ITUB20154897A1 - Procedimento termico per conferire duttilita ai fili di acciaio armonico provenienti dal recupero dei pneumatici - Google Patents

Description

3. DESCRIZIONE dell’Invenzione avente per TITOLO:

PROCEDIMENTO TERMICO PER CONFERIRE DUTTILITÀ Al FILI DI ACCIAIO ARMONICO PROVENIENTI DAL RECUPERO DEI PNEUMATICI

CAMPO DELL’INVENZIONE

Gli pneumatici fuori uso (PFU =Pneumatici Fuori Uso), come anche i materiali (gomma, tela, fili di acciaio) che li compongono, sono considerati, a norma di legge, rifiuti. Il processo di smaltimento eseguito secondo le tecnologie attuali più usate, descritte per esempio nel brevetto DE2608383, prevede la triturazione del pneumatico e la separazione meccanica della gomma dai fili di acciaio. Tali fili contengono di norma residui aderenti di gomma e tela, in percentuali variabili anche fino al 10%, in peso, e sono anch’ essi considerati rifiuti.

Per il completo recupero dei fili, al fine di trasformarli in materia prima, è quindi necessario giungere a un livello di pulizia molto maggiore; per impieghi come materiale di carica dei forni fusori in acciaieria è necessario avere una quantità di impurezza inferiore aN’1%, preferibilmente tra lo 0,6 e lo 0,1%. Allo scopo di raggiungere la purezza voluta (almeno Fe > 99%), l’operazione di pulizia meccanica è protratta a lungo mediante l'utilizzo di lame tranci anti, ruote dentate, rulli o frese per la molatura/raschiatura. Tuttavia, I fili cosi trattati trattengono comunque residui di tela e gomma, anche se la loro purezza è stata spinta fino a un grado tale da poter essere considerati materia prima. Inoltre, gli stessi fili conservano la loro caratteristica di armonicità, con elevate resistenza meccanica ed elasticità, e quindi non sono compattabili in blocchi densi e richiedono elevati volumi di stoccaggio. La densità delle matasse di filo così trattate meccanicamente permane infatti molto bassa, variando da circa 200 kg/m 3 fino a max 250 kg/m 3, anche dopo prolungato trattamento meccanico di tranciatura in piccoli pezzi e pulizia. Altre tecnologie per la separazione della gomma dall<’>acciaio prevedono trattamenti basati su getti di acqua ad elevata pressione (per esempio brevetto R01 18939) o trattamenti criogenici. Anche mediante tali tecnologie non si elimina la caratteristica di armonicità dei fili, oltre a non raggiungere una completa pulizia degli stessi. Secondo la presente invenzione, i fili di acciaio puliti meccanicamente, o mediante altre tecnologie del tipo descritto, vengono inviati a un trattamento termico in forno a metano o gasolio, con conseguente trasformazione metallurgica del filo da armonico in materiale duttile che determina un forte abbassamento delle caratteristiche meccaniche. Le matasse di fili di acciaio diventano pertanto compattabili mediante una semplice operazione di pressatura in blocchi o bricchette delle dimensioni volute, con densità fino a 650-800 kg/m3. Tali blocchi compatti sono facilmente trasportabili, stoccabili e direttamente utilizzabili in forni fusori di acciaieria (pronto forno).

Come ulteriore vantaggio del trattamento termico si ha che la gomma residua e tela vengono rapidamente bruciati e, quindi, completamente eliminati. Inoltre, il trattamento termico in aria favorisce la formazione sulla superficie dei fili di un sottilissimo strato aderente di ossido protettivo.

STATO DELLA TECNICA

Secondo la tecnica attuale, in fase di smaltimento dei pneumatici usati la gomma viene recuperata separandola, mediante procedimenti di triturazione meccanica, dalle tele e dai fili di acciaio e, in seguito, riutilizzata in diversi settori, per esempio, come materiale da pavimentazione stradale. In ogni caso, lo smaltimento dei materiali restanti, tele e fili metallici, è comunque problematico, perché gli stessi sono contaminati da residui di gomma e perché l’acciaio per i fili da pneumatici è del tipo armonico, con elevate resistenza meccanica ed elasticità, e quindi tali fili non sono compattabili in blocchi relativamente densi e richiedono elevati volumi di stoccaggio.

Allo scopo di raggiungere una elevata purezza (almeno Fe > 98%), in alcuni impianti l’operazione di pulizia meccanica è protratta molto a lungo, con dispendio di energia e consumo per usura dei componenti a contatto strisciante con i fili di acciaio. Tuttavia, I fili così trattati trattengono comunque residui di tela e gomma, anche se la loro purezza è stata spinta in alcuni casi fino a un grado tale che possono essere considerati materia prima. Inoltre, gli stessi fili conservano al termine del trattamento la loro caratteristica di armoni cita, con elevate resistenza meccanica ed elasticità, e quindi non sono compattabili in blocchi densi e richiedono elevati volumi di stoccaggio. La densità delle matasse di filo così trattate meccanicamente permane infatti molto bassa, variando da circa 200 kg/m 3 fino a max 250 kg/m3, anche dopo prolungato trattamento meccanico di tranciatura in piccoli pezzi e pulizia. Altre tecnologie per la separazione della gomma dall’acciaio prevedono trattamenti basati su getti di acqua ad elevata pressione (per esempio brevetto R0118939) o trattamenti criogenici, utilizzati questi ultimi per fragi lizzare la gomma e facilitarne la separazione meccanica dai fili di acciaio. Anche mediante tali tecnologie non si elimina la caratteristica di armonicità dei fili, oltre a non raggiungere una completa pulizia degli stessi.

Secondo la presente invenzione, i fili di acciaio puliti meccanicamente, o mediante altre tecnologie del tipo descritto, vengono inviati a un trattamento termico in aria, con conseguente trasformazione metallurgica del filo da armonico in materiale duttile. Le matasse di fili di acciaio diventano pertanto compattabili mediante una semplice operazione di pressatura in blocchi o bricchette delle dimensioni volute, con densità fino a 650-800 kg/m3. Tali blocchi compatti sono facilmente trasportabili, stoccabili e direttamente utilizzabili in forni fusori di acciaieria (pronto forno).

Come ulteriore vantaggio del trattamento termico si ha che la gomma residua e tela vengono rapidamente bruciati e, quindi, completamente eliminati. Inoltre, il trattamento termico in aria favorisce la formazione sulla superficie dei fili di un sottilissimo strato aderente di ossido protettivo. Restaurare un ossido protettivo in superficie è quindi essenziale per non perdere il materiale per corrosione nelle successive fasi di stoccaggio.

BREVE DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE

Gli pneumatici fuori uso (PFU =Pneumatici Fuori Uso), come anche i materiali (gomma, tela, fili di acciaio) che li compongono, sono considerati, a norma di legge, rifiuti. Il processo di smaltimento eseguito secondo le tecnologie più usate, descritte per esempio nel brevetto DE2608383, prevede la triturazione del pneumatico e la separazione meccanica della gomma dai fili di acciaio. Tali fili contengono di norma residui aderenti di gomma e tela, in percentuali variabili anche fino al 10%, in peso, e sono anch’ essi considerati rifiuti. Per il completo recupero dei fili, al fine di trasformarli in materia prima, è quindi necessario giungere a un livello di pulizia molto maggiore; in particolare, per impieghi come materiale di carica dei forni fusori in acciaieria è necessario avere una quantità di impurezza inferiore all’1%, preferibilmente tra lo 0,6 e lo 0,1%. Allo scopo di raggiungere la purezza voluta (almeno Fe > 99%), l’operazione di pulizia meccanica è protratta a lungo mediante l’utilizzo di lame tran danti, ruote dentate, rulli o frese per la molatura/raschiatura. Tuttavia, I fili così trattati trattengono comunque residui di tela e gomma, anche se la loro purezza è stata spinta fino a un grado tale che possono essere considerati materia prima. Inoltre, gli stessi fili conservano la loro caratteristica di armoni cita, con elevate resistenza meccanica ed elasticità, e quindi non sono compattabili in blocchi densi e richiedono elevati volumi di stoccaggio. La densità delle matasse di filo così trattate meccanicamente permane infatti molto bassa, variando da circa 200 kg/m3 fino a max 250 kg/m3, anche dopo prolungato trattamento meccanico di tranciatura in piccoli pezzi e pulizia. Altre tecnologie per la separazione della gomma dall’acciaio prevedono trattamenti basati su getti di acqua ad elevata pressione (per esempio brevetto R0118939) o trattamenti criogenici, utilizzati questi ultimi per fragilizzare la gomma e facilitarne la separazione meccanica dai fili di acciaio. Anche mediante tali tecnologie non si elimina la caratteristica di armonicità dei fili, oltre a non raggiungere una completa pulizia degli stessi. La densità delle matasse di filo trattate meccanicamente o secondo le metodologie descritte rimane pertanto molto bassa, variando da circa 200 kg/m3 fino a max 250 kg/m3, e il materiale non è compattabile. Secondo la presente invenzione, i fili di acciaio puliti meccanicamente, o mediante altre tecnologie del tipo descritto, vengono inviati a un trattamento termico in aria, con conseguente trasformazione metallurgica del filo da armonico in materiale duttile, con un forte abbassamento delle caratteristiche meccaniche, che diventa pertanto compattabile mediante una semplice operazione di pressatura in blocchi o bricchette delle dimensioni volute, con densità fino a 650-800 kg/m 3. Tali blocchi compatti sono facilmente trasportabili, stoccabili e direttamente utilizzabili in forni fusori di acciaieria (pronto forno).

Come ulteriore vantaggio del trattamento termico si ha che la gomma residua e tela vengono rapidamente bruciati e, quindi, completamente eliminati. Difatti sovente il solo trattamento meccanico, anche se molto spinto, spesso non è sufficiente a trasformare il rifiuto in materia prima, in base al rispetto delle più recenti legislazioni (riferimento al regolamento europeo 333 del marzo 2011). Inoltre, il trattamento termico in aria favorisce la formazione sulla superficie dei fili di un sottilissimo strato aderente di ossido protettivo. Va sottolineato in proposito che il materiale di partenza, trattato meccanicamente per la pulizia o secondo le altre metodologie descritte, è fortemente suscettibile alla corrosione, sia perché molto incrudito dal processo meccanico, sia perché la superficie “sfregata" per la pulizia non conserva più alcuna patina protettiva. Restaurare un ossido protettivo in superficie è quindi essenziale per non perdere il materiale per corrosione nelle successive fasi di stoccaggio.

Con la presente invenzione, il filo di acciaio proveniente dallo smaltimento degli pneumatici usati viene in definitiva trasformato da rifiuto a materia prima direttamente commerciabile, in particolare utilizzabile in forni fusori di acciaieria sotto forma di blocchi compattati, di densità fino 600 e 700 kg/m3.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL’INVENZIONE

Gli pneumatici fuori uso (PFU =Pneumatici Fuori Uso), come anche i materiali (gomma, tela, fili di acciaio) che li compongono, sono considerati, a norma di legge, rifiuti. Il processo di smaltimento eseguito secondo le tecnologie più usate, descritte per esempio nel brevetto DE2608383, prevede la triturazione del pneumatico e la separazione meccanica della gomma dai fili di acciaio. La gomma viene recuperata sotto forma di granulato e, quindi, diversamente utilizzata in vari prodotti dell'industria della plastica o affini. Il recupero dell’acciaio sotto forma di fili risulta invece molto problematico. Infatti tali fili contengono di norma residui aderenti di gomma e tela, in percentuali variabili anche fino al 10% in peso, e pertanto sono anch’ essi considerati rifiuti. Per il completo recupero dei fili, al fine di trasformarli in materia prima, è pertanto necessario giungere a un livello di pulizia molto maggiore; in particolare, per impieghi come materiale di carica dei forni fusori in acciaieria è necessario avere una quantità di impurezza inferiore all’1%, preferibilmente tra lo 0,6 e lo 0,1%. Allo scopo di raggiungere la purezza voluta (almeno Fe > 99%), secondo la tecnologia attuale sono stati messi a punto procedimenti che, sostanzialmente, prevedono di prolungare sia la tranciatura in piccoli pezzi sia la pulizia meccanica dei fili, mediante l’utilizzo di lame, ruote dentate, rulli o frese per la molatura/raschiatura. I fili così trattati continuano tuttavia a trattenere residui di tela e gomma, seppure in piccola quantità, anche se l’operazione di pulizia è stata protratta a lungo. Inoltre, gli stessi fili conservano intatta a fine processo la loro caratteristica di armonicità, con elevate resistenza meccanica ed elasticità, e quindi tali fili non sono compattabili in blocchi relativamente densi e richiedono elevati volumi di stoccaggio. Altre tecnologie per la separazione della gomma dall’acciaio prevedono trattamenti basati su getti di acqua ad elevata pressione (per esempio brevetto R0118939) o trattamenti meccanici e criogenici, ove le basse temperature servono in questo caso ad infragilire la gomma per agevolarne il distaccamento dai fili di acciaio. Si tratta di tecnologie complesse e dispendiose. Anche mediante tali tecnologie non si elimina però la caratteristica di armonicità dei fili. La densità delle matasse di filo trattate meccanicamente o secondo le metodologie descritte rimane pertanto molto bassa, variando da circa 200 kg/m3 fino a max 250 kg/m3, e il materiale non è compattabile.

Infine, sovente il solo trattamento meccanico, anche se molto spinto, spesso non è sufficiente a trasformare il rifiuto in materia prima, in base al rispetto delle più recenti legislazioni (riferimento al regolamento europeo 333 del marzo 2011).

Secondo la presente invenzione, il materiale di partenza della metodologia ivi descritta è costituito dai fili di acciaio puliti meccanicamente, o mediante le altre tecnologie del tipo descritto, caratterizzati dal fatto di possedere un elevato grado di purezza (Fe> 98%), sia che essi siano stati puliti o meno in modo sufficiente da essere considerati materia prima, secondo la normativa vigente. Tali fili vengono inviati a un trattamento termico in forno, con conseguente trasformazione metallurgica del filo da armonico in materiale duttile, con un forte abbassamento delle caratteristiche meccaniche, che diventa pertanto compattabile mediante una semplice operazione di pressatura in blocchi o bricchette, delle dimensioni volute, aventi densità fino a 650-800 kg/m<3>. Tali blocchi compatti sono facilmente trasportabili, stoccabili e direttamente utilizzabili in forni fusori di acciaieria (pronto forno).

Come ulteriore vantaggio del trattamento termico si ha che la gomma residua e tela vengono rapidamente bruciati e, quindi, completamente eliminati. Difatti sovente il solo trattamento meccanico, anche se molto spinto, spesso non è sufficiente a trasformare il rifiuto in materia prima, in base al rispetto delle più recenti legislazioni (riferimento al regolamento europeo 333 del marzo 2011). Inoltre, il trattamento termico in aria favorisce la formazione sulla superficie dei fili di un sottilissimo strato aderente di ossido protettivo. Va sottolineato in proposito che il materiale di partenza, trattato meccanicamente per la pulizia o secondo le altre metodologie descritte, è fortemente suscettibile alla corrosione, sia perché molto incrudito dal processo meccanico, sia perché la superficie “sfregata" per la pulizia non conserva più alcuna patina protettiva. Restaurare un ossido protettivo in superficie è quindi essenziale per non perdere il materiale per corrosione nelle successive fasi di stoccaggio.

Con la presente invenzione, il filo di acciaio proveniente dallo smaltimento degli pneumatici usati viene in definitiva trasformato da rifiuto a materia prima direttamente commerciabile, in particolare utilizzabile in forni fusori di acciaieria sotto forma di blocchi compattati, di densità fino 600 e 700 kg/m3.

Il tempo di permanenza nel forno delle matasse di filo pulite meccanicamente può essere scelto secondo due diverse modalità operative.

La prima modalità prevede un trattamento a temperatura relativamente bassa, nel range 400-600° C, preferibilmente 450-550 °C. Tale temperatura è infatti sufficiente ad ottenere una sostanziale distensione del materiale, che perde la sua armonicità, in massima parte dovuta a trattamenti di incrudimento. Il tempo di permanenza a temperatura si colloca nel range 2-15 min, preferibilmente 2-7 min. Segue un raffreddamento in forno di 5-7 min fino a circa 350 °C, poi in aria. Il materiale così trattato può essere agevolmente compattabile in blocchi di densità superiore a 650 kg a m<3>.

La seconda modalità prevede un trattamento a temperatura più alta, nel range 750-950°C, preferibilmente 750-900 °C. Tale temperatura comporta la (pressoché) totale risolubilizzazione della struttura metallurgica, che perde quindi le proprietà meccaniche dovute all'incrudimento combinato con la eventuale presenza di martensite o martensite rinvenuta. Il tempo di permanenza a temperatura si colloca nel range 5-15 min, preferibilmente 5-10 min. Segue un raffreddamento in forno di 10-15 min. I tempi più lunghi in raffreddamento servono ad evitare la formazione di fasi dure durante tale fase. Il materiale così trattato può essere agevolmente compattabile in blocchi di densità superiore a 750 kg a

m<3>.

Il forno utilizzato prevede l’uso di bruciatori a metano o gasolio, con un eccesso di aria del 2-5%. La presenza di ossigeno nell’atmosfera controllata del forno garantisce la formazione sui fili dello strato di ossido protettivo, nonché l’eventuale combustione di ogni residuo di gomma o tela presenti.

Nel seguito viene illustrata uno schema di realizzazione preferita dell’invenzione, in relazione a un impianto sperimentale schematicamente mostrato in Fig.1.

Le matasse di filo 1 sono mosse a mezzo di una via a rulli 2, o carri, e vengono alimentate in un forno 3. Il forno prevede una sezione di raffreddamento finale 4. In uscita il materiale trattato 5 (matasse di acciaio, privo di residui di gomma e tela e reso malleabile), viene pressato (pressatrice 6) in balle 7. Le balle compattate 7 costituiscono il prodotto finale da spedire alle acciaierie per la rifusione. Il forno 3 è equipaggiato con bruciatori a metano. L’aria 8 è destinata al funzionamento dei bruciatori. I fumi 9 sono inviati al camino. E’ prevista una sezione di raffreddamento 4, utilizzando una controcorrente di aria fredda 10. Il sistema di controllo dell’atmosfera nel forno è pilotato da un sensore 12 (pila a ossigeno) che agisce sulle valvole delle condutture di aria 8 ai bruciatori ed, eventualmente, ricircolando nel forno l’aria di raffreddamento 10 preriscaldata nella sezione di raffreddamento 4.

Nel forno schematicamente illustrato nella figura 1 è stato utilizzato per processare 3 t/h di fili di acciaio. Il materiale in uscita è stato facilmente pressato in blocco e spediti in acciaieria, dove sono stati regolarmente fusi. Sono state utilizzate entrambe le modalità operative, sia a temperatura più bassa (500 °C) che più alta (850 °C).

Claims (1)

1. 4. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per recupero di fili di acciaio di rinforzo dei fianchi e del battistrada di pneumatici, opportunamente estratti meccanicamente dagli pneumatici esausti e successivamente puliti meccanicamente fino ad ottenere una elevata purezza, con Fe> 98 % ed eventualmente con purezza tale che suddetti fili possano anche essere considerati materia prima, caratterizzato dal fatto che detti fili in forma di matasse vengono inviati a un trattamento termico ove avviene una trasformazione metallurgica in grado di eliminare le caratteristiche di armoni cita del materiale, trasformandolo in materiale duttile compattabile per pressatura in blocchi di elevata densità. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1. in cui il trattamento termico è effettuato a temperatura relativamente bassa, nel range 400-600° C, preferibilmente 450-550 °C , con tempo di permanenza a temperatura nel range 2-15 min, preferibilmente 2-7 min, seguito da un raffreddamento in forno di 5-7 min fino a circa 350 °C, e ove il materiale cosi trattato può essere agevolmente compattabile in blocchi di densità superiore a 650 kg a m<3>. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1. in cui il trattamento termico è effettuato a temperatura relativamente alta, nel range 750-950°C, preferibilmente 750-900 °C, con tempo di permanenza a temperatura nel range 5-15 min, preferibilmente 5-10 min. seguito da un raffreddamento in forno di 10-15 min e ove il materiale cosi trattato può essere agevolmente compattabile in blocchi di densità superiore a 750 kg a m<3>. 4. Procedimento secondo la rivendicazione 1. 2. e 3. ove la presenza di ossigeno nell’atmosfera controllata del forno garantisce la formazione sui fili di uno strato di ossido protettivo resistente alla corrosione. 5. Procedimento secondo la rivendicazione 1. 2. e 3. ove il trattamento termico in forno garantisce la completa combustione di ogni eventuale residuo di gomma o tela presenti nel materiale in ingresso (matasse di fili di acciaio). 6. Procedimento secondo la rivendicazione 1. 2. e 3. ove il trattamento termico è effettuato in un forno a metano o gasolio, o combustibili similari, e ove l’atmosfera è controllata.