Способ нагрева чугунного скрапа перед плавкой и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК C22B1/248 F27D13/00 

Изобретение относится к области черной металлургии, конкретно к подготовке чугунного скрапа для производства стали в электрической дуговой печи.

Цель изобретения - эффективная очистка скрапа от органических материалов.

Обработке подвергают чугунный скрап из автомобильного лома, бытовых электрических приборов и различных бракованных чугунных изделий, содержащих органический материал в количестве, примерно, 25% от общего содержания лома.

Скрап измельчают в соответствующих мельницах, причем в этом способе органическую фракцию отделяют от металлической. Эта система позволяет загружать печи чистым материалом, однако при этом создается проблема с накоплением органического материала, который трудно затем удалять. Смолистый материал можно под« Ј

вергать разложению известными средствами, например, посредством пиролиза или крекинга. Однако такую известную технологию применяют для органического материала, составляющего высокий процент от обработанной массы, в которой неорганическая фракция, составляющая только незначительную часть, не создает отдельные проблемы благодаря относительно конси- стентности состава.

Изобретение позволяет осуществить предварительный нагрев всего необходимого чугунного скрапа до особенно высокой температуры без необходимости использования энергии извне, предварительный нагрев всего необходимого чугунного скрапа без повреждения или сильного износа вспомогательного оборудования производственной установки, например, мешочных фильтров, удаление экономичными средст00 Ы О О 00 Jb

GJ

вами смолистых и подобных материалов, присутствующих в чугунном скрапе, достижение такого удаления экологически чистыми и безопасными средствами, использование энергии смолистого материала, получение стали улучшенного качества за счет исключения из нее тех примесей, которые образуются из-за присутствия в шлаке упомянутого органического материала, восстановление продуктов разложения до остатков углерода, которые можно использовать для вспенивания шлака и науглероживания стали, уменьшение количества отходящих газов и одновременно снижение потребления электрической энергии, необходимой для привода вентиляторов и средств фильтрования.

Согласно изобретению органические материалы, присутствующие в чугунном скрапе, преобразуют для их исключения преимущественно способом, способным образовать тепловую энергию для предварительного нагрева расплавляемого скрапа, который они сопровождают, причем этот способ заключается в пиролизе в среде, питаемой скрапом, который должен расплавляться и упомянутыми органическими материалами, которые до пиролиза предварительно измельчают.

На чертеже схематически представлено устройство для осуществления.

Чугунный скрап 1, содержащий органические материалы, например, пластмассовые и т.п., подают обычным конвейером 2, например, круговым конвейером, в установку 3 для поточной его переработки, где его измельчают на куски 4 длиной, примерно, 150-200 мм, что является компромиссом между необходимостью достижения тщательной гомогенизации компонентов (требуется минимальный размер) и образованием взаимосвязанных пустот между различными кусками измельченного металлического материала для упрощения прохождения через них газа, предназначенного для их нагрева (требуется максимальный размер). Исходный материал является различным по происхождению, т.е. он состоит из лома автомобилей, автобусов, железнодорожных вагонов, бытовых электрических приборов и любого другого источника. Этот материал связан с частицами органического материала, например, смола, резина и другие материалы, причем до такой степени, что он как в качественном, так и в количественном отношении имеет значение в широких пределах. Этот материал предназначен для пиролиза (также известный.как крекинг-процесс).

Процесс пиролиза для разрушения молекул органических материалов происходит внутри замкнутого рабочего цикла. Для правильного протекания процесса пиролиза,

сопровождающего предварительный нагрев, изменение в органических и неорганических составляющих должно быть в пределах значений, определяемых экспериментальным путем. Целесообразно, а в некоторых случаях и обязательно, добавлять другие куски 5.для обогащения органического материала./Куски 5, состоящие из материала с высоким содержанием органических компонентов, например, смолы, эластомера

5 и др. могут быть получены в результате предшествующей сортировки кусков 4 на две категории, т.е. на материал с высоким и низким содержанием смолы, либо непосредственно из специальной шихты 6, состо0 ящей из органических продуктов 5 любого происхождения, .необязательно связанных с железным компонентом. Необходимость такого регулирования посредством кусков 5, богатых содержанием смолы, зависит от

5 .состава скрапа 7, подаваемого для пиролиза. Например, содержание железа в скрапе 7 должно находиться между 60% и 90%, а остальное, т.е. 40%-10% должно составлять органические продукты. Скрап 7, имеющий

0 содержание железа и органических материалов в указанных пределах и указанный размер кусков, подают в газификатор или специальный реактор 8 для пиролиза.

В этом реакторе для пиролиза, через

5 который перемещаются куски скрапа, необходимый нагрев органических материалов (с низким коэффициентом теплопередачи) достигается с использованием тепла, быстро поглощаемого измельченной металличе0 ской массой.:. :j

Хорошо известная большая теплопроводность металлов означает, что масса, которая должна термически разлагаться (органическая составляющая), имеет очень

5 эффективное распределение тепла по всему объему или массе. Это не только результат теплопроводности чугуна, но также наличие пустот, неоднородность формы и плотность которых позволяет проходить газу для на0 грева кусков измельченного чугунного скрапа, что, с другой стороны, не позволяет давать органические материалы из-за их термического пластифицирования, когда отсутствует произвольное перемещение мате5 риала.

Наружные источники тепла состоят из частично отработанного газа от пиролиза, циркулирующего в противотоке с материалом, обработанным в реакторе для пиролиза. Ясно, что . пиролиз должен

осуществляться в условиях отсутствия кислорода, чтобы горение не происходило, а происходил только распад органических молекул. По этой причине скрап 7 загружают в реактор для пиролиза таким образом, чтобы гарантировать, что наружный воздух будет изолирован от внутренней полости пиролиза реактора. Это может достигаться различными средствами, из которых некоторые схематически показаны просто в виде одного примера. В этом способе применяют устройство с сдвоенным клапаном, имеющим два регулируемых подвижных (например, вращающиеся) диска, т.е. верхний 9 и нижний 10, действующие в качестве клапанов. Эти клапанные диски расположены внутри трубопровода 11, ведущего к пиролизному реактору 8, с обычным средством уплотнения между секциями 12 и 13 и секцией 12 и внешней окружающей средой 14, причем это - секции, на которые клапанные диски 9 и 10 разделяют трубопровод 11.

Скрап 7, подаваемый для пиролиза, собирается над верхним клапанным диском 9 до тех пор, пока не наберется требуемое количество, измеренное обычным взвешивающим средством, соединенным с средством управления закрытием (позиция 9 на чертеже) и открыванием (например, положение, занимаемое нижним диском 10). Верхний клапанный диск 9 остается в его закрытом положении, тогда как нижний клапанный диск 10 - в его открытом положении, что позволяет достичь непрерывности между секцией 12 и секцией 13. Открытое или наклонное положение, обозначенное для нижнего клапанного диска 10, позволяет материалу 7В падать на лежащую внизу наклонную поверхность 15, снабженную вибратором 16, заставляющим его продвигаться или опускаться по поверхности до тех пор, пока не войдет в пиролизный реактор 8 через отверстие 18. Таким образом, после того, как клапанный диск 10 позволит всему собранному скрапу 7А, разместиться н.а расположенной снизу наклонной поверхности 15. клапанный диск 10 поднимается для герметичного уплотнения трубопровода 11 и, следовательно, изоляции секции 13 (в сообщении с внутренней полостью пиролиз- ного реактора 8) от секции 12. В этот момент клапанный диск 9 открывается, обеспечивая сообщение секции 12 с внешней окружающей средой 14 и позволяет загруженному скрапу 7. собранному на нем, подать на клапанный диск 10.

Таким образом, этот способ исключает сообщение секции 13с наружной атмосферой 14. Когда материал 7В проходит через отверстие в пиролизном реакторе, который

в основном состоит из трубы, ось которой наклонена к горизонтали, и она вращается вокруг упомянутой оси, он медленно продвигается в сторону выходных отверстий 19, 5 расположенных на одном конце 8А пиролизного реактора, через которое он оставляется пиролизный реактор, падая в трубопровод 20, Этот трубопровод снабжен системой, включающей в себя два регулиру0 емых клапанных диска 21 и 22, подобных описанным дискам 9 и 10, которые регулируют вход материала 7 в пиролизный реактор.

Цель системы 21-22 - исключить поток

5 воздуха в пиролизный реактор посредством прохождения сначала через направленное наружу выходное отверстие 23 и затем через трубопровод 20. Реактор для пиролиза, который механически подобен вращающей0 ся печи для производства цемента, медленно вращается на подшипниковых опорах 24А, 24В и приводится в движение двигателем 25. Однако основным его (отличитель) отличием является воздухонепроницае5 мость пиролизного реактора 8 от свободной или внешней атмосферы. Такая воздухонепроницаемость может быть достигнута посредством клапанных систем с двумя дисками, а в примере с описанными трубоп0 роводами посредством различных известных способов, из которых можно упомянуть способ, основанный на применении лабиринтных уплотнений или т.п., которые, как известно, применяются для соединения

5 вращающейся детали с неподвижной деталью. Внутренние стенки пиролизного реактора 8 снабжены радиальными лопастями или т.п., цель которых исключить уплотнение вместо чугуна и органического материа0 ла и тем самым упростить перемешивание и перемещение материала в сторону отверстия 19. Между прочим, следует отметить то, что вход и выход пиролизного реактора расположены в неподвижных частях, в которых

5 поддерживается вращающаяся часть пиролизного реактора.

Скорость, с которой материал перемещается в сторону выхода, зависит от множе- ства факторов, наиболее важным из

0 которых является то, что материал должен выходить из отверстия 19 только тогда, когда весь присутствующий в нем органический материал будет расположен для полезного его использования. Таким обра5 зом, для достижения этого результата время нахождения материала в пиролизном реакторе 8 должно изменяться посредством изменения его наклона, регулирования его скорости вращения либо посредством регулирования температуры Пиролиза. Очевидно, первые два способа могут осуществляться известными средствами.

Однако предпочтительное и эффективное регулирование температуры пиролиза достигается следующим образом.

С реактором для пиролиза соединена камера 26, в которой сжигают газообразный углеводород, предпочтительно метан, подаваемый из источника 28. Также в камеру подают регулируемый поток воздуха из трубопровода 41, регулирующийся клапаном 42. Количество воздуха и количество метана регулируется посредством центрального регулирующего устройства 43 с учетом присутствия горючих пиролитических газов из пиролизного реактора 8. Отработанный газ, образующийся в результате этого горения, проходит по. первому трубопроводу 27, затем по второму трубопроводу 29, в неподвижный конец 50 пиролизного реактора. Очень горячий отработанный газ, входящий в пиролизный реактор, поднимается вдоль его внутренней полости и оставляет его (на стационарном конце 51 через третий трубопровод 30). Трубопровод 30 соединен с всасывающей стороной воздуходувки 31, которая подает газ через шестой трубопровод 36 снова в камеру горения 26. Здесь он дополнительно нагревается до его циркуляции по упомянутым трубопроводам. В результате материал, содержащийся в пиролизном реакторе, нагревается и медленно разлагается на углерод, сажу и летучие продукты. Образованные продукты пиролиза представляют собой типичные продукты пиролиза обработанных органических материалов, т.е. СО, На, СНз. Н20, СО2. HCI, SOa и ЗОз.

Из этих газов первые три (окись углерода, водород и метан) - известные горючие газы и поэтому их используют для образования тепла, необходимого для пиролиза, которое, однако, вначале, т.е. во время пуска установки получают из источника (метан из установки 28) вне цикла. Поскольку процесс пиролиза протекает постепенно до его завершения благодаря поддержания дегради- руемого материала при температуре, необходимой для его разрушения, то количество упомянутого горючего газа увеличивают до тех пор, пока оно не превысит значительно количество, необходимое для поддержания цикла пиролиза, таким образом, не только не потребуется больше применять метан, но также он становится чрезмерным и его необходимо направлять по пятому трубопроводу 32. по которому он передается другим потребителям металлургических заводов либо на склад, что является дополнительным преимуществом

изобретения. Такую передачу осуществляют после того, как газ будет профильтрован, проанализирован и очищен от содержащих- : ся в нем серы и хлора обычными способами

с применением карбоната, диспергированного в воде. Начальное фильтрование осуществляют в обычном статическом циклонном сепараторе 35, в котором твердые остатки углерода осаждаются и их мож0 но затем использовать на специальных стадиях (например, для вспенивания шлака) процесса производства стали (еще одно преимущество изобретения).

За этой начальной стадией фильтрова5 ния может следовать другое, более тонкое фильтрование с применением мешочных фильтров 44. В зависимости от качественных и количественных факторов такое второе фильтрование может не потребоваться.

0 В этом отношении пиролиз смолистых продуктов удаляет смолистую матрицу из отходящих газов электрической печи, таким образом, уменьшается как количество фильтруемого материала, так и его молекулярная

5 сложность.

Количество газа, подаваемого другим потребителям 32 и используемого для самоподдержания процесса пиролиза под действием накачки газа воздуходувкой 31,

0 регулируется обычным распределительным клапаном 33, управляемым катализатором 34. на основе измеренных им параметров расхода и количества. Упомянутый анализ включает в себя измерение количества раз5 личных горючих газов для гарантии, что тепловая мощность их пропускной способности будет такой, чтобы можно было - самоподдерживать процесс. Все количество, превышающее это значение, направля0 ется по пятому трубопроводу 32. Распределительный клапан 33 начинает действовать во время начальных стадий цикла или когда количество горючего газа, образующегося в результате пиролиза, не

5 является чрезмерным или недостаточным до такой степени, что потребуется корректирование ввода дополнительного газообразующего топлива из установки 28. При этих условиях внутри различных трубопроводов

0 для рецикла может отмечаться повышение давления, которое следует исключить. Это достигается посредством спускного клапана 37, поддерживающего постоянное противодавление, который выпускает полностью

5 отработанный газ, присутствующий в чрезмерном количестве либо его не допускают в цикл пиролиза. Оптимальная температура для осуществления процесса пиролиза в реакторе 8 находится в интервале от примерно 750 до 900°К, следовательно, такая температура должна быть, несмотря на любое возможное изменение тепла, образующегося в результате сжигания газа в камере 26.

Если температура газа во второй трубе 29 недостаточна, тогда должен сжигаться дополнительный газ из источника 28. Если, однако, температура чрезмерная, то ее необходимо уменьшить посредством подачи низкотемпературного пиролизного газа по второму трубопроводу 29. Этот низкотемпературный газ направляется по трубопроводу 38, представляющему отвод к трубе 27, Фактически этот газ практически охладился в результате передачи тепла скрапу, присутствующему в пиролизном реакторе 8, и трубе 30. фильтрам 35, 44 и воздуходувке 31.

Количество холодного газа, подаваемого по седьмому трубопроводу 38 во второй трубопровод 29, регулируется клапаном 39, автоматически управляемым датчиками температуры 40, установленными вблизи отверстия (на конце 50) пиролизного реактора 8. Модификация, диктуемая специальными требованиями, может заключаться в установке мешочного фильтра 44 не только последовательно с циклонным сепаратором 35, но также, либо действительно только, последовательно с трубопроводом 32 к другим потребителям горючего газа.

Если процесс пиролиза протекает правильно, то количество газа для нагрева будет увеличиваться между входом и выходом пиролизного реактора, причем такое увеличение - результат частичного превращения смолистых материалов или т.п. в газ. Таким образом, например, датчики, которые определяют, правильно ли протекает процесс, , могут представлять собой обычные индикаторы расхода 17 и 34, установленные вверх и вниз по течению от пиролизного реактора. Ясно, что эти датчики могут автоматически контролировать описанные действия корректировки. Преимущественно упомянутый способ позволяет предварительно нагревать весь скрап, необходимый для загрузки в печь. В установках для производства стали с производительностью, например, 85 т/ч стали, повышение температуры скрапа, например на 650 К может обеспечить экономию в 4,6 миллион килокалорий в час. Другим преимуществом является использование чистого газообразного топлива в объеме 200 м3 нормальных 5500 калорий/м3 нормальных на тонну смолистого материала, содержащегося в измельченном скрапе, т.е. три тонны, черного металла.

Преимуществом также является утилизация остатков углерода в порошковой форме из фильтров. Эти остатки могут рециркулировать в электрическую печь для

приготовления так называемого вспененного шлака (недавно разработанный известный способ, который упрощает образование истинного шлака). В этой one- 5 рации и во время повторного науглероживания стали потребляют вплоть до 30 кг измельченного углерода на тонну стали, тогда как в способе пиролиза согласно изобретению, по крайней мере, на 30% больше.

0 Дополнительным преимуществом способа производства согласно изобретению является исключение расходов на удаление смолистых материалов (пластмасс и т.п.), присутствующих в скрапе. Преимуществом

5 является улучшение условий фильтрования отходящих газов тем, что благодаря пиролизу, осуществляемому согласно настоящему способу, материал, который загружают о электрическую печь, полностью свободен от

0 смолистых материалов, таким образом, отсутствует значительная масса порошка и отходящих газов, которые характерны для плавильных циклов в обычных процессах. Таким образом, способ согласно изобрете5 нию уменьшает расходы на отвод и фильтрование газов, причем наполовину сокращается расход электрической энергии, необходимой для удаления отходящих газов и применяется небольшое количество

0 мешочных фильтров, которые будут иметь продолжительный срок службы. Формула, изобретения 1;Способ нагреваг чугунного скрапа перед плавкой преимущественно в злектроду5 говой печи, включающий предварительное его измельчение и подачу во вращающуюся наклонную печь барабанного типа в противотоке с подаваемым горючими газами, о т- л и ч а.ю щ и и с я тем, что, с целью повыше0 ния эффективности процесса очистки скрапа от органических материалов, скрап подвергают нагреву без доступа воздуха при температуре, обеспечивающей пиролиз органических материалов в скрапе, при

5 этом образующиеся горючие газы используют для получения тепловой энергии, используемой для нагрева скрапа,

2.Способ по п.1, отличающийся тем, что в печь дополнительно вводят орга0 нический материал, количество которого регулируют с учетом измерения расхода газа и его температуры на входе и выходе из печи.

3.Устройство для нагрева чугунного

5 скрапа перед плавкой, содержащее вращающуюся наклонную печь с лопастями на внутренней поверхности, системы загрузки и выгрузки скрапа, камеру горения, систему циркуляции газа, состоящую из трубопроводов, воздуходувок, клапанов регулирования

потока воздуха и горючего газа, подаваемых5.Устройство по п.З, отличающее- в камеру горения, индикаторов расхода га- с я тем, что оно снабжено системой фильт- за, отличающееся тем, чтсГ с целью . PQB,соединенной с трубопроводом отходя- повышения эффективности процесса, пеЧв- ,|Цих от реактора газов и состоящей из выполнена в виде пиролизного рёактфда: 5. доклонного сепаратора для сбора твердого угл етЛдэ и мешочного фильтра для более

герметичность которого обеспечена еисте-, ; мами загрузки и выгрузки.

4.Устройство по п.З, отличающее - с я тем, что системы загрузки и выгрузки содержат каждая по две сообщающиеся секции, вертикальную и наклонную горизонтальную, соединенную с вибратором, и по два клапанных диска, расположенных в вертикальной секции, при этом открывание одного диска связано с закрыванием другого.

тонкого фильтрования,

6.Устройство по п.З, отличэющее- с я тем, что оно дополнительно содержит

10 спускной клапан, установленный на отводящем горячий газ из камеры горения трубопровода, регулирующий давление в трубопроводах циркуляционного контура и взаимодействующий с клапаном, регулирую15 щим количество газа, выходящего из системы фильтров, и установленным на выводном из системы циркуляции трубопроводе.

тонкого фильтрования,

6.Устройство по п.З, отличэющее- с я тем, что оно дополнительно содержит

спускной клапан, установленный на отводящем горячий газ из камеры горения трубопровода, регулирующий давление в трубопроводах циркуляционного контура и взаимодействующий с клапаном, регулирующим количество газа, выходящего из системы фильтров, и установленным на выводном из системы циркуляции трубопроводе.

Использование: предварительный нагрев чугунного скрапа, смешанного с пластмассовыми, резиновыми и смолистыми, т.е. органическими материалами, и предназначенного для плавки в электрических печах, в частности электрических дуговых печей, Сущность изобретения: чугунный скрал, содержащий органические материалы, подвергают нагреву в реакторе без доступа воздуха. В результате чего происходит пиролиз органических материалов. Образующуюся тепловую энергию можно использовать для предварительного нагрева скрапа, предназначенного для плавки. 2 с. и 4 э.п.ф-лы, 1 ил.

д-7А