтовые материалы для плавильных агрегатов.

Переработка литых твердых шлаковых глыб, пронизанных металлическими включениями, сложная, трудоемкая операция, требующая уникального оборудования, дополнительных энергетических затрат, поэтому шлаки практически не используются и вывозятся на свалки, ухудшая экологию и загрязняя окружающую среду.

Особую важность приобретают разработки способов и установок для осуществления полной безотходной переработки шлаков.

Известен целый ряд способов и установок, частично решающих проблему переработки шлаков.

В частности, известен способ переработки металлургических шлаков (SU, A, 806123), заключающийся в дроблении и грохочении этих шлаков до мелких фракций в пределах 0,4 мм с последующим разделением на два продукта: металлический концентрат и шлак.

Данный способ переработки металлургических шлаков решает проблему в узком диапазоне, так как предназначен только для шлаков с немагнитными включениями.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ механического отделения металлов от шлака металлургических печей (SU, A, 1776202), включающий дробление металлургического шлака в дробилке и в мельницах, а также разделение по разности плотностей в водной среде фракций шлака и регенерируемого металла в пределах 0,5-7,0 мм и 7-40 мм с содержанием железа в фракциях металла до 98%
Отходы данного способа в виде фракций шлака после полного высушивания и сортировки используют в строительстве.

Этот способ более эффективен по количеству и качеству извлекаемого металла, однако он не решает проблему предварительного дробления исходного материала, а также получения качественного по фракционному составу товарного шлака для изготовления, например, строительных изделий.

Для осуществления таких способов, в частности, известна поточная линия (SU, A, 759132) для сепарации и сортирования отвальных металлургических шлаков, включающая загрузочное приспособление в виде бункера-питателя, вибрационные грохоты над приемными бункерами, электромагнитные сепараторы, холодильные камеры, барабанные грохота и приспособления для перемещения извлеченных металлических предметов.

Однако на этой поточной линии также не предусмотрено предварительное дробление шлака в виде шлаковых глыб.

Также известно устройство для грохочения и дробления материалов (SU, A, 1547864), включающее виброгрохот и установленную над ним раму с дробящим приспособлением, выполненную с отверстиями и установленную с возможностью перемещения в вертикальной плоскости, а дробящее приспособление выполнено в виде клиньев с головками в их верхней части, которые установлены с возможностью перемещения в отверстиях рамы, при этом поперечный размер головок больше поперечного размера отверстий рамы.

В трехстенной камере по вертикальным направляющим перемещается рама, в которой установлены дробящие приспособления, свободно висящие на головках. Площадь, занимаемая рамой, соответствует площади виброгрохота, и дробящие приспособления охватывают всю площадь решетки виброгрохота. Передвижная рама с помощью электропривода по рельсам накатывается на полотно виброгрохота, на котором установлена глыба шлака. Дробящие приспособления на гарантированном зазоре проходят над глыбой. При включении виброгрохота дробящие приспособления вместе с рамой опускаются вниз, не встречая препятствия, на всю длину скольжения до 10 мм от полотна виброгрохота, другие части (клинья) дробящего приспособления, встретив препятствие в виде поверхности глыбы шлака, остаются на высоте препятствия. Каждое дробящее приспособление (клин) при попадании на шлаковую глыбу находит свою точку соприкосновения с ней. Вибрация от грохота передается через лежащую на нем глыбу шлака в точках касания клиньев дробящих приспособлений, которые также начинают совершать в резонансе колебания в направляющих рамы. Разрушение глыбы шлака не происходит, и идет лишь частичное истирание шлака о клинья.

Более близким к решению предлагаемого способа является вышеуказанное устройство для сепарации и сортирования отвальных и литейных шлаков (RU, A, 1547864), включающее систему доставки исходного материала в зону предварительного дробления, осуществляемого устройством для грохочения и дробления материалов, выполненным в виде приемного бункера с установленным над ним виброгрохотом и приспособления для непосредственного дробления шлака, вибродробилки для дальнейшего измельчения материала, электромагнитные сепараторы, вибросито, бункеры-накопители отсортированного шлака с дозаторами и транспортирующие устройства.

В системе подачи шлака предусмотрен механизм-кантователь, обеспечивающий прием шлаковни с находящейся в ней остывшей глыбой шлака и подачу ее в зону виброгрохота, выбивку шлаковой глыбы на полотно виброгрохота и возврат пустой шлаковни в исходное положение.

Вышеперечисленные способы и устройства для их осуществления используют варианты дробления и оборудование для переработки шлаков, при работе которых выделяются не утилизируемые пылевидные фракции, загрязняющие почву и воздух, что в значительной мере воздействует на экологическое равновесие окружающей среды.

В основу изобретения положена задача создать способ переработки шлаков, в котором предварительное дробление исходного материала с последующей его сортировкой по уменьшающимся размерам фракций и отбор образующихся пылевидных фракций осуществляют таким образом, что появляется возможность полной утилизации обрабатываемых шлаков, а также создать установку для осуществления данного способа.

Эта задача решена в способе переработки шлаков литейного производства, включающем предварительное дробление исходного материала и последующую его сортировку по уменьшающимся фракциям до получения товарного шлака с одновременным отбором образующихся пылевидных фракций, в котором согласно изобретению предварительное дробление осуществляют выборочно и ориентированно с концентрированным усилием от 900 до 1200 Дж, а отобранные пылевидные фракции заключают в замкнутый объем и оказывают на них механическое воздействие до получения тонкодисперсного порошка с удельной поверхностью не менее 5000 см²/г.

Целесообразно тонкодисперсный порошок использовать как активный исполнитель для строительных смесей.

Такое выполнение способа позволяет полностью перерабатывать шлаки литейный производств, имея в результате два конечных продукта товарный шлак и товарную пыль, используемые для строительных целей.

Задача также решена посредством установки для осуществления способа, включающей систему доставки исходного материала в зону предварительного дробления, устройство для дробления и грохочения, вибрационные дробилки с электромагнитными сепараторами и транспортирующими приспособлениями, осуществляющими измельчение и сортировку материала по уменьшающимся фракциям, классификаторы крупной и мелкой фракции и систему отбора пылевидных фракций, в которой согласно изобретению устройство для дробления и грохочения выполнено в виде манипулятора с дистанционным управлением, на котором установлен гидропневмоударный механизм, и в установке смонтирован герметичный модуль, сообщенный с системой отбора пылевидных фракций, имеющий средство для обработки этих фракций в тонкодисперсный порошок.

Предпочтительно в качестве средства для обработки пылевидных фракций использовать каскад последовательно расположенных винтовых мельниц.

Один из вариантов изобретения предусматривает, что установка имеет систему возврата обрабатываемого материала, установленную вблизи классификатора крупной фракции, для его дополнительного измельчения.

Такое выполнение установки в целом позволяет с высокой степенью надежности и эффективности и без больших затрат электроэнергии переработать отходы литейного производства.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Литые шлаки литейного производства характеризуются прочностью, то есть сопротивлением разрушению при возникновении внутренних напряжений, появляющихся в результате какого-либо нагружения (например, при механическом сжатии), и могут быть отнесены по пределам прочности на сжатие (σ_сж) к горным породам средней прочности и прочным. Наличие металлических включений в шлаке армирует монолитную глыбу, упрочняя ее.

Описанные ранее способы разрушения не учитывали прочностных характеристик разрушаемого исходного материала. Усилие разрушения характеризуется величиной P = σ_сж•F,, где Р усилие разрушения при сжатии, F площадь прилагаемого усилия, было значительно ниже прочностных характеристик шлака.

Предлагаемый способ основан на уменьшении площади приложения усилия F до размеров, определяемых прочностными характеристиками материала, используемого инструмента и выбором усилия Р.

Вместо статических усилий, используемых в вышеописанных технических решениях, в настоящем изобретении применяют динамические усилия в виде направленного, ориентированного удара с определенной энергией и частотой, что в целом увеличивает эффективность способа. Опытным путем подобраны параметры частоты и энергии нанесения ударов в пределах 900-1200 Дж с частотой 15-25 ударов в минуту.

Такая методика дробления осуществляется в предлагаемой установке при помощи гидропневмоударного механизма, смонтированного на манипуляторе устройства для дробления и грохочения шлака. Манипулятор обеспечивает прижим к объекту разрушения гидропневмоударного механизма во время его работы. Регулирование прилагаемого усилия дробления шлаковых глыб производят дистанционно.

В то же время шлаки это материал с потенциальными вяжущими свойствами. Способность к их твердению появляется преимущественно под действием активизирующих добавок. Однако есть такое физическое состояние шлаков, когда потенциальные вяжущие свойства проявляются после механических воздействий на фракции переработанного шлака до получения определенных размеров, характеризующихся показателем удельной поверхности. Получение высокой удельной поверхности измельченных шлаков является существенным фактором приобретения ими химической активности.

Проведенные лабораторные исследования подтверждают, что значительное улучшение качества шлака, используемого как вяжущее, достигается при измельчении, когда его удельная поверхность превышает 5000 см²/г. Такую величину удельной поверхности можно получить при механическом воздействии на отбираемые пылевидные фракции, заключенные в замкнутый объем (герметичный модуль). Это воздействие осуществляют при помощи каскада последовательно расположенных в герметичном модуле винтовых мельниц, постепенно превращающих этот материал в тонкодисперсный порошок с удельной поверхностью более 5000 см²/г.

Таким образом предложенные способ и установка для переработки шлаков позволяют практически полностью их утилизировать, в результате чего получают товарную продукцию, используемую в частности в строительстве.

Комплексное использование шлаков в значительной мере оздоровляет окружающую среду, а также высвобождает продуцирующие площади, используемые под отвалы.

В связи с повышением степени утилизации перерабатываемых шлаков снижается себестоимость выпускаемой продукции, что, соответственно, повышает эффективность используемого изобретения.

На фиг. 1 схематично изображена установка для осуществления способа переработки шлака согласно изобретению, в плане; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1;
на фиг. 3 вид Б на фиг. 2;
на фиг. 4 разрез В-В на фиг. 3.

Предлагаемый способ предусматривает полную безотходную переработку шлаков для получения товарного дробленого шлака требуемых фракций и пылевидных фракций, перерабатываемых в тонкодисперсный порошок.

Кроме того, получают материал с металлическими включениями, который повторно используют в плавильных агрегатах линейного и металлургического производства.

Для этого литую заготовку глыбу с металлическими включениями предварительно ориентированно раздрабливают с концентрированным усилием от 900 до 1200 Дж над виброгрохотом с провальной решеткой. Металл и шлак с металлическими включениями, размеры которых больше размеров отверстий провальной решетки виброгрохота, отбирают магнитной плитой крана и складируют в тару, а оставшиеся на виброгрохоте куски шлака направляют на более мелкое дробление в виброщековую дробилку, размещенную в непосредственной близости от виброгрохота.

Провалившийся через провальную решетку раздробленный материал транспортируют по системе виброщековых дробилок с отбором металла и шлака с включениями металла электромагнитными сепараторами для дальнейшего измельчения и сортировки.

Размер кусков, не прошедших через провальную решетку, колеблется от 160 до 320 мм, а прошедших от 0 до 160 мм. На последующих этапах шлак измельчают до фракций с размером 0-60 мм, 0-12 мм и отбирают шлак с металлическими включениями. Затем измельченный шлак подают на классификатор крупной фракции, где происходит отбор материала с размером 0-12 и более 12 мм. Более крупный материал направляют в систему возврата на доизмельчение, а материал с размером 0-12 мм направляют по основному технологическому потоку на классификатор мелкой фракции, где происходит отбор пылевидной фракции размера 0-1 мм, которую собирают в герметичном модуле для последующего воздействия и получения тонкодисперсного порошка с удельной поверхностью более 5000 см²/г, используемого как активный наполнитель для строительных смесей. Отобранный на классификаторе мелкой фракции материал с размером 1-12 мм является товарным шлаком, который направляют в накопительные емкости для последующей отгрузки заказчику.

Состав этого товарного шлака приведен в таблице.

Отобранные фракции шлака с металлическими включениями по дополнительному технологическому потоку возвращают в плавильный цех на переплавку.

Содержание металла в отобранных магнитной сепарацией измельченных шлаках находится в пределах 60-65%
Используемый в качестве активного наполнителя тонкодисперсный порошок включают в состав вяжущего, например, для получения бетона, где заполнителем является дробленый литейный шлак с размером фракции 1-12. Исследование качественных характеристик полученного бетона указывает на увеличение его прочности при проверке на морозостойкость после 50 циклов.

Описанный выше способ переработки шлаков может быть с успехом воспроизведен на установке (фиг. 1-4), содержащей систему доставки шлака из плавильного цеха в зону предварительного дробления, где размещены кантователь 1, виброгрохот 2 с провальной немагнитной решеткой 3 и манипулятор 4, управляемый дистанционно с пульта (С). На манипуляторе 4 установлен гидропневмоударный механизм в виде долбяка 5. Для обеспечения более надежного дробления исходного материала до необходимого размера вблизи виброгрохота 2 размещены вибробункер 6 и щековая дробилка 7. Кроме того, в зоне дробления смонтирован кран 8 для удаления негабаритных металлических кусков, остающихся на провальной решетке 3. Раздробленный материал при помощи системы транспортирующих приспособлений, в частности ленточных конвейеров 9, перемещается по основному технологическому потоку (изображен на фиг. 1 контурной стрелкой), на пути которого последовательно смонтированы виброщековые дробилки 10 и электромагнитные сепараторы 11, обеспечивающие измельчение и сортирование шлака по уменьшающимся фракциям до заданных размеров.

На пути основного технологического потока смонтированы классификаторы 12 и 13 для крупной и мелкой фракции измельченного шлака. Установка также предполагает наличие дополнительного технологического потока (на фиг. 1 изображен треугольной стрелкой), включающего систему возврата материала, не измельченного до необходимого размера, расположенную вблизи классификатора 12 для крупной фракции и состоящую из перпендикулярно расположенных относительно друг друга транспортеров и щековой дробилки 14, а также систему 15 удаления отмагниченных материалов. На выходе основного технологического потока установлены накопители 16 полученного товарного шлака и герметичный модуль 17, сообщенный с системой отбора пыли, выполненной в виде емкости 18. Внутри модуля 17 последовательно расположен каскад винтовых мельниц 19 для обработки пылевидных фракций в тонкодисперсный порошок.

Устройство работает следующим образом.

Шлаковня 20 с остывшим шлаком подается, например, погрузчиком (не показан) в зону работы установки и размещается на тележке кантователя 1, который опрокидывает ее на решетку 3 виброгрохота 2, выбивает шлаковую глыбу 21 и возвращает шлаковню в исходное положение. Далее пустую шлаковню снимают с кантователя и на ее место устанавливают другую с шлаком. Затем манипулятор 4 подводится к виброгрохоту 2 для раздробления шлаковой глыбы 21. Манипулятор 4 имеет шарнирную стрелку 22, на которой шарнирно закреплен долбняк 5, дробящий шлаковую глыбу на куски разной крупности. Корпус манипулятора 4 установлен на подвижной несущей раме 23 и вращается вокруг вертикальной оси, обеспечивая обработку глыбы по всей площади. Манипулятор прижимает пневмоударный механизм (долбняк) к шлаковой глыбе в выбранной точке и наносит серию ориентированных и концентрированных ударов. Дробление производят до таких размеров, которые обеспечивают максимальное прохождение кусков через отверстия в провальной решетке 3 виброгрохота 2. После окончания дробления манипулятор 4 возвращается в исходное положение и вступает в работу виброгрохот 2. Оставшиеся на поверхности виброгрохота отходы в виде металла и шлака с металлическими включениями отбираются магнитной плитой крана 8, причем качество отбора обеспечивается за счет установки на виброгрохоте 2 провальной решетки 3 из немагнитного материала. Отобранный материал складируется в тару. Другие крупные куски шлака с незначительным содержанием металла сталкиваются с провальной решетки в щековую дробилку 7, откуда продукт дробления поступает в основной технологический поток. Прошедшие через отверстия провальной решетки 3 фракции шлака попадают в вибробункер 6, из которого ленточным конвейером 9 подаются на систему виброщековых дробилок 10 с электромагнитными сепараторами 11. Измельчение и сортирование фракций шлака обеспечивается в основном непрерывном технологическом потоке при помощи системы транспортирующих приспособлений конвейеров 9, взаимосвязанных между собой в указанном потоке. Измельченный в основном потоке материал поступает на классификатор 12, где происходит его сортирование на фракции размера 0-12 мм. Более крупные фракции по системе возврата (дополнительный технологический поток) поступают в щековую дробилку 14, доизмельчаются и опять возвращаются в основной поток на повторную сортировку. Пропущенный через классификатор 12 материал подается на классификатор 13, в котором происходит отбор пылевидных фракций размера 0-1 мм, поступающих в герметичный модуль 17, и 1-12 мм, поступающих в накопители 16.

В процессе измельчения материала в основном технологическом потоке образующаяся пыль по системе ее отбора (местные отсосы) собирается в емкости 18, которая сообщается с модулем 17. В дальнейшем производят обработку всей собранной в модуле пыли в тонкодисперсный порошок с удельной поверхностью более 5000 см²/г, при помощи каскада последовательно установленных винтовых мельниц 19. С целью упорядочивания очистки основного потока шлака от металлических включений на всем его пути производится их отбор при помощи электромагнитных сепараторов 11 и передача в систему 15 удаления отмагниченных материалов (дополнительный технологический поток), в последующем транспоpтируемых на переплавку. ТТТ1 ЫЫЫ2

Предлагаемый способ заключается в том, что предварительное дробление исходного материала производят выборочно и ориентированно с концентрированным усилием от 900 до 1200 Дж. В процессе переработки отобранные пылевидные фракции заключают в замкнутый объем и оказывают на них механическое воздействие до получения тонкодисперсного порошка с удельной поверхностью не менее 5000 см²/г. Установка для осуществления этого способа включает устройство для дробления и грохочения, выполненное в виде манипулятора с дистанционным управлением, на котором установлен гидропневмоударный механизм. Кроме того, установка содержит герметичный модуль, сообщенный с системой отбора пылевидных фракций, имеющий средство для обработки этих фракций в тонкодисперсный порошок. 2 с. и 2 з. п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

1. Способ переработки шлаков литейного производства, включающий предварительное дробление исходного материала и последующую его сортировку по уменьшающимся фракциям до получения товарного шлака с одновременным отбором образующихся пылевидных фракций, отличающийся тем, что предварительное дробление осуществляют выборочно и ориентированно с концентрированным усилием от 900 до 1200 Дж, а отобранные пылевидные фракции заключают в замкнутый объем и оказывают на них механическое воздействие до получения тонкодисперсного порошка с удельной поверхностью не менее 5000 см². 2. Установка для переработки шлаков литейного производства, включающая систему доставки исходного материала в зону предварительного дробления, устройство для дробления и грохочения, вибрационные дробилки с электромагнитными сепараторами и транспортирующими приспособлениями, осуществляющими измельчение и сортировку материала по уменьшающимся фракциям, классификаторы крупной и мелкой фракции и систему отбора пылевидных фракций, отличающаяся тем, что устройство для дробления и грохочения выполнено в виде манипулятора с дистанционным управлением, на котором установлен гидропневмоударный механизм, и в установке смонтирован герметичный модуль, сообщенный с системой отбора пылевидных фракций, имеющий средство для обработки этих фракций в тонкодисперсный порошок. 3. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что средство для обработки пылевидных фракций в тонкодисперсный порошок представляет собой каскад последовательно расположенных винтовых мельниц. 4. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что она снабжена системой возврата обрабатываемого материала, установленной вблизи классификатора крупной фракции, для его дополнительного измельчения.