УСТАНОВКА И СПОСОБ СОРТИРОВКИ ЛОМА Российский патент 2025 года по МПК B07C5/02 B23D15/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к установке и способу сортировки резаного лома, которые позволяют разделить на отдельные фракции лом разных типов, различающихся по их химическому составу, в частности по содержанию в них меди. В этих установке и способе могут использоваться ножницы различных форм и отсутствуют ограничения для лома каких-либо заданных размеров или веса.

Уровень техники

Лом является основой производственного процесса на сталелитейном предприятии, а его закупка представляет собой одну из главных статей затрат, только на которую приходится приблизительно 40% реализуемой готовой продукции.

В обычной практике лом подразделяется на различные подклассы в зависимости от веса, размеров и происхождения и характеризуется чрезвычайной изменчивостью в отношении чистоты (и, следовательно, стоимости) в зависимости от процентного содержания в нем железа: чем ниже процентное содержание железа, тем ниже качество лома. Во-вторых, некоторые элементы, в первую очередь медь и олово, должны быть, по возможности, удалены из расплава металла, поскольку превышение их концентрацией определенных пороговых значений приводит к дефектам и снижению качества продукта. Поэтому в геометрические и размерные характеристики лома включены две характеристики чистоты, причем вторая из них оказывает влияние на то, что называют "потерей расплава".

С точки зрения размеров лом, содержащий железо, можно разделить не менее чем на четыре категории, каждая из которых пригодна для распределения по корзинам, с помощью которых осуществляется загрузка в плавильные печи. В обычной практике сортировка лома представляет собой сложную задачу и зависит от местного рынка. Поэтому изобретение, представленное ниже, основано на обобщенном и упрощенном примере из практики.

К первой категории можно отнести лом, поступающий из установки для его измельчения, имеющий обычно небольшие размеры и содержащий инертные вещества и остатки, отличающиеся большим многообразием. Поэтому он характеризуется высокой плотностью при загрузке в корзину и обычно используется для формирования дна последней. Этот тип лома получается преимущественно в результате утилизации и дробления автомобильных транспортных средств, бытовой техники и муниципальных металлических отходов. Как правило, дробление осуществляется в молотковых дробилках или измельчителях (шредерах), которые измельчают все компоненты в процессе их переработки: такая фрагментация приводит к образованию большого объема мелких компонентов, которые сортируют с помощью систем сепарации, таких как магнитные барабаны, вихретоковые ковры, воздуходувные устройства и т.д.

Таким образом, происходит разделение выходящей продукции в основном на содержащие и не содержащие железо материалы и, по возможности, выделение меди, алюминия и инертных материалов, включая, по возможности, легкие и тяжелые пластмассы.

Вторая категория лома образуется в результате сноса зданий и включает смесь материала разных размеров, агломерированного различным образом с обломками бетона или аналогичного материала и разрезаемого на пригодные для транспортировки секции, которые, однако, могут быть довольно большими. Эта категория может также включать материалы, полученные в результате сбора старого металлолома или иным образом. Данный материал не является особо ценным и подлежит смешиванию с другими, более ценными, материалами и уменьшению в размерах (в случае необходимости) с целью обеспечения надлежащего заполнения корзин.

К третьей категории лома относятся отходы формования и переработки. В этом случае имеет место высокое качество, ограниченное количество загрязняющих веществ и, следовательно, небольшая потеря расплава, но сохраняется проблема, заключающаяся в размерах отдельных деталей. Как правило, формовочные пластины имеют значительные размеры, чтобы максимально увеличить количество деталей, которые могут быть изготовлены с помощью каждой из них. Поэтому для облегчения их перемещения необходимо сначала разделить их на секции.

Четвертую из основных категорий представляет лом, состоящий из отходов, имеющих значительные размеры, таких как, например, опоры, рельсы, конструкционные балки, стальные листы и другие материалы значительного веса, требующие резания на высокопроизводительных механических станках. В этом случае лом тоже имеет, как правило, хорошее качество, но его транспортировка значительно усложнена. К этой категории обычно относятся однородные и однозначно определяемые материалы, требующие обработки для обеспечения легкой загрузки в печь.

Как известно, число корзин, используемых на сталелитейном заводе, меняется с каждой разливкой (в среднем от двух до трех). В альтернативном варианте используется непрерывная загрузка с помощью конвейерных или вибрирующих лент.

Тем не менее лом, подаваемый в плавильные печи, не всегда относится к одному типу и в любом случае бывает неоднородным. Обычно лом, относящийся к разным категориям, описанным выше, смешивают в разных процентных соотношениях для как можно более равномерного его размещения с целью обеспечения и поддержания сбалансированности шихтовой смеси и достижения постоянного времени плавления. Загружаемый материал должен обладать следующими характеристиками:

- облегчать процесс загрузки печи за счет сокращения, по мере возможности, времени простоя, связанного с загрузкой корзины,

- обладать способностью к такому распределению внутри корзины, которое позволяет свести к минимуму обрушения и повреждения печи на этапе загрузки и дуговой перфорации,

- иметь содержание остаточных элементов (Cu, Sn), удовлетворяющее требованиям к их предельным значениям в составе производимой стали,

- иметь конкурентоспособную среднюю стоимость, принимая во внимание сильное влияние лома, содержащего железо, на конечный продукт.

Приведенный ниже пример дает представление о составе корзины с различными типами лома и иллюстрирует, как каждая категория лома выполняет полезную функцию для успешного литья.

Для сохранения целостности подины печи и уменьшения разбрызгивания остатков горячего металла ("болота") на дно укладывают легкий лом, за которым следует слой тяжелого лома (приблизительно 0,90 т/м³), который располагают в этом нижнем положении, чтобы избежать поломки графитовых электродов, и покрывают средним слоем лома (приблизительно 0,70 т/м³). Верхний слой снова формируют из легкого лома, чтобы обеспечить быструю перфорацию дугой и защиту свода печи.

Корзины составляют путем сбора лома различных типов с площадки для его подготовки (скрапного двора), обычно с помощью крана, что придает важность вопросу сепарации различных типов лома и, в частности, идентификации любых запасов лома, содержащих примеси (например, медь), поскольку они в конечном итоге окажутся в ванне с расплавом и придется каким-то образом их удалять или снижать их концентрацию.

В настоящее время лом доставляют грузовыми автомобилями или контейнерными вагонами на сталелитейный завод, где проверяют его фактический вес, после чего лом сортируют и транспортируют на участок хранения. Большое разнообразие поступающего материала диктует необходимость в процессе сортировки, который часто выполняется опытными операторами в соответствии с уровнем их квалификации.

Процедура, предшествующая покупке груза, требует взвешивания загруженного грузового автомобиля. Затем металлолом выгружают на скрапном дворе и производят повторное взвешивание грузового автомобиля для определения веса тары. Цена определяется по разнице в весе, а затем по фактическому количеству выгруженного материала.

Ясно, что в этот вес входит большая часть пригодного лома, но часто также и доля непригодного лома и других материалов, которые не являются полезными или вредны для процесса плавления, таких как пластмассы, грунт, бумага и т.п. Кроме того, лом в этой совокупности имеет самые несопоставимые размеры и часто сбивается во время транспортировки в груду загруженных кранами материалов, покореженных и сплетенных друг с другом, так что их нелегко разъединить. Другая значительная часть лома может иметь слишком большие размеры для легкой загрузки в корзину. По этой причине на многих заводах предпочтительно используются специальные ножницы для разрезания таких груд лома. Однако все эти процедуры оставляют нерешенной проблему, заключающуюся в чистоте обрабатываемого лома. Действительно, для ножниц нет разницы, что резать - более или менее чистое железо или железо, содержащее более или менее значительные следы других нежелательных веществ. Состав этого лома неизвестен, а разделение исключительно по размерам может быть выполнено на скрапном дворе или, самое большее, основано на более поверхностном визуальном анализе лома с риском того, что даже значительное количество нежелательных элементов попадет в расплав, ухудшив качество продукции. В документах US 2009/0236268, US 2010/0017020, US 2018/0147607 описаны установки и способы сортировки материалов в соответствии с его химическим составом.

Раскрытие изобретения

Целью изобретения является преодоление вышеуказанных недостатков и предложение установки и способа, позволяющих выполнить сортировку не только по весу или размерам лома, но и в соответствии с его химическим составом.

Другой целью изобретения является создание установки и способа сортировки лома, используемых на сталелитейном заводе и предоставляющих возможность формирования объемов лома для литья, которые являются максимально оптимизированными и содержат минимум следов нежелательных элементов, чем обеспечиваются надлежащее качество и соблюдение нормативных требований к готовой продукции в конце производственного процесса. Еще одна цель изобретения заключается в необходимости разработки установки и способа сортировки значительной части лома, позволяющих снизить неопределенность в отношении остаточных элементов, в частности меди, используемых в процессе плавки, и, следовательно, дополнительно оптимизировать управление шихтовыми смесями.

Прочие цели и преимущества изобретения станут очевидны из нижеследующего описания.

Первым объектом изобретения, обеспечивающим достижение указанной цели, является установка сортировки лома в соответствии с его химическим составом, содержащая:

(а) ножницы, выполненные с возможностью резания лома,

(б) анализатор химического состава резаного материала, расположенный по технологическому потоку после ножниц,

(в) транспортные средства для транспортировки упомянутого резаного материала к упомянутому анализатору,

(г) систему выгрузки, выполненную с возможностью разделения анализируемого материала в соответствии с его химическим составом, определенным упомянутым анализатором, причем транспортные средства включают в себя ряд вибрационных элементов и конвейеров, и в качестве транспортного средства по технологическому потоку после указанных ножниц и ниже отверстия контейнера ножниц расположена конвейерная лента, выполненная с возможностью размещения резаного материала.

Конечно, установка может также включать в себя ряд анализаторов.

Эти ножницы обычно состоят из контейнеров, в которые груды лома опрокидываются с помощью механической руки. Контейнер обычно снабжен несколькими подвижными стенками и обычно сжимается по трем осям. Боковая стенка вдавливается внутрь контейнера, крышка опускается, а снизу материал раздавливается с помощью поршня и выталкивается в сторону выхода.

Ножницы обычно устанавливаются на выходе из контейнера для прессования и имеют прямое или наклонное лезвие (типа гильотины, для распределения усилия вдоль режущей кромки), которое поднимается и опускается гидравлическим образом, и по мере продвижения продукта к выходу он разрезается на агломерированные куски разной длины, обычно между 40 см и 1,2 метра. Для облегчения резания на противоположной стороне режущего лезвия часто устанавливается контрлезвие. Ножницы выполняются с возможностью медленного резания, то есть они могут производить несколько разрезов в минуту (обычно 300 циклов резания в час). Для некоторых ножниц предусматривается мобильное исполнение на колесном или гусеничном ходу, что позволяет осуществлять загрузку материала из разных участков скрапного двора; кроме того, существуют стационарные ножницы, и в этом случае уже лом необходимо доставлять к ножницам. Мобильное исполнение является предпочтительным в случае низкого требуемого усилия резания, то есть для небольших установок. Большинство мобильных ножниц имеют горизонтальный контейнер и особенно применимы для работы с легким ломом низкой плотности.

Как правило, горизонтальные ножницы для резания лома содержат контейнер для загрузки материала и подающий цилиндр для перемещения обработанного лома к выходу с целью выгрузки с тем ограничением, что цилиндр с режущими лезвиями разрезает лом непосредственно перед выходом. Весь процесс контролируется гидравлическим блоком управления.

В альтернативном варианте для обработки более крупного и тяжелого металлолома предусматриваются наклонные стационарные ножницы, в конструкции которых могут быть исключены (благодаря использованию силы тяжести) задний и даже боковой и/или верхний цилиндры, а вместо этого используется избыточное давление масла для повышения давления резания ножниц. Резание может быть облегчено в случае наличия зубчатых захватов, удерживающих материал на выходе ножниц во время актов его резания и в промежутках между ними. Эти установки, как правило, также оснащены заглушками с гидравлическим приводом для закрытия выходного участка контейнера.

Особенно предпочтительными являются ножницы, содержащие наклонное (то есть расположенное под углом приблизительно 10°) подвижное лезвие в сочетании с наклонным (то есть расположенным под углом приблизительно 30°) дном, а также, предпочтительно, боковые сжимающие элементы, развивающие усилия, например, приблизительно 560 тонн, но не содержащие упорных цилиндров. Срезающее усилие также достигает значений 2000 тонн, и могут быть получены разрезы от 1200 мм в ширину и от 400 до 1200 мм в длину. Ножницы этого типа, работающие в непрерывном автоматическом режиме, достигают производительности, превышающей 100 тонн/час. Лом скользит под действием силы тяжести по наклонному дну к наклонному лезвию, причем дно и лезвие образуют между собой угол приблизительно 140°. Боковые и вертикальные обжимные устройства уплотняют материал и доводят его размеры до требуемых значений.

Значения, приведенные в качестве примера выше и по всему тексту, являются предпочтительными, но ни в коем случае не исключительными.

Таким образом, эти ножницы позволяют разрезать смешанный лом на куски компактных размеров, пригодные для загрузки в корзины или на конвейерные ленты и затем в плавильные печи установок непрерывного литья.

На входе установки предпочтительно располагаются ножницы, аналогичные описанным выше и предпочтительно содержащие наклонный контейнер и лезвие, поскольку ножницы этой категории позволяют выполнять резание лома всех типов и имеют упрощенную гидравлическую схему по сравнению с горизонтальными ножницами. Тем не менее, данная идея может быть также реализована даже с помощью горизонтальных или других ножниц, известных в данной области техники.

В одном варианте осуществления изобретения анализатор может быть расположен непосредственно на выходе ножниц, и в этом случае упомянутое транспортное средство, предназначенное для транспортировки упомянутого резаного материала к упомянутому анализатору, совпадает со средством, предусмотренным в ножницах для транспортировки материала к выходу. В предпочтительном варианте осуществления изобретения, однако, предусмотрено, что упомянутый анализатор расположен на некотором расстоянии от ножниц, а упомянутое транспортное средство покрывает это расстояние между ножницами и анализатором. В этом случае анализатор может быть расположен на этом транспортном средстве или, другими словами, вдоль либо в конце последнего.

Анализ химического состава резаного лома позволяет выполнить, причем непосредственно во время резания, его сортировку, основанную на наличии элементов и их концентрации, для оптимизации последующего использования лома. Результат такого анализа может способствовать проведению предварительной сортировки лома, поступающего в ножницы, что позволяет выполнить дальнейшую, более тщательную, сортировку на установке, предлагаемой в изобретении.

Конвейерная лента или вибрационный ковер, выполненные с возможностью размещения резаного материала, расположены в качестве транспортного средства по технологическому потоку после ножниц. Упомянутые лента и ковер могут перемещаться с помощью двигателей или вибрировать с помощью, например, системы эксцентриковых масс, сумма вращательных движений которых создает результирующую подачу. Конвейер или ковер предпочтительно располагается ниже отверстия контейнера ножниц, так что материал падает на него под действием силы тяжести. Это падение в сочетании с работой конвейера и/или вибрацией (в случае вибрационного ковра) помогает удалить пыль из лома. Для облегчения очистки участка вокруг конвейерной ленты может быть предусмотрена аспирационная система. Аспиратор предпочтительно располагают под конвейером. Кроме того, вибрация позволяет более равномерно распределить материал, лучше подготавливая его к возможной магнитной сепарации на содержащие и не содержащие железо металлы.

В очень предпочтительном варианте осуществления изобретения установка сортировки лома содержит расположенный между ножницами и анализатором магнитный сепаратор для разделения резаного материала на магнитный и немагнитный материалы. В этом случае упомянутые транспортные средства включают в себя первое транспортное средство для транспортировки резаного материала от упомянутых ножниц к упомянутому магнитному сепаратору и второе транспортное средство для транспортировки по меньшей мере магнитного материала от упомянутого магнитного сепаратора к упомянутому анализатору.

В этом варианте операция, которой подвергается лом после резания, заключается в отделении магнитных материалов от немагнитных, то есть в разделении на содержащую и не содержащую железо фракции. Магнитный сепаратор предпочтительно представляет собой систему вращающихся магнитных барабанов, предпочтительно расположенную по технологическому потоку после первого транспортного средства, например простой широкой конвейерной ленты или, более предпочтительно, вибрационного стола и т.п., Не содержащий железо материал предпочтительно удаляют с соответствующего транспортного средства, на которое он попадает, например, непосредственно из барабана.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения диаметр магнитного барабана превышает минимальную длину резания лома с помощью ножниц. Таким образом, если данные ножницы нарезают отрезки длиной по меньшей мере 40 см, то магнитный барабан будет иметь диаметр по меньшей мере 40 см. Однако оптимальное соотношение обеспечивается барабаном, имеющим диаметр, до двух раз превышающий максимальную длину, которая может быть достигнута с помощью ножниц. Поэтому для отрезка длиной 1,2 м оптимальный диаметр барабана составляет 1,5 м. Это объясняется тем, что один размер, а именно раскрытие зева ножниц, остается одинаково фиксированным между 1 и 1,5 м.

Таким образом, предпочтительная система подготовки и сортировки лома для плавки содержит оборудование для резания, предпочтительно включающее в себя ножницы с наклонным лезвием и дном, участок отделения инертных, порошкообразных и не содержащих железо материалов от материалов, содержащих железо, и участок анализа для определения химического состава отделенного материала, содержащего железо, по меньшей мере в отношении некоторых элементов.

В другом альтернативном варианте осуществления изобретения в установке предусмотрено третье транспортное средство, выполненное с возможностью транспортировки резаного материала непосредственно к анализатору, минуя магнитный сепаратор. В альтернативном варианте магнитный сепаратор может быть выведен из технологического потока с помощью соответствующих средств перемещения, а образовавшийся разрыв в пути материала замкнут, например, желобом и т.п.

Этот вариант осуществления изобретения применим в том случае, если загружаемый в ножницы лом имеет значительные размеры и вес и по этой причине может считаться практически чистым. Для гибкого реагирования установки на разные размеры и вес лома полезно предусмотреть меры по выводу магнитного сепаратора из эксплуатации и замене его альтернативными средствами. Действительно, материал, имеющий большие размеры и/или большой вес, невозможно было бы поднять, и он мог бы застрять в сепараторе, что привело бы к повреждению последнего.

Транспортное средство может включать в себя (в случае второго транспортного средства, расположенного после магнитного сепаратора) конвейерную ленту радиального/качающегося типа, то есть ленту, способную перемещаться по радиусу окружности, центр которой соответствует точке загрузки лома, что позволяет создать разные пункты доставки транспортируемого материала в зависимости от угла поворота. Если анализатор расположен по технологическому потоку до радиального конвейера, то пункты доставки могут соответствовать разным фракциям материалов с разным химическим составом. Радиальный конвейер может функционировать в качестве системы выгрузки. Транспортная система предпочтительно относится к наклонному типу и поднимает материал из пункта загрузки, расположенного у дна, сваливая его в кучи, расположенные за периметром своего вращения. Каждая из упомянутых куч характеризуется своей однородностью с точки зрения состава содержащегося в ней материала. В этом случае второе транспортное средство может совпадать с системой выгрузки, выполненной с возможностью разделения анализируемого материала в соответствии с пунктом (г).

В другом варианте осуществления изобретения радиальный конвейер может быть использован, в зависимости от необходимости, для направления потока материала либо к следующему анализатору, либо в пункт доставки, для которого не требуется анализ.

В альтернативном варианте система выгрузки может быть реализована с помощью ленточного конвейера, предпочтительно наклонного и питающего несколько двухдорожечных ленточных конвейеров. Оба решения описаны более подробно со ссылкой на два примерных варианта осуществления изобретения, проиллюстрированных на фиг. 1 и 2. Эти типы транспортных средств позволяют осуществлять выгрузку резаного материала и разделение его на отдельные фракции с последующим размещением в соответствии с химическим составом, определенным в анализаторе, предпочтительно расположенном на втором или, в альтернативном варианте, третьем транспортном средстве. Другим решением для системы выгрузки является поворотный желоб, описанный ниже со ссылкой на фиг. 3.

Транспортное средство (первое и/или второе) предпочтительно содержит вибрационные питатели для равномерного распределения по нему материала. Кроме того, транспортное средство предпочтительно содержит средство взвешивания. В весьма предпочтительном варианте осуществления изобретения скорость транспортного средства регулируется таким образом, чтобы ее можно было адаптировать к потребностям анализатора в зависимости от времени измерения.

Транспортное средство, в частности второе, предпочтительно представляет собой конструкцию из нескольких вибрационных элементов и наклонных, а именно расположенных каскадом, конвейеров, предназначенных для оптимизации точной регулировки потока в соответствии с потребностями анализатора.

Транспортное средство предпочтительно включает в себя конвейер, предпочтительно наклонный, на котором расположен анализатор, за которым предпочтительно следует другой, более быстрый, конвейер, всегда образующий часть транспортного средства и транспортирующий анализируемый материал к системе выгрузки, выполненную с возможностью разделения разных фракций материала на основе результатов, передаваемых анализатором.

Два варианта осуществления изобретения, особенно подходящих для подготовки материала для анализа, определены в пунктах 9-11 формулы изобретения, а соответствующие примеры осуществления описаны ниже со ссылкой на фиг. 3 и 6. В частности, согласно указанным вариантам осуществления изобретения, предлагаемая установка сортировки лома содержит следующее оборудование, расположенное в следующем порядке: ножницы, выполненные с возможностью резания лома, предпочтительно наклонные (110), вибрационный стол, магнитный барабан, радиальный конвейер для транспортировки содержащего железо материала, отделенного магнитным барабаном, к анализатору или для размещения не содержащего железо материала на прилегающей площадке, первый вибрационный питатель, второй вибрационный питатель, первый конвейер, второй конвейер, оснащенный анализатором химического состава резаного материала, третий - высокоскоростной - конвейер, поворотный желоб, причем указанные вибрационный стол, радиальный конвейер первый вибрационный питатель, второй вибрационный питатель, первый конвейер и второй конвейер образуют транспортные средства для транспортировки упомянутого резаного материала к упомянутому анализатору, длина конвейеров и питателей может варьироваться, а именно приблизительно от 2 м для первого питателя до 40 м для третьего конвейера, а указанные высокоскоростной конвейер и поворотный желоб образуют систему выгрузки, выполненную с возможностью разделения анализируемого материала в соответствии с его химическим составом, определенным анализатором. В одном из вариантов, упомянутый радиальный конвейер наклонен вверх, или является восходящим, упомянутый третий конвейер наклонен вверх, или является восходящим, упомянутые первый вибрационный питатель, второй вибрационный питатель и первый конвейер расположены каскадом, первый конвейер является горизонтальным, упомянутый поворотный желоб наклонен вниз, или является нисходящим, и (I), что первый питатель, второй питатель и упомянутый второй конвейер являются горизонтальными или (II), что первый питатель и второй питатель наклонены вниз, или являются нисходящими, а второй конвейер наклонен вверх, или является восходящим.

Авторы изобретения объединили несколько вибрационных питателей и конвейеров в заданном порядке, который, как было показано, является особенно подходящим для этой цели. Особенно предпочтительными являются значения длины, выбранные для отдельных элементов. Важную роль также играют наклоны упомянутых отдельных элементов: горизонтального (параллельного основанию установки), восходящего (с наклоном вверх в направлении транспортировки), нисходящего (с наклоном вниз в направлении транспортировки) или каскадного (начало одного транспортного средства находится ниже конца предыдущего транспортного средства).

Анализаторы упомянутого выше типа способны, в частности, обнаруживать элементы Cu, Sn, Zn, Р, Mo, Ni, Cr и Mn и сортировать материал не столько по содержанию железа, сколько по присутствию примесей.

В другом варианте осуществления изобретения в пункте загрузки лома предусмотрена система взвешивания материала, поступившего из ножниц и предварительно очищенного, по мере возможности, от немагнитных примесей. В такой системе взвешивания могут использоваться, например, тензодатчики или калиброванные пружины, и это измерение вместе с данными о скорости ленточного конвейера позволяет рассчитать интенсивность подачи материала с течением времени. Каждая куча характеризуется, дополнительно к весу, наличием или отсутствием определенного химического элемента или пороговым значением этого элемента.

Если в качестве примера применения взять медь и олово, которые являются нежелательными компонентами при плавке, то можно получить, например, кучи лома с содержанием меди и/или олова менее 0,2%, менее 0,4%, 1% и т.д. В предпочтительном варианте осуществления изобретения сортировка материалов приводит к получению фракций, характеризующихся содержанием меди соответственно менее 0,20%, 0,20-0,35% и более 0,35% по массе (масс. %). Это позволяет формировать более обоснованный состав лома, подаваемого в процесс плавки.

Чтобы добиться такого разделения, необходимо иметь возможность проведения анализа состава лома, что предпочтительно выполняется в процессе перемещения на транспортном средстве в технологической линии. С этой целью в установке, предлагаемой в изобретении, предусматривается химический анализатор. Этот анализатор предпочтительно представляет собой систему рентгенофлуоресцентного анализа (англ. X-Ray Fluorescence - XRF), систему лазерно-искровой эмиссионной спектрометрии (англ. Laser Induced Breakdown Spectroscopy LIBS) или систему нейтронно-активационного анализа (предпочтительно), в частности систему мгновенной гамма-нейтронной активации (англ. Prompt Gamma Neutron Activation Analysis PGNAA).

XRF-спектрометрия представляет собой метод рентгеновской эмиссионной спектрометрии, который позволяет идентифицировать химические элементы, присутствующие в исследуемом образце или формирующие последний. Используемый принцип заключается в следующем: используя рентгеновское излучение соответствующей энергии и интенсивности, можно создать вакансию во внутренней оболочке атома элемента. Впоследствии это положение вновь занимает электрон (принадлежащий к одной из самых внешних оболочек), который при снятии возбуждения производит фотон, обладающий энергией, равной разности между энергиями электрона в начальном и конечном положениях. Этот метод предпочтительно использовать не локально (путем мгновенного/локального анализа состава материала), а путем обобщения информации о составе для данной массы лома. В спектре излучения четко выделяются характерные пики различных элементов. Этот метод не является разрушающим, но предоставляет информацию только о поверхностном составе лома.

В LIBS-анализаторе используется короткий импульс лазера для создания микроплазмы на поверхности образца и удаления небольшого объема последнего. Свет, испускаемый плазмой, собирается и анализируется с помощью спектрографа. Каждый элемент периодической таблицы связан с определенными спектральными пиками.

Затем анализатор, расположенный, например, вдоль секции наклонного конвейера, исследует потоки резаного материала, которые проходят под ним, и подсчитывает различные элементы химического состава. Излучатель проникающего света может быть размещен под (или над) материалом, а приемник устанавливается на противоположной стороне. Системы анализа, соответствующие уровню техники и могущие быть использованными для этой цели, широко представлены на рынке и поэтому не требуют более подробного представления в настоящем описании.

Система работает примерно следующим образом: по окончании подсчета на основе данных о скорости конвейера и весе материала или по истечении заданного периода времени прохождения определенного количества (а именно одной тонны) материала под анализатором исследованное количество материала выгружается, в зависимости от полученных результатов, в кучу, наиболее подходящую с точки зрения сходства элементов. Поскольку измерение имеет минимальную продолжительность (одну минуту), необходимо дождаться прохождения определенного количества лома.

Таким образом, система выгрузки, применимая для разделения анализируемого материала в соответствии с его химическим составом, определенным упомянутым анализатором, предпочтительно представляет собой комбинацию транспортных средств, подходящих для размещения выходящего материала в различных положениях, средств взвешивания и блока управления, который вычисляет скорость потока из значений веса и делит поток материала на порции определенного веса, наделяя их также химической характеристикой в соответствии с данными, полученными от анализатора, с целью распределения их, путем подачи команд транспортным средствам, по разным кучам/фракциям.

Для обеспечения считывания и анализа материала целесообразно уменьшить высоту анализируемого слоя и максимально исключить наложение слоев друг на друга. По этой причине целесообразно предусмотреть в транспортном средстве (до анализатора по технологическому потоку) систем "расчесывания" материала, например посредством лезвий или шипов, обеспечивающих распутывание этого материала по мере прохождения сквозь него упомянутых систем. Поскольку размеры материала после резания уменьшаются, такие системы облегчают его обработку.

В альтернативном варианте такое же транспортное средство может быть снабжено рельефными элементами, выполненными с возможностью достижения этой цели при транспортировке материала к анализатору.

С другой стороны, в предпочтительном варианте осуществления изобретения в упомянутом первом и/или втором транспортном средстве предусмотрены столы, ленты и/или вибрационные питатели. Такие вибрационные элементы помогают гомогенизировать распределяемый материал или, другими словами, преобразовать непостоянный поток материала в постоянный поток, более подходящий как для химического анализа, так и для магнитной сепарации. Вибрационный элемент уплотняет материал в смысле заполнения зазоров, которые образуются между порциями, следующими друг за другом.

На рынке предлагаются вибрационные элементы в широком ассортименте, обычно имеющие плоскость с устойчивыми к истиранию боковыми сторонами и вибрационные двигатели под этой плоскостью.

В очень предпочтительном варианте осуществления изобретения упомянутый анализатор расположен на упомянутом транспортном средстве, в частности на упомянутом втором транспортном средстве в случае наличия магнитного сепаратора. Это позволяет проводить анализ как на месте, так и во время транспортировки к пункту доставки, экономя время и предоставляя информацию о пункте доставки материала до его размещения.

В очень предпочтительном варианте осуществления изобретения для этой цели может быть также использована нейтронно-активационная система анализа, в частности система мгновенной гамма-нейтронной активации (PGNAA) или импульсной активации быстрыми тепловыми нейтронами (англ. Pulsed Fast Thermal Neutron Activation - PFTNA).

Мгновенный, или оперативный, анализ с помощью технологии гамма-нейтронной активации представляет собой бесконтактный и неразрушающий аналитический метод, который может быть использован в системах анализа, предусмотренных в технологических линиях для определения химического состава материалов, размещаемых навалом.

Нейтроны взаимодействуют с элементами в бомбардируемых материалах, которые затем испускают гамма-лучи измеряемой интенсивности. Каждый элемент испускает фотон с характеристической энергией, когда он возвращается в стабильное состояние после возбуждения, вызванного поглощением нейтрона ядром. Когда тепловой или, точнее, низкоэнергетический (менее 0,025 эВ) нейтрон приближается к ядру атома или сталкивается с ним, между нейтроном и ядром возникает взаимодействие. Затем атом поглощает нейтрон с увеличением массового числа на единицу (+1), переходя в возбужденное состояние. Во время своего возврата в невозбужденное состояние атом испускает фотон в диапазоне гамма-лучей, характеристическом для каждого элемента. Этот фотон называется "быстрым", поскольку он испускается в момент ядерной реакции.

Испускаемый гамма-луч обладает определенной энергией, ассоциируемой с атомом, из которого он был выпущен. По существу, испускаемый гамма-луч подобен "отпечатку" элемента. Испускаемые гамма-лучи регистрируются и генерируется энергетический спектр, который дает информацию о присутствующих элементах и их количестве. Анализаторы PGNAA и PFTNA, предусмотренные в технологической линии, обнаруживают гамма-излучение, например, с помощью сцинтилляционных детекторов. Эти детекторы состоят из кристаллической структуры высокой чистоты, которая при воздействии гамма-лучей производит фотоны, энергия которых пропорциональна энергии гамма-лучей, попадающих в кристалл. Фотоумножительная трубка, соединенная с кристаллом, преобразует световые импульсы в электрические сигналы. Генерируемые электрические импульсы усиливаются и анализируются для получения информации о конкретных элементах. Из уровня техники известно несколько альтернативных детекторов, которые специалист в данной области может легко идентифицировать.

Процесс нейтронной активации представляет собой радиоаналитический метод, позволяющий идентифицировать в любом образце (находящемся в твердом, жидком или газообразном состоянии) практически все элементы периодической таблицы, но с ограничениями в отношении обнаружительной способности и количественной оценки элемента, которые не одинаковы для всех элементов.

Испускаемая энергия фотонов определяет качественную характеристику (идентификацию присутствующего элемента), тогда как зафиксированное количество фотонов этой энергии количественную характеристику (количество элемента, присутствующего в ломе). Результат выражается в энергетическом спектре, представляющем собой число одиночных импульсов в счетчике фотонов в зависимости от энергии с пиком для каждого элемента. Получение нейтронов, используемых в данном методе анализа, обеспечивается с помощью либо радиоизотопа, часто калифорния-252 (²⁵²Cf), либо системы генерации нейтронов. Радиоизотоп претерпевает самопроизвольное деление и выделяет нейтроны, которые используются в процессе анализа. Нейтроны, поступающие из системы их генерации, генерируются в ускорителе под действием электрического поля. В качестве источников нейтронов могут быть использованы компактные устройства, уже имеющиеся на рынке. Они состоят из небольших ускорителей, в которых используется реакция ядерного синтеза дейтерий-дейтерий (D + → n + ³Не) для получения нейтронов с энергией 2,5 МэВ или дейтерий-тритий (D + Т → n + ⁴Не) для получения нейтронов с энергией 14,5 МэВ. С помощью материалов, называемых замедлителями (таких как вода, тяжелая вода или графит), или столкновений самих нейтронов с образцом можно снизить скорость нейтронов до точки их термализации (энергии около 0,025 эВ). Использование источников этих типов (по сравнению с более распространенным источником ²⁵²Cf) позволяет создавать импульсный пучок, в то время как радиоизотоп создает непрерывный поток нейтронов.

В то время как опасные радиоактивные изотопы создают непрерывный поток нейтронов, система, основанная на вышеуказанных реакциях, генерирует под действием электрического поля нейтроны в импульсном режиме, позволяя детектору гамма-излучения различать взаимодействия нейтронов с ядрами. Высокочастотный импульс может быть получен только с помощью электрического источника нейтронов. Система, работающая с использованием электрического поля, обеспечивает высочайший уровень безопасности, позволяя перекрыть эмиссию нейтронов, что снижает риск облучения пользователя аналитической системы. Повышенная энергия нейтронов несет с собой ряд аналитических преимуществ. Наиболее важным из них является способность выполнять также анализ на углерод и кислород. Кроме того, более высокая энергия нейтронов способствует общему улучшению чувствительности. Отдельными дополнительными преимуществами анализаторов на основе PFTNA являются способность воспринимать большие колебания массы в зоне активации и независимость от размера частиц. Гамма-излучение химических нейтронно-активируемых анализаторов пронизывает все поперечное сечение анализируемого материала, обеспечивая равномерное измерение всего этого материала, а не только его поверхности. Технологии анализа поверхности (такие как XRF, LIBS, дифракция рентгеновских лучей и другие методы спектрального анализа) обеспечивают измерения в слоях с ограниченной толщиной и площадью поверхности, которые могут не быть репрезентативными для всей массы материала. Они требуют наличия нескольких датчиков, но отличаются большей точностью и более длительным временем накопления сигнала.

Практическая применимость методов нейтронной активации заключается в ряде особенностей, перечисленных ниже:

Одновременная качественная идентификация нескольких элементов (положение пика в энергетическом спектре) и (по меньшей мере приблизительная) оценка количества (масштабированная площадь пика).

Неразрушающий метод, который не требует непосредственного контакта с образцом или отбора его части, благодаря чему не происходит повреждения анализируемого образца. Также исключается трудоемкая подготовка образцов.

Не будучи заряженной частицей, нейтрон может глубже проникать в целевой материал, поскольку на него не влияет кулоновское отталкивание. Это отличает его от методов XRF, LIBS и гиперспектральной визуализации, в которых выполняется только поверхностный анализ.

Проблема с нейтронно-активационным анализом заключается в том, что нейтроны, испускаемые источником нейтронов, также возбуждают материалы, которые находятся вне анализируемого материала и которые, в свою очередь, генерируют гамма-лучи, присутствие которых определяется детекторами. С целью противодействия этому явлению в измерительной системе предпочтительно предусматривают различные экраны для улавливания нейтронов, так что нейтронное излучение предпочтительно воздействует только на материал, подлежащий измерению, и, следовательно, не генерируются посторонние гамма-лучи, "загрязняющие" исследуемое гамма-излучение. Экранирующие материалы могут состоять из пластмасс, содержащих поглотители нейтронов (нейтронные яды), такие как бор или литий. Выбор толщины экрана позволяет регулировать поток нейтронов, ослабив его, например, в 8 раз. Полезно также использовать покрытия из литий- или борсодержащей эпоксидной смолы. В описании патента US 8138480 В2 представлены возможные исполнения экранов и технические решения, такие как определение состава размещаемого навалом материала непосредственно на конвейерных лентах.

Химический состав может быть выражен в процентных соотношениях или, если имеется информация о скорости потока материала, он может быть выражен в абсолютных значениях массовых, молярных или весовых.

В литературе можно найти оценки предельных концентраций различных элементов периодической таблицы, которые могут быть измерены с использованием этого метода путем анализа образца в течение нескольких (а именно, 10) минут. Сообщается об уровнях обнаружения, составляющих менее 0,01% для никеля, 0,01-0,1% для железа, хрома, меди и серы, 0,1-0,3% для алюминия и кремния и 0,3-1% для молибдена, в то время как для олова при времени измерения 10 мин значение составляло 3-10%. Таким образом, элементы, представляющие наибольший интерес при анализе лома, обычно демонстрируют хороший уровень обнаруживаемости.

Система, предлагаемая в изобретении, предоставляет информацию о качественном и количественном составе лома, чем обеспечивается ключевое преимущество.

Химический состав, определяемый путем измерений в сравнении с нормативными пределами, может указывать на то, что содержание элементов в исходном материале превышает или не превышает значения, требуемые соответствующим законодательством ЕС, что делает возможной сортировку материала также с целью составления смесей различных фракций лома для плавильной печи или кислородного конвертера в процессе Линца-Донавица. Тем самым обеспечивается возможность модификации материала в корзине для регулирования и корректировки содержания металлов и неметаллов путем уменьшения их концентрации.

Вторым объектом изобретения является способ сортировки лома, включающий следующие этапы:

(0) подготовка установки сортировки лома по одному из предыдущих пунктов;

(I) резание лома,

(II) анализ химического состава резаного материала, предпочтительно во время его транспортировки, и

(III) разделение (111), предпочтительно с помощью транспортных средств, анализируемого материала на фракции (F1, F2, F3, F4) в соответствии с химическим составом, определенным на этапе (II), причем перед проведением анализа лома он транспортируется на ряде вибрационных питателей и конвейеров.

Разделение на этапе (III) предпочтительно происходит путем соответствующего управления транспортными средствами выгрузки, которые создают разные фракции резаного лома в соответствии с определенным химическим составом и (если определено) в соответствии со скоростью потока. В другом варианте транспортируемый материал можно разделить на секции, соответствующие определенным периодам продвижения транспортных средств.

Анализ предпочтительно проводят методами XRF, LIBS или нейтронной активации, как описано выше для установки, предлагаемой в изобретении, и предпочтительно во время транспортировки материала. Если поступающий лом имеет уменьшенные размеры и вес, то между этапом (I) и этапом (II) предпочтительно выполняется магнитная сепарация резаного материала для разделения его на магнитную и немагнитную фракции, а на этапе (II) анализируется только магнитная фракция, в то время как немагнитная фракция отправляется в отходы. Тем самым в отходы отправляется большая часть материалов, совершенно не содержащих железо. Основываясь на информации о размерах и весе лома, которую можно получить путем взвешивания или визуального контроля, например с помощью камер, можно направить резаный материал по маршруту, включающему магнитную сепарацию, или по обходному маршруту. Фракции, образующиеся при применении этого способа в результате постоянного накопления в них порций резаного лома со схожим химическим составом, предпочтительно содержат разные количества железа и/или нежелательных элементов в стали, таких как медь.

До проведения анализа материал предпочтительно подвергают вибрации, в частности при наклонной транспортировке, и перемещают в определенных скоростных режимах, чтобы адаптировать материал к требованиям анализатора, в частности в отношении реакции на требования к времени измерения, предпочтительно на установке, предлагаемой в изобретении. В этом смысле полезной также является комбинация разных конвейеров определенной длины.

Установка и способ сортировки лома, предлагаемые в изобретении, позволяют за короткое время (порядка нескольких минут) определить химический состав больших количеств (порядка десятков тонн) размещаемого навалом материала, обеспечивая возможность его сортировки и сепарации. Анализ предпочтительно проводится вдоль транспортных средств, выводящих резаный лом из ножниц. В предпочтительном варианте осуществления изобретения разделение на этапе (III) выполняется в результате ориентирования движения транспортного средства по технологическому потоку после анализатора таким образом, чтобы размещение порций резаного лома одного и того же или по меньшей мере схожего химического состава происходило в одной и той же фракции. С этой целью целесообразно использовать радиальные или двухдорожечные многоярусные ленточные конвейеры или поворотные желоба.

Признаки и преимущества, раскрытые применительно к одному объекту изобретения, могут быть перенесены, с учетом необходимых изменений, на другой объект изобретения.

Промышленная применимость становится очевидной в тот момент, когда появляется возможность сортировки резаного лома в соответствии с нормативными требованиями, основанными, например, на содержании железа и/или случайных примесей либо элементов, присутствующих в очень малых количествах, в частности меди, и, следовательно, на целенаправленном управлении ломом определенного состава в корзинах, предназначенным для использования в плавильной печи и т.п.

Упомянутые цели и преимущества более подробно проиллюстрированы в описании предпочтительных вариантов осуществления изобретения, представленных только в качестве примеров.

Варианты осуществления и прочие признаки изобретения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения. Предпочтительный вариант осуществления изобретения с описанием предлагаемых установки и способа сортировки лома приведен только в качестве неограничивающего примера со ссылкой на прилагаемые чертежи. В частности, количество, форма, размеры и материалы установки и отдельных компонентов могут варьироваться, если не указано иное, а эквивалентные элементы могут быть применены без отклонения от идеи изобретения.

Краткое описание чертежей

На чертежах показано:

фиг. 1 - блок-схема, иллюстрирующая идею реализации установки сортировки лома, предлагаемой в изобретении,

фиг. 2 - один из вариантов транспортного средства, расположенного по технологическому потоку после ножниц и предназначенного для физического разделения разрезаемого и анализируемого материала на разные фракции,

фиг. 3 - подробные изображения (верхнее вид сбоку, нижнее вид сверху), иллюстрирующие один из вариантов реализации установки сортировки лома, предлагаемой в изобретении,

фиг. 4 - анализатор, расположенный на транспортном средстве как показано на фиг. 3,

фиг. 5 - блок-схема, иллюстрирующая один из вариантов реализации способа сортировки лома, предлагаемого в изобретении,

фиг. 6 - подробное изображение (вид сбоку) другого варианта реализации установки сортировки лома, предлагаемой в изобретении.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

На фиг. 1 представлена блок-схема, иллюстрирующая идею реализации установки сортировки лома, предлагаемой в изобретении. Ножницы 10 (например, горизонтальные) включают в себя контейнер 12, который может быть загружен ломом (стрелка а) с помощью устройства 14, такого как кран. Ножницы 10 снабжены толкателями 16 для продвижения лома (не показан) в направлении режущего устройства 18, расположенного на выходе из ножниц 10. В альтернативном варианте могут также использоваться, как описано выше, наклонные ножницы. Резаный материал (не показан) выходит из ножниц 10 и попадает на конвейерную ленту 20, обращенную к магнитному барабану 22, служащему для магнитной сепарации материала. Отделенный немагнитный материал выводится из установки на конвейерной ленте 24, в то время как магнитный материал продолжает движение в направлении b его потока на другой конвейерной ленте 26, оснащенной анализатором 28, который анализирует химический состав материала непосредственно на конвейерной ленте 26. Магнитный барабан 22 притягивает ферромагнитный лом к себе, затем сваливает его в желоб (не показан) на стороне, противоположной магнитному барабану, и направляет на ленту 26. Немагнитные материалы, не притягиваемые барабаном 22, падают с конвейерной ленты и попадают в бункер (не показан), а затем на вторую конвейерную ленту 24, служащую для отправки их в отдельную кучу, не предназначенную для использования в плавке.

На основе данных, полученных от анализатора, блок управления (например, расположенный в самом анализаторе) определяет тип лома, находящегося в текущий момент на ленте в этой секции, и сортирует его, разделяя на соответствующие фракции F1 и F2. В зависимости от типа обнаруженной фракции блок управления подает конвейерной ленте 26 команду на изменение ее положения (между положением, обозначенным сплошными линиями, и положением, обозначенным пунктирными линиями), следуя стрелке с, для размещения поступающего материала в куче, соответствующей определенной фракции F1, F2. Данная система, представленная в очень упрощенном варианте, объединяет транспортные средства и систему выгрузки в радиальном конвейере и может быть, конечно, выполнена таким образом, что за транспортными средствами следует система выгрузки.

На фиг. 2 представлен один из вариантов транспортного средства и системы выгрузки, заменяющих ленту 26 на фиг. 1 (но также включающих не показанный анализатор) и расположенных по технологическому потоку после ножниц и предназначенных для физического разделения разрезаемого и анализируемого материала на разные фракции (F1-F4). В этом случае блок управления (не показан) направляет резаный и проанализированный материал 30 на неповоротную наклонную конвейерную ленту 32, откуда он попадает (стрелка X) на двухдорожечную конвейерную ленту 34, а затем (в результате выбора направления продвижения ленты 34 в зависимости от химического состава материала 30) на следующую двухдорожечную ленту 36 или 38 (стрелки Y₁ и Y₂), откуда в результате задаваемого каждый раз относительного направления движения соответствующей ленты 36, 38 материал поступает (стрелки Z₁, Z₂, Z₃, Z₄) в соответствующие кучи, содержащие фракции от F1 до F4. Критерием для определения принадлежности резаного и проанализированного материала к той или иной фракции может быть содержание железа и/или наличие нежелательных элементов. Подробную информацию о подходящих ножницах, подходящих транспортных средствах и пригодных для использования магнитных сепараторах можно найти в описании изобретения. Способ загрузки ножниц также может варьироваться в соответствии с описанным выше, как, разумеется, и количество фракций. Кроме того, можно не размещать материал, разделенный на фракции, на скрапном дворе, а транспортировать его непосредственно в различные установки (например, в плавильную печь), где его можно использовать, либо погрузить на грузовую железнодорожную платформу или грузовой автомобиль для транспортировки в другое место. Транспортные средства могут состоять из конвейеров различных типов и, предпочтительно, также содержать вибрационные питатели и т.п.

На фиг. 3 изображена установка сортировки лома в предпочтительном варианте осуществления изобретения, содержащая ножницы 110 наклонного типа, за которыми следует вибрационный стол 109 для гомогенизации резаного материала и подготовки его к магнитной сепарации в расположенном после него магнитном барабане 122 с постоянными магнитами (диаметром 1220 мм и шириной 2100 мм). Не содержащий железо материал удаляется конвейером 124. После барабана 122 по технологическому потоку расположен радиальный конвейер 126 для транспортировки содержащего железо материала к анализатору или размещения его на месте в зависимости от положения, занимаемого при повороте в направлении стрелки Y. С радиального конвейера 126 содержащий железо материал попадает на первый вибрационный питатель 140, а оттуда на второй вибрационный питатель 142, который дополнительно уменьшает высоту материала и гомогенизирует его распределение. После него расположен конвейер 144, который транспортирует материал на наклонный конвейер 146, оснащенный анализатором 128, который определяет состав материала в режиме реального времени. После прохождения анализатора 128 анализируемый материал попадает на высокоскоростной конвейер 148, который под действием силы тяжести помещает материал в поворотный желоб 150, который на основе значений, полученных от контрольно-измерительного устройства анализатора 128, вываливает материал, разделенный в соответствии с разными концентрациями определенных металлов, в частности меди, в разные контейнеры 152. Длина конвейеров и питателей может варьироваться от нескольких метров (например, приблизительно 2,75 метра для первого питателя) до 20 метров для высокоскоростного конвейера. Длина выбирается специалистом в зависимости от времени и степени однородности материала, требуемой анализатором. Регулируемая скорость транспортных средств, их наклон и взвешивание транспортируемого материала также помогают оптимизировать время анализа.

На фиг. 4 изображен анализатор 128, расположенный на транспортном средстве 146, перемещающем содержащий железо материал 145 как показано на фиг. 3. Рама 129 поддерживает источник 170 нейтронов, который испускает нейтроны (стрелки X), проникающие в содержащий железо материал 145, который, в свою очередь, испускает лучи (стрелки Y), идентифицируемые детекторами 172 и анализируемые в блоке управления анализатора. Контейнеры 152 могут быть подвижными и предпочтительно располагаться на столах для взвешивания. Содержимое заполненных таким образом контейнеров является четко определенным в отношении химического состава и веса и может быть отправлено в соответствующие корзины для подачи в плавильные печи.

Например, в конфигурации контейнеров, показанной на фиг.3, могут быть получены фракции с содержанием меди, превышающим 0,30 масс. %, равным 0,20-0,30 масс. % и составляющим менее 0,20 масс. %. Система анализа точно вычисляет концентрацию обнаруженного элемента, выдавая для каждого контейнера общую среднюю концентрацию, установленную в требуемых пределах.

На фиг. 5 представлена блок-схема, иллюстрирующая один из вариантов реализации способа сортировки лома, предлагаемого в изобретении. После этапа 100 резания лома следует магнитная сепарация 101 резаного материала путем отделения (этап 103) немагнитного материала (стрелка b₂) от основного потока материала b₁. Магнитные материалы 105 продолжают подвергаться анализу (этап 107) в отношении их химического состава. Полученные данные поступают (стрелка v) в блок 109 управления, который определяет, относится ли анализируемый материал к соответствующей фракции, и отдает команды транспортным средствам 111, расположенным вдоль направления основного потока b₁ и направляющим материал (потоки b_z) в разные кучи, соответствующие разным фракциям F1, F2, F3, F4. Для достижения этой цели может быть целесообразным использование поворотных ленточных конвейеров (как показано на фиг. 1), многоярусных двухдорожечных ленточных конвейеров (как показано на фиг. 2) или поворотных желобов (как показано на фиг. 3) либо других эквивалентных средств. Специалист в данной области сможет найти и другие решения для выгрузки и сепарации материала.

На фиг. 6 представлено подробное изображение (вид сбоку) другого варианта реализации установки сортировки лома, предлагаемой в изобретении. Ножницы и магнитный барабан, в частности с постоянным магнитом (не показан), расположены по технологическому потоку перед радиальным конвейером 226. Радиальный конвейер 226 перемещает содержащий железо материал к анализаторам 228 или размещает его в куче NF на прилегающей площадке. С наклонного радиального конвейера 226 (в направлении анализаторов) содержащий железо материал попадает на первый горизонтальный вибрационный питатель 240, а оттуда на второй горизонтальный вибрационный питатель 242, который дополнительно уменьшает высоту материала и гомогенизирует его распределение. Далее следует горизонтально расположенный конвейер 244, подающий материал на другой горизонтальный конвейер 246, оснащенный двумя анализаторами 228, которые определяют состав материала в режиме реального времени. Системы 245, расположенные в начале конвейера 246, служат для задержания и/или взвешивания крупногабаритных деталей. После прохождения анализаторов 228 анализируемый материал падает на конвейер 248, который на высокой скорости помещает материал под действием силы тяжести в поворотный желоб 250, который сваливает (на основе значений, полученных от блока управления анализатора 228) материал, разделенный в соответствии с целевыми уровнями концентрации определенных металлов, в частности меди, в разные кучи F1, F2.

Значения длины конвейеров и питателей в вариантах осуществления изобретения, показанных на фиг. 3 и 6, приведены в качестве примера в следующих диапазонах: 14-18 м для радиальных конвейеров, 4-6 м для первого вибрационного питателя, 2-4 м для второго вибрационного питателя, 5-7 м для конвейера, соединенного с конвейером с анализаторами, который, в свою очередь, имеет длину 10-30 м, 16-22 м для высокоскоростного конвейера и 6-8 м для поворотного желоба.

На этапе реализации установки и способа сортировки лома, предлагаемых в изобретении, к ним могут быть добавлены детали и/или в установку и способ сортировки лома могут быть дополнительно внесены, без отступления от цели изобретения, модификации или изменения, не описанные выше. Если такие модификации или варианты осуществления находятся в пределах объема изобретения, охватываемого приведенной ниже формулой изобретения, то все они должны считаться защищенными настоящим патентом. На практике используемые материалы, а также их размеры, количество и форма могут отличаться в зависимости от требований, при условии, что они совместимы с конкретным применением и если не указано иное. Хотя изобретение представлено в настоящем описании со ссылкой на конкретные примеры, специалисты в данной области смогут, конечно, получить множество других эквивалентных форм установок и способов анализа, обладающих признаками, указанными в формуле изобретения, и, следовательно, находящихся в пределах определяемого ею объема правовой охраны.

Изобретение достигло своей цели, состоящей в создании эффективной установки и способа сортировки лома, выходящего из ножниц, таким образом, чтобы получать фракции, разделенные по определенным критериям, относящимся к их химическому составу, что позволяет, кроме прочего, получать оптимизированные и целевые смеси лома, предназначенные для корзин плавильных печей, в частности в отношении содержания меди, благодаря чему становится возможным идентифицировать большие порции с низким содержанием меди.

Изобретение относится к установке и способу сортировки резаного лома, которые позволяют разделить на отдельные фракции лом разных типов, различающихся по их химическому составу, в частности по содержанию в них меди. В установке и способе могут использоваться ножницы различных форм и отсутствуют ограничения для лома каких-либо заданных размеров или веса. Установка сортировки лома в соответствии с его химическим составом содержит ножницы (10, 110), выполненные с возможностью резания лома, анализатор (28, 128) химического состава резаного материала (145), расположенный по технологическому потоку после ножниц (10, 110), транспортные средства (20, 26, 126, 140, 142, 144, 146) для транспортировки упомянутого резаного материала (145) к упомянутому анализатору (28, 128), систему выгрузки (26, 32, 34, 36, 38, 150), выполненную с возможностью разделения анализируемого материала (30, 145) в соответствии с его химическим составом, определенным анализатором (28, 128), причем транспортные средства включают в себя ряд вибрационных элементов и конвейеров, и в качестве транспортного средства по технологическому потоку после указанных ножниц и ниже отверстия контейнера ножниц расположена конвейерная лента, выполненная с возможностью размещения резаного материала. Изобретение помогает оптимизировать загрузку плавильных печей ломом разных типов, различающихся, например, по содержанию в них меди. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Установка сортировки лома в соответствии с его химическим составом, содержащая:

(а) ножницы (10, 110), выполненные с возможностью резания лома,

(б) анализатор (28, 128) химического состава резаного материала (145), расположенный по технологическому потоку после ножниц (10, 110),

(в) транспортные средства (20, 26, 126, 140, 142, 144, 146) для транспортировки упомянутого резаного материала (145) к упомянутому анализатору (28, 128),

(г) систему выгрузки (26, 32, 34, 36, 38, 150), выполненную с возможностью разделения анализируемого материала (30, 145) в соответствии с его химическим составом, определенным анализатором (28, 128), причем транспортные средства включают в себя ряд вибрационных элементов и конвейеров, и в качестве транспортного средства по технологическому потоку после указанных ножниц и ниже отверстия контейнера ножниц расположена конвейерная лента, выполненная с возможностью размещения резаного материала.

2. Установка сортировки лома по п. 1, отличающаяся тем, что между ножницами (10, 110) и анализатором (28, 128) расположен

(д) магнитный сепаратор (22, 122) для разделения резаного материала на магнитный и немагнитный материал,

и тем, что упомянутые транспортные средства включают в себя:

(в-1) первое транспортное средство (20) для транспортировки резаного материала от ножниц к упомянутому магнитному сепаратору и

(в-2) второе транспортное средство (26, 126, 140, 142, 144, 146) для транспортировки, по меньшей мере, магнитного материала из магнитного сепаратора (22, 122) к анализатору (28, 128).

3. Установка сортировки лома по п. 2, отличающаяся тем, что она содержит третье транспортное средство, выполненное с возможностью транспортировки резаного материала непосредственно к анализатору (28, 128) в обход магнитного сепаратора (22, 122), или средство для перемещения магнитного сепаратора из технологического потока и желоб, выполненный с возможностью замещения магнитного сепаратора для замыкания разрыва в пути материала.

4. Установка сортировки лома по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что анализатор (28, 128) представляет собой XRF-анализатор, LIBS-анализатор или, предпочтительно, систему нейтронно-активационного анализа, в частности систему PGNAA.

5. Установка сортировки лома по п. 4, отличающаяся тем, что анализатор (28, 128) расположен на упомянутом транспортном средстве (26, 146).

6. Установка сортировки лома по п. 5, отличающаяся тем, что транспортное средство, на котором расположен анализатор, представляет собой наклонный или горизонтальный конвейер.

7. Установка сортировки лома по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что в транспортном средстве предусмотрены системы, расположенные по технологическому потоку до анализатора, выполненные с возможностью распутывания транспортируемого материала и выбираемые из лезвий, шипов и рельефных элементов.

8. Установка сортировки лома по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что упомянутая система выгрузки для разделения анализируемого материала в соответствии с его химическим составом, определенным анализатором, представляет собой транспортное средство, выбранное из радиального ленточного конвейера (26), многоярусного ленточного конвейера с несколькими двухдорожечными конвейерными лентами (32, 34, 36, 38) или поворотного желоба (150).

9. Установка сортировки лома по одному из пп. 2-7, отличающаяся тем, что она содержит следующее оборудование, расположенное в следующем порядке:

- ножницы, выполненные с возможностью резания лома, предпочтительно наклонные (110),

- вибрационный стол (109),

- магнитный барабан (122),

- радиальный конвейер (126, 226) для транспортировки содержащего железо материала, отделенного магнитным барабаном (122), к анализатору (128, 228) или для размещения не содержащего железо материала на прилегающей площадке,

- первый вибрационный питатель (140, 240),

- второй вибрационный питатель (142, 242),

- первый конвейер (144, 244),

- второй конвейер (146, 246), оснащенный анализатором (128, 228) химического состава резаного материала (145),

- третий - высокоскоростной - конвейер (148, 248),

- поворотный желоб (150, 250),

причем указанные вибрационный стол (109), радиальный конвейер (126, 226) первый вибрационный питатель (140, 240), второй вибрационный питатель (142, 242), первый конвейер (144, 244) и второй конвейер (146, 246) образуют транспортные средства для транспортировки упомянутого резаного материала (145) к упомянутому анализатору (28, 128),

длина конвейеров и питателей может варьироваться, а именно приблизительно от 2 м для первого питателя до 40 м для третьего конвейера, а указанные высокоскоростной конвейер (148, 248) и поворотный желоб (150, 250) образуют систему выгрузки, выполненную с возможностью разделения анализируемого материала (145) в соответствии с его химическим составом, определенным анализатором (128, 228).

10. Установка сортировки лома по п. 9, отличающаяся тем, что упомянутый радиальный конвейер (126, 226) наклонен вверх или является восходящим, упомянутый третий конвейер (148, 248) наклонен вверх или является восходящим, упомянутые первый вибрационный питатель (140, 240), второй вибрационный питатель (142, 242) и первый конвейер (144, 244) расположены каскадом, первый конвейер (144, 244) является горизонтальным, упомянутый поворотный желоб (150, 250) наклонен вниз или является нисходящим, и

(I) что первый питатель (240), второй питатель (242) и упомянутый второй конвейер (246) являются горизонтальными или

(II) что первый питатель (140) и второй питатель (142) наклонены вниз, или являются нисходящими, а второй конвейер (146) наклонен вверх или является восходящим.

11. Установка сортировки лома по п. 9 или 10, отличающаяся тем, что длина конвейеров и питателей составляет: 14-18 м для радиального конвейера, 4-6 м для первого вибрационного питателя, 2-4 м для второго вибрационного питателя, 5-7 м для первого конвейера, 10-30 м для второго конвейера, 16-22 м для третьего конвейера и 6-8 м для поворотного желоба.

12. Способ сортировки лома, включающий следующие этапы:

(0) подготовка установки сортировки лома по одному из предыдущих пунктов;

(I) резание (100) лома,

(II) анализ (107) химического состава резаного материала предпочтительно во время его транспортировки, и

(III) разделение (111), предпочтительно с помощью транспортных средств, анализируемого материала на фракции (F1, F2, F3, F4) в соответствии с химическим составом, определенным на этапе (II), причем перед проведением анализа лома он транспортируется на ряде вибрационных питателей и конвейеров.

13. Способ сортировки лома по п. 12, отличающийся тем, что между этапом (I) и этапом (II) происходит магнитная сепарация (101) резаного материала для разделения его на магнитную фракцию (105) и немагнитную фракцию (103), а на этапе (II) анализируется только магнитная фракция (105), в то время как немагнитная фракция (103) отправляется в отходы.

14. Способ сортировки лома по одному из пп. 12 или 13, отличающийся тем, что транспортировка резаного материала к анализатору обеспечивает гомогенизацию резаного материала и/или уменьшение его высоты на транспортном средстве, предпочтительно посредством вибрации.

15. Способ сортировки лома по одному из пп. 12-14, отличающийся тем, что фракции (F1, F2, F3, F4) содержат разные количества железа и/или нежелательных элементов в стали, в частности разные количества меди.