RU1830084C - Способ нагрева чугунного скрапа перед плавкой и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Использование: предварительный нагрев чугунного скрапа, смешанного с пластмассовыми , резиновыми и смолистыми, т.е. органическими материалами, и предназначенного дл  плавки в электрических печах, в частности электрических дуговых печей, Сущность изобретени : чугунный скрал, содержащий органические материалы, подвергают нагреву в реакторе без доступа воздуха. В результате чего происходит пиролиз органических материалов. Образующуюс  тепловую энергию можно использовать дл  предварительного нагрева скрапа, предназначенного дл  плавки. 2 с. и 4 э.п.ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к области черной металлургии, конкретно к подготовке чугунного скрапа дл  производства стали в электрической дуговой печи.

Цель изобретени  - эффективна  очистка скрапа от органических материалов.

Обработке подвергают чугунный скрап из автомобильного лома, бытовых электрических приборов и различных бракованных чугунных изделий, содержащих органический материал в количестве, примерно, 25% от общего содержани  лома.

Скрап измельчают в соответствующих мельницах, причем в этом способе органическую фракцию отдел ют от металлической . Эта система позвол ет загружать печи чистым материалом, однако при этом создаетс  проблема с накоплением органического материала, который трудно затем удал ть. Смолистый материал можно под« Ј

вергать разложению известными средствами , например, посредством пиролиза или крекинга. Однако такую известную технологию примен ют дл  органического материала , составл ющего высокий процент от обработанной массы, в которой неорганическа  фракци , составл юща  только незначительную часть, не создает отдельные проблемы благодар  относительно конси- стентности состава.

Изобретение позвол ет осуществить предварительный нагрев всего необходимого чугунного скрапа до особенно высокой температуры без необходимости использовани  энергии извне, предварительный нагрев всего необходимого чугунного скрапа без повреждени  или сильного износа вспомогательного оборудовани  производственной установки, например, мешочных фильтров, удаление экономичными средст00 Ы О О 00 Jb

GJ

вами смолистых и подобных материалов, присутствующих в чугунном скрапе, достижение такого удалени  экологически чистыми и безопасными средствами, использование энергии смолистого материала , получение стали улучшенного качества за счет исключени  из нее тех примесей, которые образуютс  из-за присутстви  в шлаке упом нутого органического материала , восстановление продуктов разложени  до остатков углерода, которые можно использовать дл  вспенивани  шлака и науглероживани  стали, уменьшение количества отход щих газов и одновременно снижение потреблени  электрической энергии, необходимой дл  привода вентил торов и средств фильтровани .

Согласно изобретению органические материалы, присутствующие в чугунном скрапе, преобразуют дл  их исключени  преимущественно способом, способным образовать тепловую энергию дл  предварительного нагрева расплавл емого скрапа , который они сопровождают, причем этот способ заключаетс  в пиролизе в среде, питаемой скрапом, который должен расплавл тьс  и упом нутыми органическими материалами, которые до пиролиза предварительно измельчают.

На чертеже схематически представлено устройство дл  осуществлени .

Чугунный скрап 1, содержащий органические материалы, например, пластмассовые и т.п., подают обычным конвейером 2, например, круговым конвейером, в установку 3 дл  поточной его переработки, где его измельчают на куски 4 длиной, примерно, 150-200 мм, что  вл етс  компромиссом между необходимостью достижени  тщательной гомогенизации компонентов (требуетс  минимальный размер) и образованием взаимосв занных пустот между различными кусками измельченного металлического материала дл  упрощени  прохождени  через них газа, предназначенного дл  их нагрева (требуетс  максимальный размер). Исходный материал  вл етс  различным по происхождению, т.е. он состоит из лома автомобилей, автобусов, железнодорожных вагонов, бытовых электрических приборов и любого другого источника. Этот материал св зан с частицами органического материала, например, смола, резина и другие материалы, причем до такой степени, что он как в качественном, так и в количественном отношении имеет значение в широких пределах. Этот материал предназначен дл  пиролиза (также известный .как крекинг-процесс).

Процесс пиролиза дл  разрушени  молекул органических материалов происходит внутри замкнутого рабочего цикла. Дл  правильного протекани  процесса пиролиза,

сопровождающего предварительный нагрев , изменение в органических и неорганических составл ющих должно быть в пределах значений, определ емых экспериментальным путем. Целесообразно, а в некоторых случа х и об зательно, добавл ть другие куски 5.дл  обогащени  органического материала./Куски 5, состо щие из материала с высоким содержанием органических компонентов, например, смолы, эластомера

5 и др. могут быть получены в результате предшествующей сортировки кусков 4 на две категории, т.е. на материал с высоким и низким содержанием смолы, либо непосредственно из специальной шихты 6, состо0  щей из органических продуктов 5 любого происхождени , .необ зательно св занных с железным компонентом. Необходимость такого регулировани  посредством кусков 5, богатых содержанием смолы, зависит от

5 .состава скрапа 7, подаваемого дл  пиролиза . Например, содержание железа в скрапе 7 должно находитьс  между 60% и 90%, а остальное, т.е. 40%-10% должно составл ть органические продукты. Скрап 7, имеющий

0 содержание железа и органических материалов в указанных пределах и указанный размер кусков, подают в газификатор или специальный реактор 8 дл  пиролиза.

В этом реакторе дл  пиролиза, через

5 который перемещаютс  куски скрапа, необходимый нагрев органических материалов (с низким коэффициентом теплопередачи) достигаетс  с использованием тепла, быстро поглощаемого измельченной металличе0 ской массой.:. :j

Хорошо известна  больша  теплопроводность металлов означает, что масса, котора  должна термически разлагатьс  (органическа  составл юща ), имеет очень

5 эффективное распределение тепла по всему объему или массе. Это не только результат теплопроводности чугуна, но также наличие пустот, неоднородность формы и плотность которых позвол ет проходить газу дл  на0 грева кусков измельченного чугунного скрапа , что, с другой стороны, не позвол ет давать органические материалы из-за их термического пластифицировани , когда отсутствует произвольное перемещение мате5 риала.

Наружные источники тепла состо т из частично отработанного газа от пиролиза, циркулирующего в противотоке с материалом , обработанным в реакторе дл  пиролиза . Ясно, что . пиролиз должен

осуществл тьс  в услови х отсутстви  кислорода , чтобы горение не происходило, а происходил только распад органических молекул . По этой причине скрап 7 загружают в реактор дл  пиролиза таким образом, чтобы гарантировать, что наружный воздух будет изолирован от внутренней полости пиролиза реактора. Это может достигатьс  различными средствами, из которых некоторые схематически показаны просто в виде одного примера. В этом способе примен ют устройство с сдвоенным клапаном, имеющим два регулируемых подвижных (например, вращающиес ) диска, т.е. верхний 9 и нижний 10, действующие в качестве клапанов. Эти клапанные диски расположены внутри трубопровода 11, ведущего к пиролизному реактору 8, с обычным средством уплотнени  между секци ми 12 и 13 и секцией 12 и внешней окружающей средой 14, причем это - секции, на которые клапанные диски 9 и 10 раздел ют трубопровод 11.

Скрап 7, подаваемый дл  пиролиза, собираетс  над верхним клапанным диском 9 до тех пор, пока не наберетс  требуемое количество, измеренное обычным взвешивающим средством, соединенным с средством управлени  закрытием (позици  9 на чертеже) и открыванием (например, положение , занимаемое нижним диском 10). Верхний клапанный диск 9 остаетс  в его закрытом положении, тогда как нижний клапанный диск 10 - в его открытом положении , что позвол ет достичь непрерывности между секцией 12 и секцией 13. Открытое или наклонное положение, обозначенное дл  нижнего клапанного диска 10, позвол ет материалу 7В падать на лежащую внизу наклонную поверхность 15, снабженную вибратором 16, заставл ющим его продвигатьс  или опускатьс  по поверхности до тех пор, пока не войдет в пиролизный реактор 8 через отверстие 18. Таким образом, после того, как клапанный диск 10 позволит всему собранному скрапу 7А, разместитьс  н.а расположенной снизу наклонной поверхности 15. клапанный диск 10 поднимаетс  дл  герметичного уплотнени  трубопровода 11 и, следовательно, изол ции секции 13 (в сообщении с внутренней полостью пиролиз- ного реактора 8) от секции 12. В этот момент клапанный диск 9 открываетс , обеспечива  сообщение секции 12 с внешней окружающей средой 14 и позвол ет загруженному скрапу 7. собранному на нем, подать на клапанный диск 10.

Таким образом, этот способ исключает сообщение секции 13с наружной атмосферой 14. Когда материал 7В проходит через отверстие в пиролизном реакторе, который

в основном состоит из трубы, ось которой наклонена к горизонтали, и она вращаетс  вокруг упом нутой оси, он медленно продвигаетс  в сторону выходных отверстий 19, 5 расположенных на одном конце 8А пиролизного реактора, через которое он оставл етс  пиролизный реактор, пада  в трубопровод 20, Этот трубопровод снабжен системой, включающей в себ  два регулиру0 емых клапанных диска 21 и 22, подобных описанным дискам 9 и 10, которые регулируют вход материала 7 в пиролизный реактор .

Цель системы 21-22 - исключить поток

5 воздуха в пиролизный реактор посредством прохождени  сначала через направленное наружу выходное отверстие 23 и затем через трубопровод 20. Реактор дл  пиролиза, который механически подобен вращающей0 с  печи дл  производства цемента, медленно вращаетс  на подшипниковых опорах 24А, 24В и приводитс  в движение двигателем 25. Однако основным его (отличитель) отличием  вл етс  воздухонепроницае5 мость пиролизного реактора 8 от свободной или внешней атмосферы. Така  воздухонепроницаемость может быть достигнута посредством клапанных систем с двум  дисками, а в примере с описанными трубоп0 роводами посредством различных известных способов, из которых можно упом нуть способ, основанный на применении лабиринтных уплотнений или т.п., которые, как известно, примен ютс  дл  соединени 

5 вращающейс  детали с неподвижной деталью . Внутренние стенки пиролизного реактора 8 снабжены радиальными лопаст ми или т.п., цель которых исключить уплотнение вместо чугуна и органического материа0 ла и тем самым упростить перемешивание и перемещение материала в сторону отверсти  19. Между прочим, следует отметить то, что вход и выход пиролизного реактора расположены в неподвижных част х, в которых

5 поддерживаетс  вращающа с  часть пиролизного реактора.

Скорость, с которой материал перемещаетс  в сторону выхода, зависит от множе- ства факторов, наиболее важным из

0 которых  вл етс  то, что материал должен выходить из отверсти  19 только тогда, когда весь присутствующий в нем органический материал будет расположен дл  полезного его использовани . Таким обра5 зом, дл  достижени  этого результата врем  нахождени  материала в пиролизном реакторе 8 должно измен тьс  посредством изменени  его наклона, регулировани  его скорости вращени  либо посредством регулировани  температуры Пиролиза. Очевидно , первые два способа могут осуществл тьс  известными средствами.

Однако предпочтительное и эффективное регулирование температуры пиролиза достигаетс  следующим образом.

С реактором дл  пиролиза соединена камера 26, в которой сжигают газообразный углеводород, предпочтительно метан, подаваемый из источника 28. Также в камеру подают регулируемый поток воздуха из трубопровода 41, регулирующийс  клапаном 42. Количество воздуха и количество метана регулируетс  посредством центрального регулирующего устройства 43 с учетом присутстви  горючих пиролитических газов из пиролизного реактора 8. Отработанный газ, образующийс  в результате этого горени , проходит по. первому трубопроводу 27, затем по второму трубопроводу 29, в неподвижный конец 50 пиролизного реактора. Очень гор чий отработанный газ, вход щий в пиролизный реактор, поднимаетс  вдоль его внутренней полости и оставл ет его (на стационарном конце 51 через третий трубопровод 30). Трубопровод 30 соединен с всасывающей стороной воздуходувки 31, котора  подает газ через шестой трубопровод 36 снова в камеру горени  26. Здесь он дополнительно нагреваетс  до его циркул ции по упом нутым трубопроводам. В результате материал, содержащийс  в пиролизном реакторе, нагреваетс  и медленно разлагаетс  на углерод, сажу и летучие продукты. Образованные продукты пиролиза представл ют собой типичные продукты пиролиза обработанных органических материалов, т.е. СО, На, СНз. Н20, СО2. HCI, SOa и ЗОз.

Из этих газов первые три (окись углерода , водород и метан) - известные горючие газы и поэтому их используют дл  образовани  тепла, необходимого дл  пиролиза, которое , однако, вначале, т.е. во врем  пуска установки получают из источника (метан из установки 28) вне цикла. Поскольку процесс пиролиза протекает постепенно до его завершени  благодар  поддержани  дегради- руемого материала при температуре, необходимой дл  его разрушени , то количество упом нутого горючего газа увеличивают до тех пор, пока оно не превысит значительно количество, необходимое дл  поддержани  цикла пиролиза, таким образом , не только не потребуетс  больше примен ть метан, но также он становитс  чрезмерным и его необходимо направл ть по п тому трубопроводу 32. по которому он передаетс  другим потребител м металлургических заводов либо на склад, что  вл етс  дополнительным преимуществом

изобретени . Такую передачу осуществл ют после того, как газ будет профильтрован, проанализирован и очищен от содержащих- : с  в нем серы и хлора обычными способами

с применением карбоната, диспергированного в воде. Начальное фильтрование осуществл ют в обычном статическом циклонном сепараторе 35, в котором твердые остатки углерода осаждаютс  и их мож0 но затем использовать на специальных стади х (например, дл  вспенивани  шлака) процесса производства стали (еще одно преимущество изобретени ).

За этой начальной стадией фильтрова5 ни  может следовать другое, более тонкое фильтрование с применением мешочных фильтров 44. В зависимости от качественных и количественных факторов такое второе фильтрование может не потребоватьс .

0 В этом отношении пиролиз смолистых продуктов удал ет смолистую матрицу из отход щих газов электрической печи, таким образом, уменьшаетс  как количество фильтруемого материала, так и его молекул рна 

5 сложность.

Количество газа, подаваемого другим потребител м 32 и используемого дл  самоподдержани  процесса пиролиза под действием накачки газа воздуходувкой 31,

0 регулируетс  обычным распределительным клапаном 33, управл емым катализатором 34. на основе измеренных им параметров расхода и количества. Упом нутый анализ включает в себ  измерение количества раз5 личных горючих газов дл  гарантии, что теплова  мощность их пропускной способности будет такой, чтобы можно было - самоподдерживать процесс. Все количество , превышающее это значение, направл 0 етс  по п тому трубопроводу 32. Распределительный клапан 33 начинает действовать во врем  начальных стадий цикла или когда количество горючего газа, образующегос  в результате пиролиза, не

5  вл етс  чрезмерным или недостаточным до такой степени, что потребуетс  корректирование ввода дополнительного газообразующего топлива из установки 28. При этих услови х внутри различных трубопроводов

0 дл  рецикла может отмечатьс  повышение давлени , которое следует исключить. Это достигаетс  посредством спускного клапана 37, поддерживающего посто нное противодавление , который выпускает полностью

5 отработанный газ, присутствующий в чрезмерном количестве либо его не допускают в цикл пиролиза. Оптимальна  температура дл  осуществлени  процесса пиролиза в реакторе 8 находитс  в интервале от примерно 750 до 900°К, следовательно, така  температура должна быть, несмотр  на любое возможное изменение тепла, образующегос  в результате сжигани  газа в камере 26.

Если температура газа во второй трубе 29 недостаточна, тогда должен сжигатьс  дополнительный газ из источника 28. Если, однако, температура чрезмерна , то ее необходимо уменьшить посредством подачи низкотемпературного пиролизного газа по второму трубопроводу 29. Этот низкотемпературный газ направл етс  по трубопроводу 38, представл ющему отвод к трубе 27, Фактически этот газ практически охладилс  в результате передачи тепла скрапу, присутствующему в пиролизном реакторе 8, и трубе 30. фильтрам 35, 44 и воздуходувке 31.

Количество холодного газа, подаваемого по седьмому трубопроводу 38 во второй трубопровод 29, регулируетс  клапаном 39, автоматически управл емым датчиками температуры 40, установленными вблизи отверсти  (на конце 50) пиролизного реактора 8. Модификаци , диктуема  специальными требовани ми, может заключатьс  в установке мешочного фильтра 44 не только последовательно с циклонным сепаратором 35, но также, либо действительно только, последовательно с трубопроводом 32 к другим потребител м горючего газа.

Если процесс пиролиза протекает правильно , то количество газа дл  нагрева будет увеличиватьс  между входом и выходом пиролизного реактора, причем такое увеличение - результат частичного превращени  смолистых материалов или т.п. в газ. Таким образом, например, датчики, которые определ ют , правильно ли протекает процесс, , могут представл ть собой обычные индикаторы расхода 17 и 34, установленные вверх и вниз по течению от пиролизного реактора. Ясно, что эти датчики могут автоматически контролировать описанные действи  корректировки . Преимущественно упом нутый способ позвол ет предварительно нагревать весь скрап, необходимый дл  загрузки в печь. В установках дл  производства стали с производительностью, например, 85 т/ч стали, повышение температуры скрапа, например на 650 К может обеспечить экономию в 4,6 миллион килокалорий в час. Другим преимуществом  вл етс  использование чистого газообразного топлива в объеме 200 м3 нормальных 5500 калорий/м3 нормальных на тонну смолистого материала , содержащегос  в измельченном скрапе, т.е. три тонны, черного металла.

Преимуществом также  вл етс  утилизаци  остатков углерода в порошковой форме из фильтров. Эти остатки могут рециркулировать в электрическую печь дл 

приготовлени  так называемого вспененного шлака (недавно разработанный известный способ, который упрощает образование истинного шлака). В этой one- 5 рации и во врем  повторного науглероживани  стали потребл ют вплоть до 30 кг измельченного углерода на тонну стали, тогда как в способе пиролиза согласно изобретению , по крайней мере, на 30% больше.

0 Дополнительным преимуществом способа производства согласно изобретению  вл етс  исключение расходов на удаление смолистых материалов (пластмасс и т.п.), присутствующих в скрапе. Преимуществом

5  вл етс  улучшение условий фильтровани  отход щих газов тем, что благодар  пиролизу , осуществл емому согласно насто щему способу, материал, который загружают о электрическую печь, полностью свободен от

0 смолистых материалов, таким образом, отсутствует значительна  масса порошка и отход щих газов, которые характерны дл  плавильных циклов в обычных процессах. Таким образом, способ согласно изобрете5 нию уменьшает расходы на отвод и фильтрование газов, причем наполовину сокращаетс  расход электрической энергии , необходимой дл  удалени  отход щих газов и примен етс  небольшое количество

0 мешочных фильтров, которые будут иметь продолжительный срок службы. Формула, изобретени  1;Способ нагреваг чугунного скрапа перед плавкой преимущественно в злектроду5 говой печи, включающий предварительное его измельчение и подачу во вращающуюс  наклонную печь барабанного типа в противотоке с подаваемым горючими газами, о т- л и ч а.ю щ и и с   тем, что, с целью повыше0 ни  эффективности процесса очистки скрапа от органических материалов, скрап подвергают нагреву без доступа воздуха при температуре, обеспечивающей пиролиз органических материалов в скрапе, при

5 этом образующиес  горючие газы используют дл  получени  тепловой энергии, используемой дл  нагрева скрапа,

2.Способ по п.1, отличающийс  тем, что в печь дополнительно ввод т орга0 нический материал, количество которого регулируют с учетом измерени  расхода газа и его температуры на входе и выходе из печи.

3.Устройство дл  нагрева чугунного

5 скрапа перед плавкой, содержащее вращающуюс  наклонную печь с лопаст ми на внутренней поверхности, системы загрузки и выгрузки скрапа, камеру горени , систему циркул ции газа, состо щую из трубопроводов , воздуходувок, клапанов регулировани 

потока воздуха и горючего газа, подаваемых5.Устройство по п.З, отличающее- в камеру горени , индикаторов расхода га- с   тем, что оно снабжено системой фильт- за, отличающеес  тем, чтсГ с целью . PQB,соединенной с трубопроводом отход - повышени  эффективности процесса, пеЧв- ,|Цих от реактора газов и состо щей из выполнена в виде пиролизного рёактфда: 5. доклонного сепаратора дл  сбора твердого угл етЛдэ и мешочного фильтра дл  более

герметичность которого обеспечена еисте-, ; мами загрузки и выгрузки.

4.Устройство по п.З, отличающее - с   тем, что системы загрузки и выгрузки содержат кажда  по две сообщающиес  секции, вертикальную и наклонную горизонтальную , соединенную с вибратором, и по два клапанных диска, расположенных в вертикальной секции, при этом открывание одного диска св зано с закрыванием другого .

тонкого фильтровани ,

6.Устройство по п.З, отличэющее- с   тем, что оно дополнительно содержит

10 спускной клапан, установленный на отвод щем гор чий газ из камеры горени  трубопровода , регулирующий давление в трубопроводах циркул ционного контура и взаимодействующий с клапаном, регулирую15 щим количество газа, выход щего из системы фильтров, и установленным на выводном из системы циркул ции трубопроводе.

тонкого фильтровани ,

6.Устройство по п.З, отличэющее- с   тем, что оно дополнительно содержит

спускной клапан, установленный на отвод щем гор чий газ из камеры горени  трубопровода , регулирующий давление в трубопроводах циркул ционного контура и взаимодействующий с клапаном, регулирующим количество газа, выход щего из системы фильтров, и установленным на выводном из системы циркул ции трубопроводе.

д-7А