CZ16544U1 - Stabilizovaná přísadová briketa - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká stabilizované přísadové brikety, vyrobené ze stabilizovaných kovonosných i nemetalických materiálů, zejména materiálů vznikajících při hutních procesech jako ved5 lejší produkt, popřípadě hutních odpadů, kalů a odprašků, určené pro využití ve vsázkách do hutních agregátů.

Dosavadní stav techniky

V hutnictví se jako přísada do vsázky hutních agregátů běžně používají brikety, vyrobené z hutních odpadů či obdobných látek, a to za účelem zejména problematické likvidace těchto mate10 riálů a zároveň efektivního využití v nich obsažených prvků. Briketováním se přitom dosahuje podstatně menších nákladů na jejich zpracování než při dosud běžně používaném zpracování těchto materiálů přes aglomeraci.

V podstatě bezproblémové je briketování chemicky, fyzikálně i jinak stálých materiálů, které se před lisováním do briket obvykle pro zvýšení soudržnosti a tím pevnosti vyráběné brikety mí15 chají s nejrůznějšími pojivý. Například ze uveřejněné přihlášky vynálezu CZ PV 1990-4215 je známý suchý způsob briketování hutních prachů za studená, při němž se hutní prach, zejména ocelový prach vzniklý při dmýchání kyslíku, ve směsi s alespoň z jednou z látek, jako je vápno, dolomit, magnézií, dunit, olivín a bauxit, ve vypálené nebo nevypálené podobě, při normální teplotě 20 °C tlakem nad 1000 MPa lisuje na přepravy schopné bezprašné brikety. Rovněž je známý způsob výroby za studená lisovaných briket z hutní odpadní látky, obsahující železo, jako jsou okuje, mícháním této hutní odpadní látky s pojivém, vytvořeným z jedné nebo více složek, například s vápenným hydrátem a melasou dle zveřejněné přihlášky vynálezu CZ PV 1994-1523. Podstata tohoto způsobu spočívá v tom, že okuje se míchají s hematitiekou jemnou látkou při tvorbě obalové vrstvy, sestávající z částic hematitické pevné látky a obsahující jednotlivé mag25 netitické částice, a následně se přimíchává pojivo.

Velmi problematické je naopak briketování nestabilních materiálů, například hutních odpadů, nestabilních hutních kalů či odprašků, v nichž dlouhodobě probíhají nejrůznější reakce, mající negativní vliv na stabilitu, pevnost a tvar případně z nich vyrobeného vsázkového materiálu. Hutní kaly vznikají při odsávání spalin z metalurgických procesů na čistírnách, kde jsou tyto spaliny na filtrech zkrápěny vodou a tím jsou ve formě kalů vytěsněny v nich obsažené prachové částice. Tyto kaly jsou poté zahušťovány a dosud v převážné míře pouze deponovány na skládkách, kde v nich následně vzniká chemická reakce, při které metalické železo, postupně oxiduje na oxid železitý. Při této reakci vzniká teplota až 1000 °C, přičemž průběh reakce a výše teploty jsou nevypočitatelné. Kromě metalického železa, kterého je obvykle v kalech nejvíce, obsahují tyto kaly další nejrůznější kovové i nekovové prvky a jejich sloučeniny. Proto v deponovaných hutních kalech dochází zároveň i k dalším reakcím, jejichž chemismus není dosud dostatečně popsán. Takto deponované materiály tak neúnosně zatěžují životní prostředí, přičemž jejich množství neustále narůstá. Jsou sice známé způsoby dalšího využití těchto látek, nicméně tyto způsoby jsou natolik neefektivní, že jsou využívány vzhledem k jejich množství v podstatě pouze sporadicky, například při výrobě cementu. Obdobné je to i v případě hutních odprašků, tyto jsou ovšem jímány a deponovány v prachové podobě se zvýšeným negativním vlivem na čistotu ovzduší.

Pro využití hutních kovonosných odpadů v oblasti hutnictví je dále známý způsob úpravy jemnozrnných hutních úletů a kalů s obsahem zinku a olova na bázické, částečně metalizované pelety a zinkoolovnatý prach redukcí jemnozmných úletů a kalů za případné přítomnosti tavidla podle přihlášky vynálezu CZ PV 1991-550. Jemnozmný úlet a/nebo kal se přitom mísí s vápnem v množství nezbytném k dosažení bazicity rezultující směsi 2,5 až 5, načež se směs homogenizuje a peletizuje k získání pelet o velikosti 3 až 25 mm a tyto pelety se redukují při teplotě 980 až

-1CZ 16544 Ul

1050 °C po dobu 1 až 5 hodin. U přihlášky CZ PV 1989-3911 je známý rovněž metalotermický způsob zpracování, v tomto případě kalírenských kalů, podle něhož se 18 až 28 hmotn. dílů kalírenských kalů smísí s 62 až 82 hmotn. díly hliníkové krupice a případně až s 10 hmotn. díly nehašeného vápna, načež se vyvolá aluminotermická reakce, čímž vznikne ocelový slitek pro vsázku do ocelářské pece. Jak je z těchto známých způsobů zpracování hutních odpadních kalů patrno, je toto zpracování značně technologicky náročné a v mnoha případech nevyhovující jak z hlediska omezených druhů zpracovávaných kalů, tak z hlediska jejich uplatnění jako přísady do vsázky nejrůznějších hutních agregátů.

Dosud nejefektivnějším způsobem zpracování nestabilních hutních odpadů pro jejich zpětné ío využití v hutnictví je zatím řešení dle dosud nezveřejněné přihlášky CZ PV 2005-629 téhož přihlašovatele, jejímž předmětem je přísadová briketa, určená pro široké použití ve vsázkách do nejrůznějších hutních agregátů, a způsob její výroby. Podstata tohoto řešení spočívá v tom, že přísadová briketa obsahuje jako základní složku 50 až 98 % hmotn. kovonosných a/nebo nemetalických hutních odpadů, chemicky stabilizovaných hutních kalů a odprašků, dále pak 1 až 25 % hmotn. pojivá, zbytek tvoří voda a případné doprovodné odpadové přimíseniny. Původně nestabilní kovonosné i nemetalické hutní kaly či odprašky se přitom před lisováním do podoby briket nejprve stabilizují přimícháním stabilizátoru, načež se po stabilizační dobu vystaví jeho působení za účelem ukončení v nich probíhajících reakcí. Stabilizační doba činí zpravidla nejméně 1 až 30 dnů, přičemž s výhodou se hutní kaly stabilizují stabilizátorem na bázi cementu, vápna nebo vápenocementové směsi v množství 1 až 28 kg na 100 kg hutního kalu za spolupůsobení vody, která se do stabilizačního procesu přidává samostatně nebo která je v hutních kalech obsažena. Takto vyrobené přísadové brikety pak mají potřebnou kusovost, otěruvzdomost, pevnost, jsou dobře tavitelné, chemicky, mechanicky a objemově stálé a jejich tvar je dán požadavky odběratele na vsázku.

Úkolem předkládaného technického řešení je na základě řešení dle CZ PV 2005-629 rozšířit sortiment těchto přísadových briket na bázi stabilizovaných hutních kalů a odprašků s cílem dále zefektivnit jak jejich využití v hutnictví, tak i jejich vlastní výrobu.

Podstata technického řešení

Tento úkol je řešen stabilizovanou přísadovou briketou do vsázky pro hutní agregáty, vytvořenou na bázi kovonosných a/nebo nemetalických materiálů, zejména materiálů vznikajících při hutních procesech jako vedlejší produkt, popřípadě hutních odpadů, ve formě jemných prachových podílů, jemné frakce a/nebo stabilizovaných hutních kalů, odprašků či jejich směsí, pojivá a s případnými ostatními doprovodnými přimíseninami a zbytkovými podíly vody, podle technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že ve formě jemné frakce obsahuje 1 až 80 % hmotn.

feritického podílu.

Feritický podíl může být přitom tvořen například okujemi, ocelovými či litinovými třískami, drobnými kusovými částicemi feritického šrotu nebo jehlicemi, broky či jejich směsí. Tím dochází ke zlepšení fyzikálně-chemických vlastností přísadových briket, jako je například zvýšení obsahu železa a zvýšení pevnosti brikety.

Ze široké škály materiálů může stabilizovaná přísadová briketa podle technického řešení obsahovat kovonosné a/nebo nemetalické materiály nejrůznějších druhů, obtížně použitelné pro hutní proces z důvodů nevhodné kusovosti, například jemné a prachové podíly vápence, grafit, antracit nebo prachový kalcinovaný petrolejový koks, prachové či jemné frakce bauxitu, FeSi, FeSiMn, mleté konvertorové vyzdívky a svářkové strusky a podobně s cílem jejich likvidace a zároveň využití v nich obsažených prvků. Kromě všech výše uvedených materiálů, zejména zmíněných stabilizovaných hutních kalů a odprašků, může přísadová briketa podle technického řešení obsahovat samozřejmě i jiné neodpadové materiály, které jinak tvoří běžnou součást vsázky, například vsázkový koks a podobně. Množství těchto materiálů se může pohybovat v rozmezí 50 až 98 % hmotn. jak je tomu u řešení dle CZ PV 2005-629, nicméně zejména při vyšším obsahu při-2CZ 16544 Ul dávaného feritického podílu dle nyní předkládaného technického řešení i v množství menším, a to obvykle v rozmezí 20 až 80% hmotn., případně i nižším.

Stabilizované přísadové brikety se vyrábějí vzájemným míšením jejích jednotlivých složek a zpracováním do tvaru brikety například lisováním či dusáním s tím, že chemicky nestabilní složky, jako jsou zejména hutní kaly a odprašky, se stabilizují přimíšením stabilizátoru například na bázi cementu, vápna nebo vápenocementové směsi a následným vystavením jeho působení do doby ukončení v nich probíhajících reakcí, přičemž nestabilní složky se ještě před jejich stabilizací nejprve promísí alespoň částečně s nejméně jednou ostatní složkou vyráběné brikety, přičemž stabilizaci přídavkem stabilizátoru za spolupůsobení vody a následnému vystavení stabiliio začni době se podrobuje takto připravená výchozí směs nestabilních a stabilních složek, která se po uplynutí stabilizační doby poté mísí v požadovaném poměru se zbývajícími složkami kompletní briketové směsi. Obvykle přichází v úvahu provést podstatnou část míšení jednotlivých složek před stabilizací této výchozí směsi. Doplnění této směsi o zbývající složky resp. jejich zbývající množství do požadovaného poměřuje vhodné provést současně s jejím míšením s poji15 vem a vodou až před jejím zpracováním do briket, přičemž se v této fázi s výhodou výchozí směs doplňuje pouze o složky, jako je podsítný koks nebo nejjemnější frakce feritického podílu, které zvyšují účinek pojivá a znamenají výslednou vyšší pevnost a otěruvzdomost vyráběné brikety, případně umožňují snížit množství použitého pojivá.

Je samozřejmě možné smísit nestabilní složky ihned se všemi ostatními složkami vyráběné bri20 kety včetně jemné frakce feritických podílů v požadovaném poměru najednou, přičemž stabilizaci přídavkem stabilizátoru za spolupůsobení vody a následnému vystavení stabilizační době se podrobuje kompletní takto připravená briketová směs.

Jak je již známo ze zmíněné CZ PV 2005-629 činí zpravidla stabilizační doba nejméně 1 až 30 dnů a množství stabilizátoru 1 až 28 kg na 100 kg zpracovávaných hutních kalů či odprašků za spolupůsobení vody, která se do stabilizačního procesu přidává samostatně nebo jež je např. v hutních kalech obsažena. Na rozdíl od řešení dle této přihlášky se však tyto zejména chemicky nestabilní látky nestabilizují samostatně, nýbrž jak uvedeno výše ve směsi se všemi nebo alespoň jednou z ostatních složek, které stabilizaci nepotřebují. Veškeré míšení základních složek nebo alespoň jeho podstatnou část tak lze provést při jedné operaci, což podstatně zefektivňuje celou výrobu briket, homogenizuje briketovou směs a zrovnoměrňuje konečné složení briket.

Proces stabilizace celé směsi, tak jako při stabilizaci pouze samotného hutního kalu, obvykle probíhá v blocích, do kteiých se zpracovávaná briketová směs s výhodou slisovává, přičemž před vlastním lisováním přísadových briket po uplynutí stabilizační doby je nutno tyto bloky samozřejmě rozmělnit na drť o potřebné velikosti zrn, která je přímo úměrná velikosti vyráběných briket.

Stabilizační přísadovou briketu podle technického řešení lze nicméně vyrábět i způsobem, který je obdobný řešení dle výše zmiňované CZ PV 2005-629 s tím, že feritický podíl s případnými dalšími složkami, jako je podsítný koks a podobně, se mísí s již předem stabilizovanými hutními kaly či odprašky.

Příklady provedení technického řešení

Příklad 1

Stabilizovaná přísadová briketa dle tohoto příkladného provedení technického řešení obsahuje 45 % hmotn. stabilizovaných kovonosných hutních kalů, 20 % hmotn. stabilizovaných hutních odprašků, 15 % hmotn. feritického podílu ve formě okují, 15 % hmotn. cementu jako pojivá, zbytek voda.

V tomto příkladu použité kovonosné hutní kaly a hutní odprašky obsahují 58,6 % hmotn. Fe, 1,06% hmotn. MnO, 1,48% hmotn. MgO, 2,76% hmotn. Zn, 1,50% hmotn. SiO₂, 4,01 %

-3CZ 16544 Ul hmotn. CaO a dále již zanedbatelné množství dalších prvků, jako například S, Cr, Pb, Cu, Ni, a jejich oxidů jako A1₂O₃, TiO₂, či solí jako CaF₂ atd.

Stabilizovaná přísadová briketa se vyrábí smísením všech v ní obsažených základních složek, včetně nestabilních hutních kalů a odprašků, se stabilizátorem, poté se přidá potřebné množství vody pro dosažení zavlhlé směsi, načež se tato kompletní briketová směs vystaví působení stabilizační doby. Stabilizátorem je vápenocementová směs v množství 9 kg na 100 kg stabilizované směsi. Stabilizační doba činí 15 dnů, přičemž na tuto dobu se briketová směs slisuje do bloků z důvodů lepší skladovatelnosti. Poté se bloky rozdrtí na částice o zrnitosti zhruba 0,1 až 20 mm.

Rozdrcená briketová směs se poté pouze promísí s pojivém a vodou pro lisování do briket, načež ío jsou tyto brikety s výhodou ještě po dozrání, což je zhruba 28 dnů, vsázkyschopné.

Příklad 2

Stabilizovaná přísadová briketa dle druhého příkladného provedení technického řešení obsahuje 25 % hmotn. ocelových broků, 20 % hmotn. okují, 15 % hmotn. litinových třísek, tj. celkem 60 % hmotn. feritického podílu, dále pak 20 % hmotn. stabilizovaných hutních odprašků, 15 % hmotn. cementu j ako poj iva a zbytek voda.

Co se týče použitých hutních odprašků jedná se v podstatě o shodný materiál s hutními kaly jako z příkladu 1, jenž je pouze zachycován jinou technologií.

Stabilizovaná přísadová briketa se vyrábí obdobně jako v příkladu 1 pouze s tím rozdílem, že stabilizaci se podrobují nestabilní hutní odprašky ve směsi s celým podílem, tj. s 25 % hmotn., ocelových broků a pouze s polovinou podílu, tj. 10 % hmotn., okují. Stabilizátorem je cement v množství 7 kg na 100 kg stabilizované směsi. Stabilizační doba činí 10 dnů. Po jejím uplynutí se přidá do směsi zbylých 10 % hmotn. okují a celý podíl, tj. 15 % hmotn., litinových třísek, směs se za přidání pojivá a potřebného množství vody promíchá. Poté se kompletní briketová směs lisuje do briket za spolupůsobení vibrací.

Průmyslová využitelnost

Řešení je využitelné ke zpracování v podstatě všech druhů metalických a nemetalických materiálů, vznikajících při hutním procesu jako vedlejší produkty včetně odpadů vratných z hutních podniků a k jejich opětovnému využití v metalurgických procesech.

Claims (2)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   30 1. Stabilizovaná přísadová briketa do vsázky pro hutní agregáty, vytvořená na bázi kovonosných a/nebo nemetalických materiálů, zejména materiálů vznikajících při hutních procesech jako vedlejší produkt, popřípadě hutních odpadů, ve formě jemných prachových podílů, jemné frakce a/nebo stabilizovaných hutních kalů, odprašků či jejich směsi, pojivá, případných ostatních doprovodných přimísenin a zbytkového podílu vody, vyznačující se tím, že ve formě

   35 jemné frakce obsahuje 1 až 80 % hmotn. feritického podílu.
2. 2. Stabilizovaná přísadová briketa podle nároku 1, vyznačující se tím, že feritický podíl je tvořen okujemi, ocelovými či litinovými třískami, drobnými kusovými částicemi feritického šrotu nebo jehlicemi, broky či jejich směsí.