EA026994B1 - Способ получения композиционного продукта (варианты) и способ получения расплавленного металла (варианты) - Google Patents

Abstract

Раскрыты способы получения композиционного продукта и способы получения расплавленного металла. Способы получения композиционного продукта, содержащего (а) полимерное связующее и углеродсодержащий материал или (b) полимерное связующее и металлсодержащий материал, включают нагревание и перемешивание компонентов композиционного продукта и последующее формование нагретой смеси с получением формованного конечного продукта в виде пеллет, гранул, блоков, брусков, брикетов, плаг или дисков, при этом стадия нагревания является достаточной для расплавления по меньшей мере части полимерного связующего для облегчения формования продукта. Способы получения расплавленного металла включают подачу композиционного продукта, обладающего требуемыми свойствами, в высокотемпературную печь на предприятии высокотемпературной обработки.

Description

Настоящее изобретение относится к способам получения композиционных продуктов и к способам получения расплавленного металла.

Настоящее изобретение относится, в частности, хотя никоим образом не исключительно, к способам получения композиционных продуктов, полученных из регенерированных продуктов.

Настоящее изобретение относится, в частности, хотя никоим образом не исключительно, к способам получения композиционных продуктов, пригодных для использования в высокотемпературных способах.

Термин высокотемпературные способы в данном контексте подразумевает способы, протекающие при температурах выше 400°С, как правило, по меньшей мере при 600°С.

Примерами высокотемпературных способов являются способы, осуществляемые в металлургических печах, таких как сталеплавильные печи. В таких способах композиционные продукты настоящего изобретения предназначены для обеспечения металлсодержащих компонентов или источников энергии либо того и другого.

Другими примерами высокотемпературных способов являются способы, осуществляемые на энергетических установках и в печах обжига, таких как обжигательные печи при производстве цемента, требующих выработки тепла за счет ископаемого топлива или искусственного топлива. В таких способах композиционные продукты настоящего изобретения предназначены для обеспечения источника энергии в качестве замены ископаемого топлива.

Настоящее изобретение не ограничивается способами получения композиционных продуктов, подходящих для использования в высокотемпературных способах. Например, композиционные продукты настоящего изобретения могут использоваться в качестве строительных материалов или в качестве материалов для защиты зданий и сооружений, а также в качестве износостойких материалов (например, стойких к истиранию или устойчивых против коррозии), таких как альтернатива продукции из лесоматериалов и стальной продукции.

Настоящее изобретение основано на использовании полимерного материала в качестве связующего для скрепления частиц металлсодержащего материала и/или углеродсодержащего материала в композиционном продукте, включающем (а) полимерный материал и металлсодержащий материал, или (Ь) полимерный материал и углеродсодержащий материал, или (с) полимерный материал и металлсодержащий материал и углеродсодержащий материал.

Настоящее изобретение также основано на получении таких композиционных продуктов объединением нагревания и смешивания компонентов композиционного продукта, при этом стадия нагревания является достаточной для расплавления по меньшей мере части полимерного связующего для облегчения формования продуктов.

Настоящее изобретение предлагает способ получения композиционного продукта в форме (а) полимерного связующего и металлсодержащего материала или (Ь) полимерного связующего и углеродсодержащего материала, включающий нагревание и перемешивание компонентов композиционного продукта и далее преобразование нагретой смеси в форму конечного продукта, при этом стадия нагревания является достаточной для расплавления по меньшей мере части полимерного связующего для облегчения формования продукта.

Стадии нагревания и перемешивания могут выполняться в порядке, описанном в предыдущем абзаце, или в обратном порядке либо одновременно.

Термин металлсодержащий материал в данном контексте означает любой материал, который может быть обработан в ходе высокотемпературного способа, такого как высокотемпературный металлургический способ, осуществляемый в металлургической печи для получения металлического продукта. Термин металл при использовании в данном контексте включает металлические сплавы. Сталелитейное производство, в частности производство стали в дуговых электрических печах, является одним из металлургических способов, представляющих особый интерес для заявителя. Другие металлургические способы включают, например, получение стали в кислородных конвертерах и способы получения чугуна. Настоящее изобретение не ограничивается высокотемпературными металлургическими способами. Металлсодержащий материал может быть регенерированным (повторно используемым) материалом.

Способ получения композиционного продукта, включающего полимерное связующее и металлсодержащий материал, может включать смешивание других материалов, таких как материалы, являющиеся источником углерода, отличные от полимерного связующего, с металлсодержащим материалом и полимерным материалом.

Другие источники углерода могут включать любой один или более источников, выбранных из биомассы, летучей золы, каучука, бумаги, коксовой мелочи, древесноугольной мелочи, каменноугольной мелочи, тонеров для принтеров и фотокопировальных устройств и любого другого подходящего органического материала. Следует отметить, что, как правило, помимо содержания углерода в форме углеродной сажи тонеры содержат металлсодержащие частицы (оксиды железа) и полимерный материал. Другие источники углерода могут быть регенерированными материалами. Другие источники углерода могут быть свежими материалами.

Другие материалы могут включать обожженную известь, доломит и магнезит.

- 1 026994

Способ может включать контролирование процесса и выбор металлсодержащего материала (если присутствует), углеродсодержащего материала (если присутствует) и полимерного связующего для получения продукта, обладающего требуемой пористостью. Могут возникнуть ситуации, в которых желательно, чтобы продукт был непористым. Могут возникнуть и другие ситуации, в которых из-за протекания предпочтительных химических реакций, происходящих при высокотемпературном способе, таком как высокотемпературный металлургический способ, может потребоваться, чтобы продукт обладал уровнем пористости. Например, может быть желательно, чтобы в продукте, находящемся в печи, протекали химические реакции, при этом наличие уровня пористости может быть желательно для облегчения высвобождения летучих продуктов реакции.

Способ может включать смешивание металлсодержащего материала и полимерного связующего с образованием однородной дисперсии металлсодержащего материала в продукте.

Способ может включать смешивание углеродсодержащего материала и полимерного связующего с образованием однородной дисперсии углеродсодержащего материала в продукте.

Способ может включать нагревание смеси компонентов продукта при температуре, достаточно высокой для полного расплавления полимерного связующего. Температура может быть любой приемлемой температурой с учетом конкретного выбора полимерного связующего, других компонентов смеси и требований конкретного способа образования композиционного продукта. Например, в случае полимерного связующего в форме полиэтилена низкой плотности, как правило, температура составляет 150-175°С. Способ может включать выбор металлсодержащего материала и углеродсодержащего материала таким образом, чтобы эти материалы сохранялись твердыми в течение всей стадии нагревания.

Способ может включать контролирование процесса и выбор металлсодержащего материала (если присутствует), углеродсодержащего материала (если присутствует) и полимерного связующего для получения продукта, имеющего требуемую плотность. Например, в случае, когда продукт является сырьевым материалом для сталелитейного производства, может быть предпочтительным, чтобы продукт имел плотность, позволяющую продукту держаться на поверхности в ванне расплавленного металла, образующегося в ходе процесса.

Металлсодержащий материал и углеродсодержащий материал может быть в виде твердых частиц.

В частном примере, относящемся к сталелитейным производствам, металлсодержащий материал может быть в виде железосодержащих частиц.

Железосодержащие частицы могут быть в виде тонкоизмельченных частиц.

Согласно частному примеру железосодержащие частицы могут быть в виде тонкоизмельченных частиц вторичной окалины или пыли из пылеуловителя либо других побочных продуктов сталелитейных заводов или заводов по производству чугуна.

В контексте железосодержащих частиц для использования при получении стали в электродуговых печах термин тонкоизмельченные частицы в данном документе подразумевает частицы, имеющие основной размер менее 6 мм.

В более широком контексте металлсодержащих частиц для использования в высокотемпературных способах в металлургических печах термин тонкоизмельченные частицы в данном документе подразумевает частицы, имеющие основной размер менее 6 мм.

Использование полимерного материала в качестве связующего для металлсодержащих или углеродсодержащих материалов в композиционном продукте настоящего изобретения не ограничивается композиционными продуктами для высокотемпературных способов, проводимых в металлургических печах, и распространяется на высокотемпературные процессы в общем смысле, для которых требуется композиционный продукт согласно изобретению. В этом контексте настоящее изобретение не ограничивается тонкоизмельченными частицами и распространяется на металлсодержащие и углеродсодержащие материалы, имеющие основной размер более 6 мм.

Полимерное связующее может быть любым подходящим материалом. Важным требованием к полимерному связующему является его способность действовать в качестве связующего для других компонентов композиционного продукта в конкретных условиях транспортировки материалов и в условиях эксплуатации продукта. Например, конкретные условия могут включать хранение в течение продолжительного времени на открытом воздухе. В качестве еще одного примера, конкретные условия могут включать особые требования к транспортировке материалов для продукта.

Полимерное связующее может быть регенерированным полимерным материалом.

Полимерное связующее может быть регенерированным полиэтиленом, таким как полиэтилен низкой плотности, или полипропиленом высокой плотности либо регенерированным полипропиленом.

Углеродсодержащий материал может быть в виде биомассы, летучей золы, каучука, бумаги, коксовой мелочи, древесноугольной мелочи и каменноугольной мелочи, использованного тонера для принтеров и фотокопировальных устройств и любого другого подходящего органического материала. Углеродсодержащий материал может быть регенерированным материалом. Углеродсодержащий материал может быть свежим материалом.

Способ может включать любую подходящую стадию формования для придания формы конечному продукту.

- 2 026994

Стадия формования может быть любой из следующих стадий: экструзией, литьем (включая литье под давлением) и брикетированием или стадией прессования другого типа.

Например, стадия (с) может включать формование нагретой смеси с получением композиционного продукта путем экструзии горячей смеси.

Экструдат может быть в форме конечного продукта.

Альтернативно, для получения формы конечного продукта может потребоваться резка экструдата. Например, стадия (с) может включать формование непрерывного экструдата и последующую резку экструдата, выходящего из экструдера, с приданием формы конечного продукта.

В случае, когда экструдат выходит из экструдера в виде непрерывного жгута (малого или крупного поперечного сечения), способ может включать разрезание жгута на куски меньшей длины, при этом отрезки экструдата меньшей длины образуют продукт.

Форма конечного продукта может быть любой приемлемой формой любого приемлемого размера.

Форма и размер формы конечного продукта могут быть определены с учетом требований металлургического процесса и металлургической печи, в которой продукт подлежит использованию.

Продукт может иметь форму пеллет.

Продукт может иметь форму гранул.

Продукт может иметь форму более крупных продуктов, которые могут быть описаны как блоки, бруски, брикеты, плаги (цилиндры) и диски.

Более крупный продукт может иметь основной размер по меньшей мере 10 см.

Более крупный продукт может иметь основной размер по меньшей мере 15 см.

Более крупный продукт может иметь массу по меньшей мере 1 кг. Более крупный продукт может иметь массу по меньшей мере 2 кг. Более крупный продукт может иметь массу по меньшей мере 3 кг. Более крупный продукт может иметь массу менее 10 кг.

В конкретных случаях факторы, влияющие на форму и размер продукта, могут включать следующее.

Продукт должен иметь достаточную прочность и жесткость, чтобы его можно было подавать в высокотемпературную печь на предприятии высокотемпературной обработки, такую как металлургическая печь, без существенного разрушения продукта с образованием тонкоизмельченных частиц за пределами и/или внутри печи.

Продукт должен иметь достаточно большие размеры и обладать требуемыми механическими свойствами, такими как прочность, чтобы противостоять высокотемпературным и реакционным условиям в высокотемпературной печи на предприятии высокотемпературной обработки, такой как металлургическая печь, и облегчить контролируемое растворение продукта в печи в течение требуемого периода времени. В зависимости от высокотемпературного процесса этот период времени может быть относительно коротким периодом времени либо более длительным периодом времени. Требуемая скорость растворения может изменяться в зависимости от условий химической реакции высокотемпературного процесса и полного времени протекания процесса. Например, для некоторых процессов может быть важным, чтобы сгорание горючих компонентов в продукте проходило в возможно более короткие сроки. В других ситуациях может быть важно иметь относительно медленное растворение продукта, чтобы продукт расходовался во время всего протекания процесса.

Настоящее изобретение также предлагает способ получения композиционного продукта, включающего металлсодержащий материал и полимерный материал, выступающий в роли связующего для металлсодержащего материала.

Продукт, описанный в предыдущем абзаце, может включать другие материалы, такие как материалы, являющиеся источником углерода, отличные от полимерного связующего.

Настоящее изобретение также предлагает способ получения композиционного продукта, включающего углеродсодержащий материал и полимерный материал, выступающий в роли связующего для углеродсодержащего материала.

Продукт, описанный в предыдущем абзаце, может включать другие материалы, такие как металлсодержащий материал.

Продукт может включать непрерывную сетку полимерного материала и однородную дисперсию металлсодержащего материала или углеродсодержащего материала.

Продукт может быть пористым продуктом.

Продукт может быть непористым продуктом и, следовательно, будет, по меньшей мере, по существу, водонепроницаемым. Это благоприятно в ситуациях, когда любой один или более компонентов продукта чувствительны к поглощению влаги при хранении или транспортировке. Например, это в особенности имеет место в случае продуктов, включающих в качестве углеродсодержащего материала продукта биомассу.

Продукт может включать наружное покрытие из полимерного материала.

Покрытие может сделать продукт непористым.

В дополнение или в качестве альтернативы, покрытие может инкапсулировать тонкоизмельченные частицы в продукте и сводить к минимуму высвобождение тонкоизмельченных частиц во время обра- 3 026994 ботки и транспортировки материалов.

В любом конкретном случае относительные количества полимерного связующего, металлсодержащего материала (если присутствует), углеродсодержащего материала (если присутствует) будут зависеть от таких факторов, как требования к связующему для композиционных продуктов, требования к металлсодержащим материалам для конкретного назначения продуктов и энергетические потребности для конкретного назначения продуктов.

Полимерное связующее может составлять более 10 мас.% продукта.

Полимерное связующее может составлять более 15 мас.% продукта.

Полимерное связующее может составлять менее 50 мас.% продукта.

Полимерное связующее может составлять менее 45 мас.% продукта.

Полимерное связующее может иметь температуру испарения ниже, чем температура плавильной ванны в металлургической печи.

Полимерное связующее может быть регенерированным полимерным материалом.

Полимерное связующее может быть регенерированным полиэтиленом, таким как полиэтилен низкой плотности или полиэтилен высокой плотности, или регенерированным полипропиленом.

Металлсодержащий материал может быть в виде железосодержащих частиц.

Железосодержащие частицы могут быть в виде тонкоизмельченных частиц.

Железосодержащие частицы могут быть в виде частиц оксида железа.

Железосодержащие частицы могут быть в виде тонкоизмельченных частиц вторичной окалины и/или пыли из пылеуловителя или других побочных продуктов сталелитейного завода.

Углеродсодержащий материал может быть в виде частиц биомассы, летучей золы, каучука, бумаги, коксовой мелочи, угольной мелочи, использованного тонера для принтеров и фотокопировальных устройств и любых других подходящих органических материалов. Углеродсодержащий материал может быть регенерированным материалом. Углеродсодержащий материал может быть свежим материалом.

Продукт может быть полностью приготовлен из регенерированных материалов, при этом и полимерное связующее, и металлсодержащий материал (если присутствует), и углеродсодержащий материал (если присутствует) являются регенерированными материалами.

Регенерированные материалы могут быть получены из любого подходящего источника.

Например, металлсодержащие компоненты могут быть в виде тонкоизмельченных частиц вторичной окалины, полимерное связующее - в виде регенерированного полиэтилена, а углеродсодержащие компоненты могут быть в виде коксовой мелочи или регенерированной резины.

Продукт может быть любого подходящего размера и формы. Форма и размер продукта могут быть такими, как описаны выше.

Продукт может быть пригоден для использования в высокотемпературном процессе.

Продукт может быть пригоден для использования в качестве источника энергии как замена для ископаемого топлива в энергетических установках и печах обжига, таких как печи обжига при производстве цемента, и в других областях применения, для которых требуется производство тепла с помощью ископаемого топлива. При использовании в качестве источника энергии продукт может быть описан как искусственное топливо.

Продукт может быть пригоден для использования в качестве строительных материалов или в качестве защитных материалов для строительных материалов (например, для придания износостойкости или устойчивости к коррозии) или в качестве защитных материалов для расходных материалов и деталей для горнодобывающей промышленности (например, для придания износостойкости расходным материалам и деталям, используемым в горнодобывающей промышленности для переработки минерального сырья или в оборудовании для выемки полезных ископаемых), таких как альтернатива продукции из лесоматериалов и стальной продукции.

Настоящее изобретение также предлагает высокотемпературный способ, включающий подачу описанного выше композиционного продукта, содержащего металлсодержащие компоненты, и углеродсодержащие компоненты, и полимерное связующее, в качестве сырьевого материала для процесса.

Высокотемпературный способ может быть способом получения расплавленного металла (данный термин включает металлический сплав, включая ферросплав) в металлургической печи.

Способ может быть способом получения стали.

Способ получения стали может представлять собой способ получения стали в дуговых электрических печах.

Способ получения стали может представлять собой способ получения стали в кислородных конвертерах.

Способ может быть способом получения чугуна.

Настоящее изобретение основано на обнаружении заявителем в ходе научно-исследовательского проекта того, что можно получить композиционный продукт, включающий металлсодержащие компоненты, в частности, железосодержащие компоненты, в форме тонкоизмельченных частиц вторичной окалины и полимерное связующее в форме регенерированного полиэтилена низкой плотности, хорошо подходящий в плане транспортировки материала, химических и технологических свойств для использования

- 4 026994 при получении стали в электродуговой печи. В частности, в ходе работы над проектом заявители установили, что полимерный материал действует как эффективное связующее для тонкоизмельченных железосодержащих частиц в композиционном продукте и обеспечивает источник энергии.

Настоящее изобретение также основано на обнаружении заявителем в ходе научноисследовательского проекта того, что можно получить композиционный продукт, включающий углеродсодержащие компоненты в форме тонкоизмельченных частиц угля и полимерное связующее в форме регенерированного полиэтилена низкой плотности, хорошо подходящий в плане транспортировки материала, химических и технологических свойств для использования при получении стали в электродуговой печи.

Настоящее изобретение также основано на обнаружении заявителем в ходе проекта того, что формование в горячем состоянии, например, с помощью экструзии с подогревом, смесей описанных выше металлсодержащих компонентов и/или углеродсодержащих компонентов и полимерного связующего при температурах, при которых по меньшей мере часть полимерного связующего расплавлена, а остальные компоненты смеси остаются в твердом состоянии, является эффективным способом получения композиционных продуктов с требуемыми параметрами транспортировки материала, химических и технологических свойств для использования при получении стали в электродуговой печи.

Настоящее изобретение также основано на обнаружении заявителем в ходе проекта того, что композиционный продукт на основе металлсодержащего компонента и композиционный продукт на основе углеродсодержащего компонента согласно изобретению имеют более широкое конечное применение, чем производство стали. В частности, заявитель установил, что композиционный продукт на основе углеродсодержащего компонента согласно изобретению имеет такие области применения, как замена ископаемого топлива в энергетических установках и печах обжига, таких как обжигательные печи при производстве цемента, и другие области применения, требующие выделения тепла с помощью ископаемого или искусственного топлива.

Научно-исследовательский проект включал лабораторную работу над широким ассортиментом продуктов, содержащих 10-45 мас.% полимерного материала в виде полиэтилена низкой плотности в соответствии с настоящим изобретением.

Лабораторная работа включала работу над композиционными продуктами, включающими металлсодержащий, в особенности железосодержащий, материал в виде вторичной окалины и полимерный материал в указанных выше диапазонах. В ходе лабораторной работы было обнаружено практически 100% восстановление оксида железа в этих продуктах до расплавленного железа.

Лабораторная работа также включала работу над композиционными продуктами, содержащими углеродсодержащий материал в виде коксовой мелочи и полимерный материал в указанных выше диапазонах.

Согласно одному из примеров продукт имел композицию из 24 мас.% связующего из полиэтилена низкой плотности, 1 мас.% технологических добавок, 75 мас.% коксовой мелочи и другого углеродсодержащего материала.

Научно-исследовательский проект также включал испытание 1 т образца композиции продукта настоящего изобретения при использовании в электродуговых печах для получения стали.

Образец продукта для испытаний с успехом экструдировали на стандартном промышленном экструдере с подогревом.

Непрерывный жгут, получаемый с помощью экструдера, формовали в брикеты весом порядка 3 кг.

Образец продукта состоял из 24 мас.% полиэтилена низкой плотности, 1 мас.% технологических добавок, 7 мас.% кокса и 68 мас.% вторичной окалины.

Состав по материалам
Вторичная окалина	68
Коксовая мелочь	7
Регенерированный полиэтилен низкой плотности (ЮРЕ)	24
Технологические добавки	1
Состав по элементам
Железо (~75 масс.% Ре во вторичной окалине)	51
Углерод (~85 масс.% С в полиэтилене низкой плотности / ~85 масс.% С в коксе)	26
Кислород (~25 масс.% О во вторичной окалине)	17
Водород (~15 масс.% Н в полимере)	4

т брикетов продукта загружали в болото электродуговой печи. Эффект от добавления загрузки продукта контролировали с помощью камер и стандартной регистрации данных, касающихся химии и рабочих параметров способа.

- 5 026994

Тепловой баланс добавления представлен ниже.

Продукт	1000 кг = 680 кг РеО (510 кг Ре) + 240 кг ЮРЕ + 70 кг кокса
Приход тепла	240 кг ЮРЕ х 12,9 кВтч/кг = 3096 кВтч
Расход тепла	Восстановление оксида железа = 2 кВтч/кг * х 680 кг = 1360 кВтч
	Плавление железа = 510 кг х 0,44 кВтч/кг = 225 кВтч
Баланс	3096-(1360 + 225) = +1511 кВтч

Следует отметить, что упомянутый выше тепловой баланс основан на теоретических данных для стандартных эталонных материалов и данных, полученных на предприятии по получению стали в дуговых электрических печах заявителя в \8\\' (штат Новый Южный Уэльс), Австралия.

Далее представлены некоторые основные результаты исследования.

Брикеты продукта были источником энергии.

Брикеты продукта были магнитными - таким образом, брикеты можно было транспортировать с помощью стандартного крана с электромагнитным захватом для металлических отходов печи —500 кг/нагрузку.

Брикеты продукта были жесткими - без поломок регулярных блоков.

Брикеты продукта были водонепроницаемыми - отсутствовало заметное увеличение веса при погружении в воду в течение 1 недели.

Брикеты продукта размещались на поверхности ванны/шлака и начинали реагировать внутри печи.

Брикеты продукта оставались неповрежденными и реагировали с регулируемой скоростью в течение длительного периода, для некоторых образцов длящегося > 15 мин.

Брикеты продукта выделяли значительное количество тепла.

Выделялось очень мало дыма по сравнению с альтернативными пластмассовыми и резиновыми продуктами.

Влияние загрузки - отсутствует заметное изменение при добавлении 100 кг, 200 кг и 300 кг/тепло в нижний ковш 1.

Результаты испытания демонстрируют значительные коммерческие возможности для композиционного продукта настоящего изобретения.

В частности, заявитель на основании испытания установил, что композиционный продукт настоящего изобретения на основе полимерного связующего, скрепляющего углеродсодержащий материал, может быть значительным источником энергии, для которой есть более широкие области применения, чем сталелитейная промышленность, при этом такие области применения включают использование в качестве замены ископаемого топлива в энергетических установках и печах обжига, таких как печи обжига при производстве цемента, и другие области применения, требующие выделения тепла с помощью ископаемого или искусственного топлива.

Кроме того, заявитель на основании испытания установил, что композиционный продукт настоящего изобретения позволяет вводить различные соотношения сырьевых материалов для получения стали и источников энергии в загрузочном ковше в электродуговую печь. Следовательно, в зависимости от требований в загрузочном ковше может присутствовать большее или меньшее количество каждого из железосодержащих материалов и других сырьевых материалов для получения стали и полимерного материала (в качестве связующего и источника энергии). Следовательно, композиционный продукт настоящего изобретения предоставляет возможность для маневренности при подаче сырьевых материалов в способ получения стали и, в частности, возможность для оптимизации использования энергии.

Другим ключевым преимуществом брикетов образцов продуктов, являющимся преимуществом, призванным облегчить использование композиционного продукта изобретения в электродуговых печах и в других высокотемпературных способах, является регулируемая и измеряемая скорость реакции и выделения тепла благодаря физической и химической композициям брикетов продукта. Регулируемая скорость высвобождения топлива приводит к полному сгоранию и использованию тепла в печи, а не в отходящих газах системы. Следовательно, существует меньший риск повышения температуры в газовых каналах и выключателях пылеуловительных камер, а также присутствия несгоревшего топлива или дыма в трубопроводах отходящих газов, приводящего к воспламенению. В 1-тонном испытании было отмечено, что для брикетов образцов продуктов (~3 кг каждый) при добавлении в болото печи потребовалось более 10 мин для воспламенения. Это было ключевым наблюдением и существенным преимуществом и может позволить использовать брикеты образцов продуктов в качестве горелок под завалкой лома с регулируемой скоростью во время расплавления вместо того, чтобы реагировать слишком быстро после загрузки, являясь причиной выхода дыма и пламени из печи. Для сравнения, когда в печь добавляли небольшое количество полимерной пленки, связанной вместе, или куски резиновых шин, они реагировали и воспламенялись в течение нескольких минут. Наблюдалось, что брикеты образцов продуктов загорались и поддерживали сильное пламя в течение длительного времени.

Основываясь на испытании заявители полагают, что при помещении брикетов композиционного продукта под лом в электродуговой печи они будут потенциально обеспечивать предварительный нагрев

- 6 026994 и снижать время работы печи под током, а также сокращать потребление электроэнергии.

Более медленную скорость сгорания брикетов продукта контролировали в ходе испытания за счет сложной природы композиционного продукта. Реакция полимерного связующего или наполнителей (тонкоизмельченных частиц окалины или кокса) с кислородом ограничивалась поверхностью брикетов продукта благодаря низкой пористости, обусловленной связующим. Таким образом, происходило крайне незначительное проникновение газа в брикеты продукта. Низкая пористость ограничивала площадь поверхности для реакции и укрывала реагенты внутри продукта. Должен быть значительный градиент температуры от внутренней части к поверхности продукта, с реакцией, имеющей место на или вблизи поверхности. Кроме того, может быть некоторый эффект изоляции от слоя газ/дым/пламя, образовавшегося за счет дымления и воспламенения полимера при относительно низкой температуре (от 250 до 400°С), и продуктов реакции, покидающих поверхность брикета. Например, это должно изолировать брикеты продукта от окружающей стали и шлаков, имеющих высокую температуру (1500-1750°С), и позволить брикетам продукта сохраняться подольше.

Топливо высвобождается с контролируемой скоростью, поскольку реагирует только та его часть, которая оказывается на поверхности.

Композиционная матричная структура брикетов продукта означает, что оксид железа защищает полимерное связующее и контролирует скорость реакции. Если наполнитель обладает низкой воспламеняемостью, то скорость подачи топлива к поверхности, где оно будет контактировать с кислородом, ниже. По этой причине продукты оксида железа (вторичная окалина) потенциально будут дольше сохраняться в жидкометаллическом шлаке, чем брикеты, содержащие горючий наполнитель, такой как кокс или графит. Аналогичное защитное действие может быть достигнуто за счет использования других наполнителей с низкой скоростью горения (известь, доломит, пыль из пылеуловителя и так далее).

Композиционные продукты также замедляют реакцию по сравнению с тем, когда тонкоизмельченные материалы добавляют по отдельности. Например, тонкоизмельченные частицы как вторичной окалины, так и кокса могут реагировать быстро или бурно за счет реакции углерода и кислорода при введении в ванну с жидкой сталью благодаря значительной площади поверхности этих материалов.

Из сказанного выше следует, что скорость реакции можно контролировать за счет изменения композиции брикетов продукта с увеличением или уменьшением наполнителей или связующих. Это может использоваться во многих пирометаллургических областях или в других высокотемпературных областях применения. Например, области применения включают минидоменные печи, или альтернативные способы получения чугуна, или способы сжигания отходов, или способы производства электроэнергии.

В контексте промышленного получения стали в дуговых электрических печах испытания показали, что композиционный продукт настоящего изобретения обеспечивает возможности для замены лома, использования отходов производства и побочных продуктов, получаемых на сталелитейных заводах и в других отраслях промышленности, использования сырьевых материалов в форме тонкоизмельченных частиц, которые в ином случае были бы неприменимы для использования в электродуговой сталеплавильные печи, использования регенерированных материалов в качестве полимерного связующего и в качестве источника энергии, а также возможность для селективного расслаивания загрузки в электродуговую печь для оптимизации выделения тепла и других реакций. Эти возможности обуславливают экологические и финансовые преимущества.

Настоящее изобретение обладает следующими признаками и преимуществами, описанными в значительной степени в контексте использования композиционного продукта изобретения применительно к получению стали, но также подходящими и для других конечных применений продукта.

Полимерное связующее позволяет получать достаточно жесткий и во многих случаях водонепроницаемый продукт, что означает меньшее разрушение продукта и более длительный срок годности при транспортировке материалов.

Существуют дополнительные преимущества, когда продукт имеет покрытие из полимерного материала, инкапсулирующее тонкоизмельченные частицы и частицы большего размера в продукте.

Инкапсулирование тонкоизмельченных частиц и частиц большего размера в полимерном материале может позволить хранить продукт на открытом воздухе без существенного поглощения влаги. Кроме того, в более общем смысле, инкапсулирование обеспечивает защиту против поглощения влаги/гидратации, когда продукт подвергается воздействию внешней среды при любой ситуации с хранением. В дополнение к этому, инкапсулирование тонкоизмельченных частиц и частиц большего размера в полимерном материале может предотвратить или по меньшей мере свести к минимуму вымывание веществ из продукта. Например, инкапсулирование пыли из электродуговой печи, содержащей тяжелые металлы, в композиционном продукте согласно изобретению для предотвращения вымывания тяжелых металлов может быть преимуществом при обработке, хранении и транспортировке продукта.

Полимерный материал действует как чистое связующее для переноса тонкоизмельченных частиц в высокотемпературный процесс. Тонкоизмельченные частицы расходуются в печи, и полимерное связующее покидает систему в виде газа (например, полиэтилен низкой плотности плавится при температуре 115°С и испаряется при ~350°С).

Углеродный и водородный компоненты полимерного связующего могут использоваться в способах

- 7 026994 на основе горения/восстановления.

Использование полимерного материала, выступающего в качестве связующего, может применяться для любого подходящего высокотемпературного процесса, а не только для высокотемпературных процессов в металлургических печах.

Способ экструзии с подогревом подходит для крупномасштабного и экономически рентабельного получения обоих типов продуктов, а именно продукта первого типа на основе металлсодержащего материала и продукта второго типа на основе углеродсодержащего материала.

Контроль размеров для полимерного связующего является потенциально менее жестким за счет плавления во время процесса экструзии.

Использование регенерированных полимерных материалов в качестве связующего может привлекать экологическим преимуществом, поскольку многие полимерные материалы в противном случае будут направлены в места захоронения отходов.

Технология экструзии с подогревом потенциально применима для многих областей промышленности, предусматривая извлечение, транспортировку и обработку тонкоизмельченных частиц, включая металлсодержащие и углеродсодержащие тонкоизмельченные частицы.

Продукт является магнитным, если содержит железосодержащие компоненты.

Использование продукта в способе получения стали в дуговых электрических печах было энергетически положительным во всех смыслах.

Использование продукта под завалкой лома и внутри нее для электродугового способа получения стали облегчает нагревание при непосредственном контакте с завалкой лома и потенциально улучшает теплопередачу и эффективное использование энергии.

Использование экструдера с подогревом позволяет использовать сырьевые материалы с более высоким содержанием влаги за счет нагревания в экструдере.

Изобретение позволяет использовать сырьевые материалы в форме тонкоизмельченных частиц.

В настоящем изобретении, описанном выше, может быть сделано множество изменений без отклонения от сущности и объема настоящего изобретения.

Claims (5)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ получения композиционного продукта, содержащего полимерное связующее, представляющее собой регенерированный полимерный материал, выбранный из регенерированного полиэтилена низкой плотности, регенерированного полипропилена высокой плотности или регенерированного полипропилена, и углеродсодержащий материал, представляющий собой один или более источников углерода, выбранных из коксовой мелочи, древесноугольной мелочи и каменноугольной мелочи, причем способ включает нагревание и перемешивание компонентов композиционного продукта и последующее формование нагретой смеси с получением формованного конечного продукта в виде пеллет, гранул, блоков, брусков, брикетов, плаг или дисков, при этом стадия нагревания является достаточной для расплавления по меньшей мере части полимерного связующего для облегчения формования продукта.
2. 2. Способ получения композиционного продукта, содержащего полимерное связующее, представляющее собой регенерированный полимерный материал, выбранный из регенерированного полиэтилена низкой плотности, регенерированного полипропилена высокой плотности или регенерированного полипропилена, и металлсодержащий материал, причем способ включает нагревание и перемешивание компонентов композиционного продукта и последующее формование нагретой смеси с получением формованного конечного продукта в виде пеллет, гранул, блоков, брусков, брикетов, плаг или дисков, при этом стадия нагревания является достаточной для расплавления по меньшей мере части полимерного связующего для облегчения формования продукта, при этом металлсодержащий материал находится в виде тонкоизмельченных частиц вторичной окалины или пыли из пылеуловителя или побочных продуктов сталелитейных заводов или заводов по производству чугуна.
3. 3. Способ по п.2, включающий смешивание металлсодержащего материала и полимерного связующего с образованием однородной дисперсии металлсодержащего материала.
4. 4. Способ получения расплавленного металла, включающий подачу композиционного продукта с достаточной прочностью и жесткостью, полученного способом по п.1 или 2, в высокотемпературную печь на предприятии высокотемпературной обработки без существенного разрушения продукта с образованием тонкоизмельченных частиц за пределами и/или внутри печи.
5. 5. Способ получения расплавленного металла, включающий подачу композиционного продукта, полученного способом по п.1 или 2, который имеет достаточно большие размеры и обладает требуемыми механическими свойствами, такими как прочность, чтобы противостоять высокотемпературным и реакционным условиям в высокотемпературной печи на предприятии высокотемпературной обработки и облегчить контролируемое растворение продукта в печи в течение требуемого периода времени.