RO132346B1 - Instalaţie ecologică de producere a fontei - Google Patents

Description

Invenția se referă la o instalație ecologică de producere a fontei într-un cubilou special construit, la care materialele prime folosite sunt șlamuri cu conținut de oxizi de fier (Fe₂O₃) și (Fe₃O₄) ca, de exemplu, șlamul provenit din procesarea bauxitei, prafuri cu conținut de fier, tzunder și scoarțe, rezultate ca deșeuri din diverse operații tehnologice, cum sunt cele prin care se produc fontele și oțelurile, operațiile de laminare sau prelucrare la cald a oțelurilor, operațiile de producere a țevilor laminate sau extrudate de oțel, a tablelor și benzilor laminate la cald sau rece.

Se cunosc multe firme care au în dotare cubilouri și există multe brevete privind construcția lor sau combustibilul folosit, precum și materiile prime folosite.

Sunt cunoscute și brevete în care se prezintă cubilouri care folosesc ca materii prime brichete confecționate din șpan de oțel rezultat prin prelucrarea mecanică a pieselor. De asemenea, sunt multe procedee de elaborare a fontei în cubilou ca de exemplu cele cu două rânduri de guri cu aer redistribuit, precum și cubilouri la care temperatura necesară topirii materialelor prime se face prin înlocuirea cocsului cu gaz metan, parțial sau total. De asemenea, o metodă utilizată pentru ridicarea temperaturii în creuzetul cubiloului este și insuflarea de oxigen.

Printre instalațiile de producere a fontei în cubilou cunoscute este și cea prezentată în documentul US 3832158 A, care prezintă un procedeu și o instalație tip cubilou de obținere a unui metal din oxid metalic sub formă de pelete cu conținut de carbon, cuprinzând: formarea în cubilou a unui pat de cocs, formarea pe acesta a unor straturi alternative din peleți de oxid și încărcătură de cocs, cocsul din peleți fiind suficient pentru a pentru a realiza o reducere completă a oxidului de metal; încărcarea unei cantități de flux de topire, intercalat între încărcarea menționată, pentru producerea zgurii; aprinderea stratului de cocs și introducerea aerului în acesta pentru încălzirea peletelor și formarea unui metal topit care curge prin stratul de cocs menționat, colectarea și descărcarea metalului topit, instalația de aplicare a procedeului fiind compusă din o instalație de transport a încărcăturii, un cubilou realizat dintr-un corp cilindric vertical cu pereți refractari și picioare de susținere, având o gură de încărcare a peletelor și materialului carbonic la partea superioară , o gură de evacuare a metalului topit și a zgurii la partea inferioară, la nivelul camerei de topire și trei cutii inelare de distribuire a aerului în camera de ardere.

Documentul GB 1041962 A, prezintă de asemenea o instalație de producere a fontei cuprinzând un cuptor tip cubilou în care are loc reducerea finală și topirea minereului de fier, cu guri de alimentare și de evacuare a metalului lichid produs prin reducerea minereului de fier realizată prin arderea unui combustibil și a oxigenului injectat prin niște duze ale unor cutii inelare, gazele rezultate și materialul topit fiind trimise printr-o conductă într-un recipient de unde zgura și fierul topit sunt evacuate, gazele arse fiind conduse printr-o conductă la un încălzitor de aer înainte de a fi descărcate prin coșul de fum.

De asemenea, sunt cunoscute instalații de reținere a particulelor solide din gazele arse, precum cea din documentul WO 2011106012 A1, care prezintă o metodă și un aparat pentru tratarea unui gaz de evacuare, cuprinzând o serie de filtre și unități de condiționare utilizate pentru a separa și extrage diferite substanțe din gazele provenite dintr-un proces industrial, respectiv: un filtru cu ciclon, un filtru ceramic, un filtru cu saci și o pereche de aparate de condiționare a gazului, utilizate pentru a separa și pentru a extrage praful bogat în fier și apoi a prafului de zinc dintr-un gaz de evacuare ce îl conține.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în realizarea unei instalații de producere a fontei în cubilou din șlamuri și prafuri feroase brichetate, în mod eficient energetic și ecologic.

RO 132346 Β1

Instalația de producere a fontei conform invenției rezolvă această problemă tehnică 1 prin aceea că folosește ca materie primă brichete obținute din deșeuri feroase tip șlam feros, praf de fier, țunder sau/și scoarțe, precum și șlam rezultat din procesarea bauxitei, și 3 cuprinde un cubilou, un grup de două cicloane, două exhaustoare și niște cutii de filtrare cu saci filtranți, cubiloul fiind realizat dintr-un corp cilindric vertical cu pereți refractari și picioare 5 de susținere, o gură de încărcare a materiei prime și a materialului carbonic la partea superioară, o gură de evacuare a metalului topit și a zgurii la partea inferioară, la nivelul camerei 7 de topire, și trei cutii inelare de distribuire a aerului în camera de ardere, pentru asigurarea unei temperaturi de topire mai mari de 1800°C în zona creuzetului, cubiloul având o înălțime 9 de peste 15 m, cu gura de încărcare la 8,24 m și pereții din cărămizi refractare cromomagnezitice cu minimum 94% MgO zidite pe două rânduri, cărămizile din stratul interior fiind sepa- 11 rate între ele cu plăci de oțel inox cu 18% Cr și 8% Ni, trecerea gazelor arse în ansamblul de reținere a particulelor fiind realizată printr-un ansamblu de parascante iar sacii filtranți ai 13 cutiilor de filtrare fiind confecționați din fibră de sticlă sau minerală, rezistentă la temperaturi de peste 700°C și plasă de sârmă inoxidabilă, pentru desfundarea sacilor filtranți fiind 15 prevăzute niște sprinklere cu aer sub presiune.

Instalația de producere a fontei conform invenției prezintă următoarele avantaje:17

- permite producerea fontei în cubilou din șlamuri și prafuri feroase brichetate, în mod eficient energetic și ecologic;19

- sistemul de înzidire a cubiloului face ca fiecare cărămidă să fie limitată de următoarea printr-o placă de inox în vederea creșterii durabilității prin difuzia suplimentară a cromului21 în cărămidă;

- toate deșeurile rezultate în urma proceselor tehnologice din instalație, inclusiv 23 praful, sunt recuperate integral, selectate gravitațional, iar în atmosferă este eliminat numai aerul care conține particule în suspensie în limitele aprobate conform normelor în vigoare. 25 Invenția este prezentată pe larg în continuare, în legătură și cu fig. 1...7, care reprezintă:27

- fig. 1, vedere din față și de sus a instalației de producere a fontei conform invenției;

- fig. 2, vedere în secțiune longitudinală și transversală a cubiloului instalației;29

- fig. 3, vedere în secțiune longitudinală a grupului de cicloane al instalației;

- fig. 4, vedere în secțiune longitudinală a unei cutii de filtrare a gazelor arse;31

- fig. 5, vedere din lateral a sistemului de încărcare cu deșeuri și brichete, al instalației;33

- fig. 6, vedere în secțiune transversală prin zidăria în curs de completare a cubiloului;

- fig. 7, secțiune longitudinală și transversală prin antecreuzet cu gura de alimentare 35 cu fontă și zgură, de la cubilou, cele două guri de evacuare a zgurii și gura de evacuare a fontei.37

Instalația conform invenției cuprinde un cubilou, un grup de două cicloane, două exhaustoare și niște cutii de filtrare cu saci filtranți, și folosește ca materie primă brichete39 obținute din deșeuri feroase tip șlam feros, praf de fier, țunder sau/și scoarțe și praful de cocs necesar arderii, materie primă care trebuie să fie în prealabil brichetată, precum și șlam41 rezultat din procesarea bauxitei.

Instalația de producere a fontei conform invenției, prezentată în fig. 1 și 1-A, include 43 următoarele utilaje:

A. Cubilou; cubiloul instalației are un raport caracteristic de 13,7 între înălțimea utilă 45 și diametrul interior, necesar pentru creșterea temperaturii din creuzet la peste 1800°C fără a fi necesară folosirea de alți combustibili suplimentari, precum și raportul 25 între înălțimea 47 totală și diametrul interior, care asigură eficient o protecție contra scânteilor.

RO 132346 Β1

Cubiloul este prevăzut cu trei cutii inelare de distribuție a aerului 2, 3,4 conform fig. 2, fiecare având 4 orificii dreptunghiulare riguros calculate, dispuse la 90°. Fiecare inel de distribuție este alimentat cu aer independent unul de celălalt de la unul din cele trei ventilatoare. Pentru asigurarea debitelor și presiunii necesare, conductele de aducțiune ce leagă ventilatoarele cu cutiile de aer sunt echipate cu plinte de reglare, precum și cu diafragme poziționate în concordanță una față de alta, iar fiecare ventilator este dotat cu plintă cu secțiune variabilă a orificiului de admisie a aerului. Toate reglajele debitelor și presiunii aerului se fac numai cu manometru de joasă presiune cu tub Pitot. Conform procesului termochimic cunoscut, încărcătura metalică, având un grad mare de impurități din slam, praf, scoarță și brichete, coboară odată cu cocsul, ridicând progresiv temperatura de la 20 la 1800°C, cât este necesar topirii oxizilor de fier. Zgura, fiind în cantitate mare din cauza naturii încărcăturii, este eliminată, o parte fiind eliminată printr-un orificiu 6 (fig. 2), iar fonta și zgura remanentă sunt eliminate împreună prin orificiul opus în antecreuzet 39, (fig. 1 -A și 7), unde se produce atât supraîncălzirea fontei, cât și separarea zgurii remanente de fontă. Conform fig. 7, fonta amestecată cu zgura remanentă din cubilou ajunge printr-un jgheab 40 în antecreuzetul 39 încălzit, iar prin gravitație zgura se elimină progresiv prin niște jgheaburi etajate 41 iar fonta purificată va fi turnată în lingotiere printr-un jgheab 42.

B. Grupul de cicloane

Conform fig. 1, curenții ascendenți formați datorită reacțiilor chimice antrenează și particule solide traversând un ansamblu de parascântei 7, fig. 2, trec printr-o conductă 10 (fig.1) și intră în ciclonul 11, fig.1. Conform fig. 3, conducta 10 este conectată la un ciclon tangențial 21 cu o înclinație de 10°, iar datorită forței centrifuge, curenții, împreună cu particulele solide se deplasează în interiorul ciclonului generând o mișcare elicoidală descendentă, depunând particulele pe suprafața interioară a ciclonului, 22 și care apoi vor fi eliminate parțial în saci printr-o pâlnie 23. Particulele rămase pe pereți vorfi apoi eliminate prin vibrarea pereților ciclonului. Aerul împreună cu restul particulelor se vor evacua printr-o conductă verticală 24, centrată pe un inel 25. în acest fel, datorită detentei adiabatice, temperatura gazelor și particulelor în suspensie, evacuate conform fig. 1, prin conducta 12 din interiorul ciclonului 11 și preluate de un exhaustor 13, va scădea de la 950 la sub 800°C. Exhaustorul 13 elimină apoi aerul extras și îl deplasează printr-o conductă fixată tangențial 14, într-un alt ciclon 15, care va îndeplini același rol ca ciclonul 11. Se va produce o nouă detentă adiabatică, reducând temperatura gazelor la sub 650°C. în continuare, gazele rămase sunt evacuate printr-o conductă 16 (fig. 1) și ajung într-un exhaustor 17, de unde sunt apoi refulate prin sistemul de conducte și plinte în cutiile cu filtre cu saci 18. Din aceste cutii, aerul este apoi evacuat curat printr-o conductă 19 în atmosferă, acesta incluzând doar câteva particule în suspensie sub limita admisă.

C. Cutiile de filtrare

Conform fig. 4, aerul cu impurități, cu temperatura de maximum 650°C, intră în cutia de filtrare (fig. 4) printr-o conductă 26, în camera etanșă 27. Aerul ajuns sub presiune, transmis de exhaustorul 17, va fi apoi filtrat în 20 saci filtranți 30 confecționați din fibră de sticlă sau minerală care rezistă la temperaturi de peste 700°C. Pentru a se preîntâmpina eventuale deteriorări ale sacilor filtranți 30, aceștia sunt asigurați cu plase de sârmă inoxidabilă 31. Sacii filtranți 30 sunt fixați în partea de sus cu coliere de niște țevi 29, sudate de o cameră superioară 28, în care nu trebuie să intre decât aer curat. Din camera superioară 28, aerul este apoi evacuatîn atmosferă printr-o conductă 34. Pentru desfundarea sacilorfiltranți sunt prevăzute 20 de spriklere 37 cu aer sub presiune distribuit de la o conductă 38. Pentru a evita eventuale defecte, cutia filtrantă are un by-pass 32 și o plintă 33. Praful este colectat

RO 132346 Β1 prin niște pâlnii 35 în saci, iar cutiile filtrante sunt fixate pe un cadru 36. în fig. 1-A sunt 1 poziționate principalele agregate care compun instalația: cubiloul - fig. 2; cicloanele nr. 1 și nr. 2 - fig. 3; sistemul de încărcare în dozaje mici cu deșeuri și brichete - fig. 5, precum și 3 cele două cutii filtrante care funcționează alternativ, comandate de la plintele montate în amonte, precum și antecreuzetul 39 în care este deversată fonta și zgura. 5

D. Zidăria; la cubilourile clasice este frecventă uzura prematură a zidăriei, în special în zona inelelor de alimentare cu aer, ceea ce creează întreruperi dese, scădere de produc- 7 tivitate și costuri ridicate (Sofronie + col., Turnarea fontei”, p. 233). Din acest motiv, cubiloul este echipat cu un sistem de zidărie conform fig. 6, în care fiecare cărămidă confec- 9 ționată din cromomagnezită (cu 94% MgO) este limitată de următoarea printr-o placă de inox (fig. 6). Prin încălzire la temperaturi de peste 1750°C, particulele de crom din placa de inox 11 difuzează în suprafața activă a cărămizii, mărind durabilitatea acesteia. înzidirea se face fără existența de spații goale. 13

E. încărcarea cubiloului cu materia primă, cocs, fondant, etc., având în vedere specificul încărcăturii de a folosi bucăți cu greutatea medie de 5 kg, implică folosirea de elevator 15 cu cupe (fig.5).

F. Fabricarea brichetelor17

Fabricarea brichetelor se face separat folosind următoarele utilaje specific:

a - instalație de măcinat și granulat (granulația - maximum 1 mm);19 b - instalație de amestecat și omogenizat;

c - mașină de brichetat.21

Nu se face nicio referire la tipul și caracteristicile instalațiilor sau mașinii de brichetat, dar brichetele obținute trebuie să îndeplinească următoarele condiții:23

- greutatea specifică a brichetei: 5,2...6,0 kg/dm³;

- procentul de oxid de fier din brichetă: 62% minim (pentru brichetele realizate din 25 șlamuri roșii sau negre);

- procentul de oțel sau fontă din brichetă: 55% minim (pentru brichete realizate din 27 praf de fier din orice proveniență sau țunder);

- greutatea netă a unei brichete: 0,500...2,000 kg/buc. 29

Claims (4)

1 Revendicare

3 Instalație ecologică de producere a fontei, folosind ca materie primă brichete obținute din deșeuri feroase tip șlam feros, praf de fier, țunder sau/și scoarțe, precum și șlam rezultat

5 din procesarea bauxitei, care cuprinde un cubilou, un grup de două cicloane, două exhaustoare și niște cutii de filtrare cu saci filtranți, cubiloul fiind realizat dintr-un corp cilindric verti7 cal cu pereți refractari și picioare de susținere, o gură de încărcare a materiei prime și a materialului carbonic la partea superioară, o gură de evacuare a metalului topit și a zgurii la

9 partea inferioară, la nivelul camerei de topire și trei cutii (2, 3 și 4) inelare de distribuire a aerului în camera de ardere, caracterizată prin aceea că, pentru asigurarea unei tempera11 turi de topire mai mari de 1800°C în zona creuzetului, cubiloul are o înălțime de peste 15 m, cu gura de încărcare (5) la 8,24 m și pereții din cărămizi refractare cromomagnezitice cu 13 minim 94% MgO zidite pe două rânduri, cărămizile din stratul interior fiind separate între ele cu plăci de oțel inox cu 18% Cr și 8% Ni, trecerea gazelor arse în ansamblul de reținere a 15 particulelor se face printr-un ansamblu de parascântei (7), iar sacii filtranți (30) ai cutiilor de filtrare sunt confecționați din fibră de sticlă sau minerală, rezistentă la temperaturi de peste 17 700°C și plasă de sârmă inoxidabilă (31), pentru desfundarea sacilor filtranți fiind prevăzute niște sprinklere cu aer sub presiune.