RO126478A2 - Tehnologie pentru retopirea deşeurilor feroase pulverulente în cubilou - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un procedeu de valorificare a prafurilor şi a şlamurilor feroase ultrafine poluante, rezultate din siderurgie şi la un agregat de topire de tip cubilou, utilizat pentru recuperarea unor materii prime pentru siderurgie, cu costuri reduse. Procedeul conform invenţiei constă în realizarea unui amestec de deşeuri, care conţine minimum 35% oxizi de Fe, 20...24% C cu granulaţia mai mică de 1,2 mm, care poate fi praf de cocs sau cărbune, oxizi de Si, Ca, Al, Mg, Zn, Pb şi Cu în diferite proporţii şi 7...12% liant, care poate fi var, bentonită, smoală sau ciment cu apă, amestecul se brichetează pe prese () cu tambur, în brichete cu dimensiuni cuprinse între 60 şi 100 mm, având o rezistenţă mecanică de 50...70 Kf/cmşi o densitate în vrac de 2,3...3,0 t/m, se pregăteşte o şarjă mixtă din minimum 40% scoarţe metalice recuperate, maximum 60% brichete şi un adaos de 3...12%, format din calcar, fluorină şi carbid cu granulaţia de 40...60 mm, care sunt topite împreună cu cocsul metalurgic cu dimensiuni cuprinse între 40 şi 100 mm, având minimum 84% cenuşă, şarjele sunt încărcate în porţii calculate în funcţie de dimensiunile agregatului, astfel încât înălţimea stratului de cocs să fie cuprinsă între 0,3 şi 0,35 m, iar greutatea încărcăturii metalice să fie calculată ca un raport Q = 0,2...0,28 t cocs/t fontă, debitul de aer Q= (40...60)D, timpul dintre momentul încărcării şi momentul topirii este de maximum 40...50 min, iar temperatura la nivelul încărcăturii este de minimum 550°C. Agregatul () conform invenţiei poate avea cuva () cilindrică sau tronconică cu un diametru D = 0,4...3,2 m, în funcţie de capacitatea

Description

Titlu: TEHNOLOGIE PENTRU TRATAREA DEȘEURILOR INDUSTRIALE FEROASE PULVERULENTE

Invenția se refera la o tehnologie de procesare a prafurilor si slamurilor feroase ultrafine rezultate din siderurgie prin retopire in cubilou cu o construcție modificata care da posibilitatea recuperării firului continui sub forma de fonta lichida si zgura reciclabila care permite reducerea semnificativa a poluarea mediului prin evitarea manipulării , transportului si depozitarii acestora in halde deschise in contact cu mediul ambiant.

In procedeele de fabricație din siderurgie rezulta deșeuri secundare constituite din amestecuri de prafuri de diferiți oxizi cum ar fi oxizi de fier , de siliciu , de calciu , mangan, magneziu , plumb , aluminiu si , unele cu C sub forma de cocs si cărbune. Cantitatile mari generate anual se regăsesc sub forma de praf si slam de furnale si de otelarie, prafuri de la electrofiltrele diveselor agregate cum ar fi cuptoare electrice cu arc , statii de desprafuire ale estacadelor de depozitare a materiilor prime, hale de turnare a metalului lichid - fonta si otel sau praf de oxid feric rezultat de la regenerarea soluțiilor acide uzate de la dacaparea laminatelor plate prin procedeul Babcook Woodall-Duckham. Deasemenea sunt generate anual cantitati mari de tunder vare sunt deșeuri de oxizi de fier cu conținut ridicat de peste 65 % Fe. O gama larga de deșeuri pulverulente bogate in Fe sunt generate si in alte industrii cum ar fi : extracția aluminei prin procedeul Bayer din care rezulta nămol roșu , cenușile piritice rezultate de la fabricația acidului sulfuric , cenușile de termocentrala, rezuduu rezultat de la sablarea corpurilor de nave, etc.

Deseurile provenite din siderurgie si-au găsit parțial o utilizare prin reciclarea pe propriile fluxuri industriale prin reintroducerea ca atare in fluxul de aglomerare a minereurilor de fier cum este cazul prafului de furnal si de otelarie posibilitate care este data de granulatia mai mare a acestora de circa 0,2 - 1,2 mm .

O alta modalitate de prelucrare a acestor slamuri este peletizarea acestora pe peltizoare cu taler înclinat. Prin aceasta se omogenizează amestecul de desuri prăfoase cu un liant si cu praf de cărbune sau de cocs fin cu diametrul mediu d_m< 0,06 mm se adauga diverși lianți solizi in proporție de 2- 4 % se preumecteaza la 7 - 8 % apa apoi se peleteizeaza pe taler înclinat ,parametri de lucru fiind: viteza periferica a talerului = 1,1 - 1,5 m/s, înclinația α = 35 - 52 ⁰ funcție de care se obține si diametrul mediu al peletelor: 18-25 mm . Compoziția lor chimica este dependenta de materialele prăfoase deseu introduse in reteta si de ponderea acestora. Exista mai multe procedee care se pot aplica acestor pelete :

<V-2 D C 9 - Ο Ο Ο 4 - ’

O 2 Ifo 2009

• Arderea in cuptor tubuiar rotativ , căldură fiind obtinuta cu păcură sau praf de cărbune cu consumuri de cca. 70 - 90 kg./ t.pelete;

• Arderea in cuptoare rotative cu vatra mobila care permite realizarea postcombustiei CO generat din reducerea oxizilor de fier si prin aceasta se face o economie de combustibil clasic pentru arderea peletelor;

Peletele reduse au un grad de metalizare de 80 - 95 % , un conținut de Fe de 40 55 % si o rezistenta mecanica Rm = 120 -180 kg/peleta suficienta pentru a fi folosite in încărcătură furnalelor ca materie prima. Prin arderea acestor pelete in cuptoarele de tipul amintit la 1280 - 1350 °C, se poate face eliminarea unor elemente nocive cum ar fi Zn in proporție de 95 % , Pb in proporție de 25 %, Cd in pondere de 80 % si S in pondere de 90 %. Consumul in furnale ale acestor pelete se face cu limitare la 5 % din total încărcătură si se obține fie fonta de afinare fie fonta de turnatorie funcție de regimul de funcționare al agregatului.

Este cunoscuta deasemenea o tehnologie de tratare a acestor slamuri si prafuri industriale cu continui mediu si ridicat de fier prin fluxul aglomerare - furnale de capacitate mica. Acestea sunt mixate intr-o statie de dozare si de amestecare in omogenizator tubuiar după care sunt introduse pe fluxul de aglomerare a minereurilor. In aceasta varianta , minereurile clasice au o pondere de maxim 20% restul fiind aceste deșeuri feroase. Tehnologia de aglomerare diferă de cea clasica prin conducerea regimului de sinterizare in domeniul oxidant in care temperatura stratului de topire al este de peste 1350 - 1400 °C la care este eliminat Zn, Cd si o parte de circa 20 % din Pb existent. Aglomeratul obtinut are o rezistenta mecanica relativ buna exprimata prin indicii: IRSID I20 - rezistenta la soc mecanic 35-45 % si I₅ de 18 - 27 %. Din cauza caracteristicilor mecanice de valoare medie se o utilizează in furnale cu capacitatea de maxim.550 m . Funcționarea fumaleler diferă de cele clasice prin parametri următori:

• Productivitate mai mica 1,5 - 1,71 fo./m³ x zi ef.

• Presiuna la gura de incarcare de 0,3 - 0,5 bar si temperaturi de cca. 750 850 °C pentru a favoriza volatilizarea elementelor Zn, Cd, alcalii.

Fonta produsa in aceste furnale are caracteristicile fontei de turnatorie dar mai conține unele elemente ca Cu 0,4 - 1 %, Pb 0,4 - 0,8 % si altele . Aceste elemente sunt acceptate pentru turnarea pieselor de fonta cu pereți groși , deci > 20 mm producând imbunatatirea caracteristicilor mecanice si a aschiabilitatii.

Se mai cunoaște o tehnologie de tratare a acestor deșeuri prăfoase cu conținut de fier care consta din realizarea de brichete autoreducatoare folosind praful de cărbune sau de cocs ca adaos reducator. Acestea au dimensiuni intre 100 -120 mm si dupe ce se întăresc timp de 24 de ore in mediu ambiant sunt topite in furnale de capacitate mica de cca. 30- 60 m³ folosindu-se cocs de calitate mai slaba. Fonta produsa are carateristicile fontei de turnatorie cu un continui ridicat de (^2009-01004-0 2 -12- 2009 elemente neferoase compoziția fiind următoarea : Si 1,5 - 2,5 % , Mn0,7 -1 % si

Cu 0,6 - 1,2 %, Pb 0,5 - 1 % Ni 0,2 -,4 %.

Variantele tehnologice prezentate au dezavantajul unor investiții foarte mari si a unei eficiente economice reduse sau chiar care funcționează cu pierderi dat fiind ca acestea realizează de fapt un serviciu de mediu pentru eliminarea acestor deșeuri. Din acest motive ele s-au dezvoltat in tari cu o siderurgie puternica cum ar fi Japonia si Germania, Franța. Rolul acestor tehnologii este de a da o soluție pentru reducerea deșeurilor feroase depozitate in halde sau chiar consumul celor deja depozitate in haldele existente.

Un alt dezavantaj al acestor variante tehnologice este consumul de combustibil păcură si cocs metalurgic care pe langa prețul de cost ridicat prezintă si dezavantajul generării gazelor cu efect de sera in cantitati semnificative.

Din cauza amplasării lor in perimetrul combinatelor siderurgice si reciclării pe fluxul principal de producție apar limitări severe ale consumului fontei produse ca si a clasei de deșeuri permisa afi reciclata deoarece se perturba limitele normelor de calitate impuse.

Avantajul principal al acestor tehnologii este ca oferă o soluție pentru reciclarea locala a unor cantitati foarte mari de deșeuri .

Un alt avantaj al tehnologiilor de reciclare in furnale de capacitate mica este extemalizarea deșeurilor din combinatele care le produc si procesarea lor separata caz pentru care se pot accepta orice fel de deseu.

Analiza acestor tehnologii care asigura tratarea ecologica a acestor tipuri de deșeuri si constatarea ca pentru tara noastra este o problema deosebit de importanta exista in cantitati foarte mari din acestea depuse in halde istorice si cantitati de ordinul a 1 - 2 sute de mii tone pe an care se generează continuu a dus la concluzia ca:

• este nevoie de realizarea unei tehnologii relativ simple si in care sa existe experiența acumulata;

• sa poata procesa orice fel de deseu feros cu obținerea unei fonte de calitate relativ scăzută;

• sa necesite investiții atat de mici incat sa poata fi replicată de către mai multi agenți economici privați in locații cat mai apropiate de haldele acestor deșeuri.

Problema pe care o rezolva invenția este aceea:

• adaptarea tehnologiei de topire din cubilouri pentru a putea accepta materiale oxidice in încărcătură;

CK- 2 O O 9 - O 1 o o 4 - O 2 -12- 2009 • modificarea constructiva a cubiloului pentru a permite optimizarea parametrilor tehnologici la topirea materialelor oxiduce si reducerea cantitatii si nocivității deșeurilor secundare.

Tehnologia, conform invenției înlătură dezavantajele menționate mai sus prin aceea ca:

• Conduce permite procesarea oricărui tip de deseu indiferent de sursa , cu continui relativ ridicat de Fe min. 30 - 35 % indiferent de conținutul de elemente neferoase;

• Pot funcționa independent de marii agenți economici care generează aceste deșeuri si se poate amplasa in locații apropiate de haldele unde sunt depo zitate. Deoarece sunt unitati mici de producție necesita investiții reduse ;

• Funcționează cu un consum redus de cocs care poate fi de calitate inferioara si permite folosirea de surse de carbon diferite si ieftine cum ar fi : praful de cocs si antracitul;

• Reduce poluarea cu praf si a emisiei de CO₂ si produce o zgura care poate fi reciclata in industria cimentului cu efecte importante in reducerea emisiei de CO₂;

Dezavantajul tehnologiei este consumul redus de deșeuri care poate fi realizat anual.

Se da, in continuare , un exemplu de realizare a invenției in legătură cu fig. Nr.l.si 2.

Tehnologia de tratare a deșeurilor prăfoase de oxizi de fier prin retopire in cubilou , conform invenției prevede in prealabil stocarea in bucarele (1) pe sorturi de deșeuri, liant care poate fi ciment, bentonita si reducator - praf de cărbune sau de cocs care sunt dozate cu extractoare volumetrice (2) si transportate in omogenizatorul (3) . In omogenizator se introduc toate componentele si praful de reducator si apa si se amesteca pana la un grad de omogenizare de min. 95 %. Toate materialele in special deșeurile feroase praf si reducatorul trebuie sa aiba o granulație mai mica de 1,2 mm. Acestea se brichetează cu prese cu tambur (4) si alveole in brichete ovoidale sau pe prese hidraulice cu mai multe pistoane de unde rezulta brichete cilindrice sau hexagonale la presiuni de cca. 4-10 tf./cm² după care sunt depozitate in hale acoperite pentru durificare cca. 24 h.Brichetele cu dimensiuni medii de 60 - 100 mm si cocsul metalurgic cu dimensiuni de 40 - 100 mm sau cocs de turnatorie de 60 - 120 mm sunt încărcate in buncăre de stocare separate (5) de unde sunt dozate si încărcate alternativ in cubilou cu un aparat de

Λτ2 Ο Ο 9 Ο 1 Ο Ο 4 - Ο 2 Ί2- 2009 încărcare cu skip sau banda înclinată (6) si con (7). Cubiloul (8) este de construcție clasica cu cuva cilindrica sau tronconica (9) care poate avea 1 sau 2 rânduri de guri de aer , diametre constructive uzuale pentru cubilourile clasice de la 0,5 la 2,8 m . Pentru acest caz in care este prevăzută topirea de materiale oxidice cubiloul este construit astfel:

înălțimea cubiloului raportata la diametrul sau este

H = (6-8)D -m Inaltimea creuzetului este :

„ x-zw/tcza) _

F(yf+ yzg)

Mai mare decât a cubiloului clasic

Diametrul orificiului de evacuare a zgurei este :

Deoarece este previzibila o cantitate mai mare de zgura si se impune o durata limitata a descărcării atunci rezulta ca suprafața orificiului este cu cca. 20 % mai mare decât a cubiloului clasic.

Tehnologia de topire a încărcăturii cu brichete din materiale deseu oxidice este diferita de cea a funcționarii cubiloului clasic :

1. încărcătură metalica a cubiloului este formata din :

• minim 40 % scoarțe metalice deseu recuperate cu impurități de pana la 30 % provenite din zgura resturi de materiale refractare,praf cu • dimensiuni medii 50 -200 mm • densitate in vrac de 2,3 - 3,2 t/m³ • si restul de 70 % simt brichete oxidice care pot avea compoziția următoare :

- 60 % 20-10% 15- 5%

8- 3%

4- 1%

0,5- 10%

Oxizi de Fe -35

SiO₂ -20

CaO -15

A1₂O₃ -8

MgO -4

ZnO -0,

PbO -0,

CuO -0.

Liant -5

0,2 -1,5 %

0,2 - 2,5 %

- 7 %

Carbon praf pentru reducere Cu caracteristici:

% la masa uscata • Dimensiuni • forma

- 80 mm ovoidala, cilindrica, hexagonala

2009'01 004-Ο 2 -12- 2009

Ί • Rezistenta macanica la compresiune - 50-80 kgf./ cm² • Densitate aparenta - 3,5 - 4,5 gr./ cm³ • Densitate in vrac - 1,8 - 2,5 t/ m³

2. Cocsul folosit pentru ardere poate fi de tip metalurgic cu caracteristici:

• Dimensiunea medie - 40-80 mm • Densitate in vrac - 520 - 570 kg/ m³ • Rezistenta la toba Micum - 74 - 78 %

Analiza tehnica:

• C_flx - 84 -90% • Cenușa - 15 - 8 % • Materii volatile - 0.6 - 0.8 % • Sulf - 0,8-0,9%

3. Alegerea greutății unitarii de încărcare se face funcție de diametrul cubiloului astfel incat inaltimea stratului de cocs sa fie de cca. 0,3 - 0,4 m . încărcătură metalica se calculează pentru un raport Fe din încărcătură metalica si cocs in limitele 200 - 280 kg cocs/ tona de fonta. Unitatea de încărcare formata dintr-o încărcătură de cocs si una de scoarțe de metal si brichete trebuie sa formeze in cubilou o coloana de 5 - 7 încărcături ceea ce inseamna ca inaltimea acestui tip de cubilou trebuie sa fie mai mare decât a cubliloului clasic daca facem referința la același diametru. Numărul de încărcături suplimentare introduse in cubilou fata de cel clasic conduce la creșterea timpului de staționare in fluxul de gaze a încărcăturii metalice deoarece debitul de aer insuflat se menține constant si anume de cca. (49 - 65) *D - m / m _vaira * min. Astfel durata de menținere a încărcăturii metalice in cubilou pana la topire este de cc.a 40 - 60 min. Fata de 20 - 30 min in cazul cubiloului clasic care are încărcătură compusa numai din bucăți metalice .

4. Productivitatea cubiloului este diminuata si se poate calcula cu relația :

P = (40 - 60) D² - kg fonta / min.

5. Cantitatea de zgura produsa poate fi de cca. 130 - 320 kg/t.fonta. sau mai mare funcție de natura deșeurilor topite si conținutul de fier.

6. Temperatura la gura de încărcare este menținută ridicata la peste 500 600°C pentru evacuarea elementelor volatile Zn/ZnO ,Pb/PbO ,Cd/CdO o data cu praful pentru a fi recuperate in sistemul de desprafuire si tratate ulterior pentru recuperarea elementelor neferoase.

A- 2 Ο Ο 9 - Ο 1 Ο (Η - Ο 2 -12- 200S

7. Calitatea fontei si a zgurei. Fonta produsa are o temperatura ridicata de 1450 - 1480 °C si o compoziție care depinde de natura deșeurilor folosite si compoziția chimica a acestora. Fonta concentrează majoritatea elementelor neferoase si o parte din cele volatile după cum urmeaza :

Cu - 100 % , Cd - 10 %, Zn - 0 %, Pb - 50 %, Ni - 80 %, Cr - 90 %, Mn - 50 %. Compoziția medie a fontelor produse pe aceasta cale poate fi :

Fe - 94,5 % , Si - 0,2,- 0,4 % , Mn - 0,3 - 0,7 % , Cu - 0 -1,2 % , Pb 0 - 1,5 % ,Cr - 0 - 0,3 %, Ni -0 - 0,2 %,Cd - 0 - 0,2 %.

Fontele care conțin astfel de elmnete neferoase pot avea utilizare in turnarea pieselor cu pereți groși si care confere pieselor o buna aschiabilitate la prelucrare mecanica.

8. Calitatea zgurei este data in principal de compoziția chimica care poate fi : SiO₂ - 28 - 35 %, CaO - 30 - 40 %, A1₂O₃ - 4 - 12 %, MgO - 1 - 4 %, FeO - 0,2 1 % , MnO - 0,2 -0,8 %. Acesta zgura daca este răcită rapid prin stingere cu apa poate fi folosita ca materie prima sec undara la fabricarea cimentului de zgura sau cimentului Portland.

9. Calitatea prafului de cubilou este importanta pentru acesta conține 20 - 40 % oxid de Fe, 30 - 50 % ZnO, 5 - 15 % PbO, 2 - 10 % CdO toate aceste componente pot fi valorificate separat prin alte tehnologii.

Claims (2)

REVENDICĂRI

1. Tehnologie de tratare a deșeurilor industriale feroase pulverulente caracterizata prin aceea ca deșeurile sunt amestecate in baza unei retete care conține minim 35 % Fe_raet si conținutul de carbon fix , C_fix = 20 - 24% cu granulatia < de 1,2 mm care poate fi adus fie cu praf de cocs sau de cărbune (antracit, huila, mangal), liant care poate fi var, bentonita, smoala, ciment cu apa 7 - 12 % care sunt brichetate in brichete ovoidale , cilindrice, sau hexagonale cu dimensiuni medii intre 60 - 100 mm, cu o rezistenta mecanica de 50 -70 kgf/ cm² , densitate in vrac de 2,3 - 3,0 t /m³ care se topesc intr-un cubilou, intr-o șarja mixta cu minim 40 % scoarțe metalice recuperate si maxim 60 % brichete cu adaosuri de 3 - 12 % calcar , fluorina si parțial carbid cu dimensiuni de 40 - 60 mm, care sunt topite cu cocs metalurgic de dimensiuni 40 - 100 mm cu minim 84 % cenușa, rezistenta la soc mecanic - toba Micum 74 -78 % ,care sunt incarcate in porții calculate in relație cu diametrul cubiloului astfel incat inaltimea stratului de cocs sa fie de 0,3 - 0,35 m si greutatea încărcăturii metalice astfel calculata ca raportul Q fonta rezultata din încărcătură pe cantitatea de cocs sa fie de 0,2 - 0,28 t cocs/t fonta , funcționează cu un debit de aer calculat la suprafața vetrei de = (40 - 60)D² astfel incat durata de trecere a încărcăturii metalice da la momentul încărcării pana la momentul topirii sa fie de maxim 40 - 50 minute , temperatura la nivelul încărcăturii sa fie menținută la minim 550°C si in sistemul se epurare al gazelor sa se poata capta praful de cubilou integral cu un conținut de ZnO, CdO, PbO.

2. Cubilou pentru retopire scoarțe metalice deseu si brichete oxidice feroase caracterizat prin aceea ca este construit in varianta cu cuva cilindrica sau tronconica la o gama de diametre similara cu cubilourile clasice , de la D = 0,4 la 3,2 m care poate funcționa cu aer rece sau cald insuflat prin una, doua sau trei rânduri de guri de aer cu o cuva de înălțime egala cu (6 - 8) D , care poate fi construit in varianta cu sau fara antecreuzet, prevăzut cu sistem de desprafuire a gazelor calde si recuperarea integrala a prafului