PL183130B1

PL183130B1 - Sposób wytwarzania mielonego proszku żużla wielkopiecowego oraz kompozycja mielnika do mielenia granulowanego żużla wielkopiecowego

Info

Publication number: PL183130B1
Application number: PL96324903A
Authority: PL
Inventors: Josephine H. Cheung; James M. Gaidis
Original assignee: Grace W R & Co
Priority date: 1995-08-08
Filing date: 1996-07-12
Publication date: 2002-05-31
Also published as: TW327628B; DE69610562T2; AU712996B2; HK1015348A1; KR100300167B1; DE69610562D1; CN1198147A; KR19990036306A; BR9610104A; PL324903A1; AU6490796A; EP0843653B1; US5977224A; JPH11510470A; JP4153035B2; CA2228914C; US5720796A; CN1095815C; CA2228914A1; EP0843653A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest kompozycja mielnika oraz ulepszony sposób mielenia żużla z zastosowaniem wymienionego mielnika i prasy walcowej, a zwłaszcza zastosowanie kwasu akrylowego lub jego soli z metalem alkalicznym jako środka zwiększającego skuteczność mielenia materiału żużlowego w obiegu prasy walcowej.

Zuzel jest produktem ubocznym uzyskiwanym powszechnie w procesie wielkopiecowym. Wielki piec ładuje się zwykle warstwami rudy żelaza, topnika, paliwa i innych źródeł

183 130 tlenków zelaza, co stanowi część procesu metalurgicznego o wysokiej regulacji. Do pieca doprowadza się ciepło i tlen, uzyskując bardzo wysokie temperatury, a stopione żelazo odbiera się przez spuszczanie go przez dno pieca. Stopiony żużel, który tworzy się bezpośrednio nad stopionym żelazem, spuszcza się także i odprowadza z pieca, po czym schładza się go wodą z wytworzeniem wilgotnego ziarnistego materiału żużlowego.

Granulowany żużel wielkopiecowy jest niemetalicznym produktem składającym się głównie z krzemianów i glinokrzemianów wapnia i innych zasad. W ASTM C-989 podane są specyfikacje granulowanego żużla, który można wykorzystać w betonie i zaprawach, natomiast w ASHTO-MR02 podana jest specyfikacja zmielonego produktu, który można wytworzyć z granulowanego żużla i wykorzystać jako składnik mieszanek cementowych (na przykład Standardowe Specyfikacje ASTM C-595 do Mieszanych Cementów Hydraulicznych).

Mieszane kompozycje cementowe można wytwarzać przez zastąpienie części (do około 50% wagowo) składnika cementu hydraulicznego kompozycji zmielonym na proszek produktem żużlowym. Jeżeli jako składnik kompozycji obecny jest żużel, to kompozycje cementowe, zaprawy (cement hydrauliczny, drobne kruszywo, takie jak piasek, oraz woda) i beton (cement hydrauliczny, drobne kruszywo, grube kruszywo, takie jak kamień, oraz woda) wykazują później ogólnie zwiększoną wytrzymałość.

Granulowany żużel poddaje się normalnie obróbce w młynie kulowym lub prasie walcowej uzyskując sproszkowany produkt. W operacji, w młynie kulowym granulki poddaje się przypadkowym uderzeniom za pomocą kulowych elementów młyna rozbijając granulki na odpowiedni proszek. Młyn kulowy pracuje z dużą wydajnością, jeżeli jest w nim obecny środek pomocniczy (nazywany powszechnie mielnikiem), który powoduje, że utworzone cząstki pozostają rozproszone wewnątrz młyna kulowego. Stąd w operacjach w młynach kulowych stosuje się takie związki, jak ligninosulfoniany, trójetanoloaminy i tym podobne.

Mechanizm pracy prasy walcowej jest wyraźnie inny niz pracy młyna kulowego. Granulki żużla wprowadza się do chwytu pary walców i poddaje pojedynczej sile zgniatającej, która powstaje, gdy granulki przechodzą pomiędzy walcami. Walce zgniatają granulki powodując ich pokruszenie się na drobne cząstki, jak również powodując rozdrobnienie granulek, które ulegają całkowitej dezintegracji po poddaniu ich działaniu dezaglomeratora.

Jeden z problemów związanych z prasą walcową polega na szybkości, z jaką wprowadzane granulki zdolne są do przechodzenia pomiędzy walcami. W przypadku małych cząstek (ze strumienia zawracającego) nie ma problemu przejścia pomiędzy walcami, natomiast większe cząstki (z zasilania surowym materiałem) mają skłonność do zatrzymywania się nad chwytem walców. W ogólności wiadomo, że dodatek małej ilości wody, rzędu około trzech procentów wagowo w stosunku do całkowitego materiału zasilającego, jest środkiem ułatwiającym wchodzenie większych granulek do obszaru chwytu. Uważa się, że woda powoduje przyleganie i oddziaływanie granulek i cząstek i ciągnie je przez obszar chwytu.

Produkt końcowy musi być proszkiem suchym, a zatem pod koniec procesu należy usunąć wodę. Stosowanie wody ma niedogodności polegające na konieczności doprowadzania dużych ilości energii do odpędzenia wody, zmniejszeniu wydajności dezaglomeratora i zapychaniu się odpylaczy, co jest związane z samym procesem. Zatem pożądane jest opracowanie kompozycji, która zapewniałaby środek zwiększający skuteczność proszkowania żużla za pomocą młyna kulowego, zmniejszając jednocześnie zapotrzebowanie wody.

Przedmiotem wynalazku jest ulepszony sposób wytwarzania w prasie walcowej proszkowego produktu żużlowego z granulowanego żużla wielkopiecowego, jak również mielnik ułatwiający prowadzenie takiego ulepszonego procesu. Sposób wymaga wprowadzenia kwasu poliakrylowego lub jego soli z metalami alkalicznymi, jak dokładnie opisano niżej, do materiału doprowadzanego do prasy walcowej, zwiększając szybkość, z jaką doprowadzany materiał przechodzi przez młyn walcowy, oraz zmniejszając zawartość wody stosowaną w procesie.

Według wynalazku sposób wytwarzania mielonego proszku żużla wielkopiecowego polegający na poddaniu zasilającego strumienia żużla działaniu prasy walcowej z utworzeniem sprasowanego placka, poddaniu sprasowanego placka działaniu dezaglomeratora z uzyskaniem sproszkowanego materiału, poddaniu sproszkowanego materiału działaniu klasyfikatora z oddzieleniem i odzyskaniem zmielonego proszku żużlowego z zawracaniem pozo4

183 130 stałości materiału do strumienia zasilającego prasę walcową, charakteryzuje się tym, że do żużlowego strumienia zasilającego dodaje się kombinację od 0,002 do 0,3% wagowych polimeru o wagowo średniej masie cząsteczkowej przynajmniej 25 000, należącego do grupy obejmującej kwas poliakrylowy, sole kwasu poliakrylowego z metalem alkalicznym albo ich mieszaniny, od około 0,1 do 4% wagowych wody w stosunku do całkowitego ciężaru żużla wprowadzanego do prasy walcowej, oraz ewentualnie co najmniej jednej (C2-C4-hydroksyalkilo)aminy.

Korzystnie stosuje się polimer w postaci roztworu wodnego zawierającego od około 10 do 50% wagowych stałego polimeru.

Korzystnie stosuje się polimer wstępnie zmieszany z całkowitą ilością wody.

Korzystnie polimer ma wagowo średnią masę cząsteczkowa od około 50 000 do 500 000.

Korzystnie polimer jest kwasem poliakrylowym stosowanym w dawkach od około 0,01 do 0,2% wagowych, a wodę stosuje się w ilości od 0,1 do 2% wagowych w stosunku do całkowitej ilości materiału wprowadzanego do prasy walcowej .

Korzystnie wodny roztwór polimeru zawiera ponadto co najmniej jedną trój(C2-C4-hydroksyalkilo)aminę.

Korzystnie do dwóch grup hydroksyalkilowych hydroksyalkiloaminy można zastąpić grupą lub grupami Cj-Cć-alkilowymi, korzystnie Cj-Cs-alkilowymi.

Kompozycja mielnika do mielenia granulowanego żużla wielkopiecowego w prasie walcowej, według wynalazku charakteryzuje się tym, że składa się z wodnego roztworu zawierającego od około 10 do 50% wagowych polimeru o wagowo średniej masie cząsteczkowej co najmniej 25 000, korzystnie od około 50 000 do 500 000, należącego do grupy obejmującej kwas poliakrylowy, sól kwasu poliakrylowego z metalem alkalicznym lub ich mieszaniny, oraz co najmniej jednej (C2-C4-hydroksyalkilo)aminy, przy czym stosunek hydroksyalkilo-aminy do polimeru wynosi od 0,1 do 10.

Korzystnie jedna lub dwie grupy hydroksyalkilowe hydroksyalkiloaminy są zastąpione grupą lub grupami Cj-Có-alkilowymi, korzystnie Ci-Cs-alkilowymi.

Przedmiotem wynalazku jest więc ulepszony sposób, z zastosowaniem prasy walcowej, wytwarzania proszkowego i zmielonego żużla z granulowanego żużla wielkopiecowego. Ulepszenie wymaga wprowadzenia małych ilości kwasu poliakrylowego lub jego alkalicznych soli albo ich mieszanin do strumienia zasilającego prasę walcową. Zastosowanie kwasu połiakrylowego albo jego soli alkalicznych pozwala na znaczne zmniejszenie ilości wody zasilającej produkt wyjściowy, a zatem zwiększenie przepływu granulowanego żużla przez walce. Stąd opisane aktualnie zastosowanie kwasu poliakrylowego przyczynia się do zmniejszenia zuzycia energii koniecznej do usunięcia wody pod koniec procesu oraz znacznie zmniejsza inne niedogodności związane normalnie z użyciem wody w przedmiotowym procesie.

Ustalono, że kwasy poliakrylowe lub ich sól z metalami alkalicznymi, które są rozpuszczalne w wodzie, są środkami użytecznymi w niniejszym wynalazku. Stosowane tu i w załączonych zastrzezeniach określenie „kwas poliakrylowy” oznacza homopolimery kwasu akrylowego i kopolimery kwasu akrylowego z etylenowo kopolimeryzującymi monomerami, takimi jak na przykład etylen, propylen, butadien, styren, kwas metakrylowy i tym podobne. Kopolimeryzujące monomery obecne są normalnie w ilościach do 30% molowych, a zwłaszcza do 20% molowych. Korzystnymi środkami są homopolimery kwasu akrylowego oraz homopolimery kwasu akrylowego, które są częściowo zobojętnione zasadą metalu alkalicznego, taką jak sól sodowa kwasu poliakrylowego. Polimer powinien być rozpuszczalny w wodzie. Powinien on mieć wagowo średnią masę cząsteczkową co najmniej około 25 000. Korzystny polimer ma masę cząsteczkową co najmniej 50 000, a zwłaszcza od około 50 000 do 500 000. Polimery o niskiej masie cząsteczkowej nie gwarantują polepszonych właściwości, jakie stwierdzono w przypadku stosowania wyżej opisanych kwasów akrylowych.

Polimer rozpuszcza się w wodzie dając roztwór wodny o zawartości w nim od około 10 do 50% wagowo, a zwłaszcza od 25 do 45% wagowo stałego polimeru. Można stosować bardziej stężone roztwory pod warunkiem, że roztwór jest dostatecznie płynny dla ułatwienia stosowania.

183 130

Przy przerabianiu żużla za pomocą konwencjonalnej prasy walcowej ilość wody stosowanej do zwiększenia przepływu przez młyn walcowy wynosi od około 1 do 4% wagowo wprowadzanego materiału. Według niniejszego wynalazku ilość kwasu akrylowego stosowanego jako część materiału zasilającego młyn walcowy (to jest granulowany żużel oraz wszelki materiał żużlowy zawracany z klasyfikatora i ewentualnie dezaglomeratora) powinna wynosić od około 0,002 do 0,3, a zwłaszcza od 0,01 do 0,2% wagowo w stosunku do całkowitego, wprowadzanego materiału żużlowego. Kwas poliakrylowy można stosować jako oddzielny roztwór wodny, albo może być on wstępnie zmieszany z dodatkową wodą, pokrywając całkowicie ilość wody wprowadzanej, jak opisano niżej, do granulowanego żużla, jaka jest konieczna w niniejszym wynalazku.

Niespodziewanie ustalono, że ilość wody stosowanej w procesie z młynem walcowym można znacznie zmniejszyć, jeżeli stosuje się przedmiotowy kwas poliakrylowy. Niespodziewanie ustalono, że taki sam wynik można uzyskać z około połową ilości wody, jeżeli stosuje się ją z małymi ilościami kwasu poliakrylowego według niniejszego wynalazku, uzyskując tę samą skuteczność przy prasie walcowej. Wymagana aktualnie całkowita ilość wody wynosi od około 0,1 do 4, korzystnie od 0,1 do 2, a zwłaszcza od 0,2 do 1% wagowo całkowitego doprowadzanego żużla. Woda roztworu kwasu poliakrylowego powinna być brana pod uwagę jako część całkowitego zapotrzebowania wody. Zatem ilość wody obecnej w operacji procesowej, która musi być usunięta w końcowym etapie obróbki jest znacznie niższa niż w przypadku użycia konwencjonalnego. Dlatego też obserwuje się niższy stopień zbrylania w odpylaczu i mniejsze zapotrzebowanie energii dla wytworzenia suchego produktu proszkowego.

Ustalono ponadto, że przedmiotowy kwas poliakrylowy można stosować w połączeniu z trzeciorzędowymi hydroksyalkiloaminami, takimi jak trój(C2-C4-hydroksyalkilo)amina, na przykład trójetanoloamina, trójizopropanoloamina i tym podobne, jak również aminami trzeciorzędowymi, w których jedna lub dwie z grup hydroksyalkilowych są zastąpione C1-C6-alkilem i grupami cykloalkilowymi, takimi jak dwuetanoloetyloamina, dwuetyloetanoloamina i tym podobne, pod warunkiem, że amina trzeciorzędowa jest rozpuszczalna w wodzie i miesza się z roztworem kwasu poliakrylowego. Stosunek aminy do kwasu poliakrylowego powinien wynosić od 0,1 do 10.

Utworzony proszkowy produkt żużlowy może wciąż zawierać środek według niniejszego wynalazku na bazie kwasu poliakrylowego. Kwas poliakrylowy wymagany w niniejszym sposobie nie ma ujemnego wpływu na właściwości pakowania, wytrzymałość na ściskanie lub czas wiązania utworzonej kompozycji cementowej w porównaniu z kompozycjami konwencjonalnymi. .

Przedmiotowy sposób jest zwłaszcza ukierunkowany na operacje związane z prasą walcową. W takim procesie materiał wprowadzany do młyna walcowego złożony jest z nowo doprowadzonego, granulowanego żużla wielkopiecowego, który miesza się z materiałem zawróconym z klasyfikatora oraz ewentualnie z dezaglomeratora (na przykład młyna młotkowego). Normalnie cały materiał zasilający złożony jest z mieszaniny materiału żużlowego pochodzącego z zawracania oraz nowo dostarczonego, granulowanego żużla w stosunku od 3:1 do 5:1. Uzyskany produkt jest drobnym proszkiem o wysoko rozwiniętej powierzchni Blaine'a od około 500 do 900 m²/kg w porównaniu z 500 do 700 m/kg w rozwiązaniu konwencjonalnym.

Przykład 1

Siły nacisku prasy walcowej oceniano drogą statycznej próby laboratoryjnej, w której materiał żużlowy poddawano pojedynczej sile wysokiego nacisku, a otrzymany sprasowany placek przez krótki okres czasu poddawano wstrząsom. Uważa się, ze zdolność początkowo utworzonego, sprasowanego placka do zachowania swojej zwartości po wstrząsaniu koreluje bezpośrednio ze zdolnością żużla do scalania się i wchodzenia do chwytu prasy walcowej z zapewnieniem lepszej operacji.

Zastosowano granulowany żużel wielkopiecowy zawierający materiał o rozkładzie wielkości cząstek według amerykańskiego standardu U.S. Standard Sieve Size, zatrzymywany w 10,6% na sicie nr 8, w 34,3% na sicie nr 16, w 37,1% na sicie nr 30, w 14,3% na sicie nr 50, a 3,7% materiału przechodziło przez sita. Utworzono wielokrotne próbki, każda złożona z 80 części wagowo granulowanego żużla, który poddawano pojedynczej sile nacisku 106x10⁵ Pa

183 130 (106 barów) przez umieszczenie żużla w 5 cm (2-calowej) kołowej dyszy prasy Carvera. Uformowano zestaw próbek, w których do zuzla dodano 0%, 4% i 8% wagowo wody przed poddaniem go sile nacisku. Dodatkowo utworzono próbkę, w której do żużla dodano kwas poliakrylowy o wagowo średniej masie cząsteczkowej (M_w) 50 000, jako część 4% dawki.

Każdy sprasowany placek umieszczano na sicie nr 8, jako części zestawu sitowego, i poddawano w ciągu 1 minuty wstrząsaniu pionowemu i poziomemu (za pomocą aparatury Ro-Tap) . Ilość materiału zatrzymanego na każdym sicie z tego zestawu była ważona w celu określenia uzyskanej siły kohezji (ilość materiału zatrzymanego na sitach o dużych oczkach).

Wyniki w tabeli I niżej wskazują, że dodatek wody zwiększa kohezję sprasowanego placka. Ustalono to na podstawie zwiększonych ilości materiału zatrzymanego na sicie nr 8 od 6,8 do 9,7 do 18,4 dla próbek o zawartości wody odpowiednio 0,4 i 8%. Próbka zawierająca 0,2% wagowo kwasu poliakrylowego i 3,8% wagowo wody z utworzeniem dawki 4% dawała około 260% zwiększenie kohezji w porównaniu z próbką zawierającą tylko 4% wody, oraz 138% lepsze wyniki niż dla próbki zawierającej 8% wody.

Te wyniki wskazują, że zwiększoną kohezję można osiągnąć przez dodanie małych ilości kwasu poliakrylowego oraz że zawartość wody można zmniejszyć osiągając kohezję równoważną kohezji uzyskiwanej przy stosowaniu wyzszych dawek wody.

Tabela I

Nr sita	0% H₂O	4% H₂O	8% H₂O	3,8% H₂O 0,2% PAA
8	6, 8	9,7	18,4	25,3
16	30.8	45,1	63,7	38,0
30	41,1	43,8	16,2	36,4
50	21,0	0,3	0,0	0,3
pan	2,4	0,1	0,0	0,0

Przykład 2

Powtórzono test z przykładu 1, z tym wyjątkiem, że z próbką zawierającą 0,05% kwasu poliakrylowego (M_w = 50 000) i 0,45% wody w całkowitej dawce cieczy 0,5% porównywano tylko próbki zawierające 0,5%, 1% i 2% wody. Stosowany żużel był mieszaniną 1 części granulowanego żużla wielkopiecowego, opisanego wyżej w przykładzie 1, i 4 części zawróconego materiału uzyskanego ze strumienia klasyfikatora, tworząc kompozycję zasilającą o rozkładzie wielkości cząstek 13,8% na sicie nr 8, 13,7% na sicie nr 16, 17,0% na sicie nr 30, 11,0% na sicie nr 50 i 44,5%, które przechodziło przez sita.

Próbki zawierające 0,05% PAA i 0,45% wody miały kohezję równą lub lepszą niż kohezja wykazywana przez próbki zawierające tylko wodę. Dane z tabeli II wskazują, że można znacznie zmniejszyć zawartość wody w materiale zasilającym prasę walcową, uzyskując równe lub lepsze przetworzenie przez prasę walcową z chwytem, i uniknąć usuwania dużej części wody.

T a b e l a II

Nr sita	0,5% wody	1% wody	2% wody	0,05% PAA +0,5% wody
8	10,0	13,4	13,7	14,5
16	13,4	12,1	15,0	116
30	18,2	16,1	20,2	15,6
50	13,0	13, 0	24, 8	110
pan	45,4	45,3	26,3	47,3

183 130

Przykład 3

Próbki utworzono jak w przykładzie 2, przy czym próbki zawierały kwas aoliżkrylowy z 0,05% wagowo ilością toójizzarzaanzloαminy. Sprasowane placki poddano 3 razy operacji kruszenia w kruszarce udarowej (4-funtowej) (energia 50 dzuli). Uzyskany materiał przesiewano, a frakcje zatrzymane na sitach nr 8 i nr 16 łączono i poddawano udarowi jeszcze trzy razy. Uzyskany materiał analizOwano przez przepuszczenie przez zestaw sitowy. Ustalono, że próbki zawierające trójizopoopαnoloaminę, jako część dodatku, miały większy udział frakcji drobnej, jeżeli poddawano je operacji kruszenia w dezaolomerαtooze, takim jak młynek młotkowy.

183 130

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania mielonego proszku żużla wielkopiecowego przez poddanie zasilającego strumienia żużla działaniu prasy walcowej z utworzeniem sprasowanego placka, poddanie sprasowanego placka działaniu dezaglomeratora z uzyskaniem sproszkowanego materiału, poddanie sproszkowanego materiału działaniu klasyfikatora z oddzieleniem i odzyskaniem zmielonego proszku żużlowego zawracając pozostałość materiału do strumienia zasilającego prasę walcową, znamienny tym, że do żużlowego strumienia zasilającego dodaje się kombinację od 0,002 do 0,3% wagowych polimeru o wagowo średniej masie cząsteczkowej przynajmniej 25 000, należącego do grupy obejmującej kwas poliakrylowy, sole kwasu poliakrylowego z metalem alkalicznym albo ich mieszaniny, od około 0,1 do 4% wagowych wody w stosunku do całkowitego ciężaru zuzla wprowadzanego do prasy walcowej, oraz ewentualnie co najmniej jednej (C₂-C4-hydroksyalkilo)aminy.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, ze stosuje się polimer w postaci roztworu wodnego zawierającego od około 10 do 50% wagowych stałego polimeru.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się polimer wstępnie zmieszany z całkowitą ilością wody.
4. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że polimer ma wagowo średnią masę cząsteczkową od około 50 000 do 500 000.
5. Sposób według zastrz. 1 albo 4, znamienny tym, że polimer jest kwasem poliakrylowym i stosuje się go w dawkach od około 0,01 do 0,2% wagowych, natomiast wodę stosuje się w ilości od 0,1 do 2% wagowych w stosunku do całkowitej ilości materiału wprowadzanego do prasy walcowej.
6. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że wodny roztwór zawiera co najmniej jedną1rój(C₂ -C4-hydroksyalkilo)aminę w stosunku hydroksyalkiloaminy do polimeru od 0,1 do 10.
7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że jedną lub dwie grupy hydroksyalkilowe hydroksyalkiloaminy są zastąpione grupą lub grupami Ci-Có-alkilowymi, korzystnie C 1 -C5-alkilowymi.
8. Kompozycja mielnika do mielenia granulowanego żużla wielkopiecowego w prasie walcowej, znamienna tym, że składa się z wodnego roztworu zawierającego od około 10 do 50% wagowych polimeru o wagowo średniej masie cząsteczkowej co najmniej 25 000, należącego do grupy obejmującej kwas poliakrylowy, sól kwasu poliakrylowego z metalem alkalicznym lub ich mieszaniny, oraz co najmniej z jednej (C2-C4-hydroksyalkilo)aminy, przy czym stosunek hydroksyalkiloaminy do polimeru wynosi od 0,1 do 10.
9. Kompozycja mielnika według zastrz. 8, znamienna tym, że jedna łub dwie grupy hydroksyalkilowe hydroksyalkiloaminy są zastąpione grupą lub grupami Ci-Cć-alkilowymi, korzystnie Ci-Cs-alkilowymi.
10. Kompozycja według zastrz. 8, znamienna tym, że kwas poliakrylowy ma wagowo średnią masę cząsteczkową od około 50 000 do 500 000.