SK6397A3 - Briquettes useful as additive for metalurgical processes concerning the waste with silicon content and manufacturing process thereof - Google Patents

Description

BRIKETY AKO PRÍSADA PRI METALURGICKÝCH POSTUPOCH, TÝKAJÚCICH SA ZVYŠKOV S OBSAHOM KREMÍKA A POSTUP ICH VÝROBY

Oblasť vynálezu

Vynález sa týka prísad, obsahujúcich kremík, pre tavné metalurgické postupy pri výrobe železa a týka sa hlavne úpravy zvyškov s obsahom kremíka do formy brikiet a má význam z hľadiska ekonomického i ochrany okolia ako východiskový bod vo vzťahu k odstráneniu a použitiu týchto zvyšných produktov s obsahom kremíka, ako vznikajú pri výrobe organosilánov priamou reakciou práškovaného kremíka s metylchloridom za prítomnosti katalyzátora na podklade medi.

Doterajší stav techniky

Pri výrobe organosilánov tzv. priamou reakciou, kedy kremík reaguje s metylchloridom, sa s výhodou predpripraví tzv. kontaktná hmota z práškovaného kremíka a čiastočiek medi a tá potom reaguje s organohalogenidom. Opotrebovaná kontaktná hmota sa hromadí vo forme zvyšku, obsahujúceho kremík, a naviac okrem ' kremíka a medi obsahuje ďalšie prvky, ako je hliník a železo. Pokiaľ sa chlórsilány, najmä potom tri- a tetrachlórsilány pripravujú reakciou rozomletého alebo rozdrveného kremíka alebo ferosilícia s plynným chlórom alebo plynným chlorovodíkom, hromadia sa nečistoty, obsiahnuté vo východiskovom materiáli s obsahom kremíka, teda hlavne železo a vápnik, v reakčnom zvyšku, obsahujúcom kremík. Zvyšky obsahujúce kremík vznikajú tiež pri procesoch, kedy sa v metalurgii používa kremík, ako je to napríklad u prachu na filtri, keď sa získa pri drvení alebo zomieľaní kremíka, kedy zvyšky veľkosti malých čiastočiek s obsahom železa zostávajú ako prach.

Vyššie uvedené zvyšky, obsahujúce kremík a i prípadne ďalšie látky sa dajú len veľmi nákladným spôsobom spracovávať so zreteľom na spätné získanie cenných zložiek a spravidla sa najviac hromadia bez úžitku na skládkach.

Britský patentový spis 0 287 934 A2 Deactivation of spent silicon powder sa práve týka skladovania zvyškov s obsahom kremíka, ako vznikajú pri výrobe chlórsilánov priamou syntézou, či reakciou. Pri riešení problému týchto zvyškov, ktoré v styku s vodou reagujú prudko a exotermne, je navrhované stlačiť takéto zvyšky s obsahom kremíka do formy tabletiek obsahujúcich veľké množstvo organického spojiva. Prvou úlohou takého organického spojiva, hlavne lignínu, je postarať sa o dostatočne mechanickú pevnosť tabletiek, takže nedôjde k ich lámaniu pri ďalšej práci s nimi a pri preprave, ďalšou úlohou je potom kryť reaktívne čiastočky a chrániť ich pred vlhkosťou. S ohľadom na zníženie možnosti rozlomenia majú byť tieto čiastočky menšie ako 2 cm. Zvyčajne sa pripravujú lisovaním alebo aglomerovaním zmesi, ktorá vznikla zmiešaním zvyškov s obsahom kremíka, spojiva a s výhodou vody. Tlakovú peletizáciu možno vykonať zvyčajným lisom, postupom • podobným tabletkovaniu, valcovaním, v mlyne na tabletkovanie či použitím ’ šnekového vytláčania, peletizáciou aglomerovaním možno vykonávať aglomerovaním v rotačnom bubne, v miešačke s prepážkami či v miesiči. Potom sa takto pripravené tabletky sušia pri 250 °C.

Podstata vynálezu , Tento vynález je zameraný na ekonomické využitie s prihliadnutím na ochranu životného prostredia bez toho, aby bolo potrebné lisovať zvyšky uvedeného typu s obsahom kremíka, bez toho, aby bolo treba ich nákladné spracovávať, ale použiť takéto zvyšky priamo, pochopiteľne, upravené vhodným spôsobom pre technické využitie. To sa týka technických odborov, ako je výroba železa či ocele s obsahom kremíka, najmä potom liatiny v kuplovni za použitia prísad, obsahujúcich kremík.

Pri výrobe liatiny v kuplovni sa používajú ďalšie zliatinové prvky ako prísady so zreteľom na úpravu kvality železa. Tieto zliatinové prvky sa pridávajú buď so zreteľom na náplň tavnej pece alebo do roztavenej liatiny po odpichu. A ako typické príklady takýchto prvkov zliatin možno uviesť medzi inými kremík. Obvykle sa pridáva ferosilícium ako prísada s obsahom kremíka do roztaveného železa. Ale ferosilícium je nákladný materiál. Ako ďalšie prvky na pridanie do náplne pece možno uviesť meď, chróm a mangán, ktoré sa pridávajú hlavne vo forme odpadu či zberu medi, ferochrómu alebo feromangánu.

So zreteľom na ekonomické faktory a ochranu prostredia závisí technické' riešenie tohto problému od zaistenia prísady na použitie v taviacej peci využitím daných zvyškov, obsahujúcich kremík.

Pri predbežnom riešení tohto problému je potrebné vziať do úvahy niektoré parametre:

Zvyšky, obsahujúce kremík, sa majú použiť vo forme brikiet bez prášiacich alebo poškodzovaných vlhkostí, na ktoré možno využiť všeobecne techniku peletizovania podľa Britského patentu 0 287 934 A2 s využitím spojiva. Na druhej strane a so zreteľom na vysoké teploty v peci sa nemá použiť spojivo, ktoré by umožnilo briketám, aby sa rozkladali už v priebehu ich vnášania do tavnej dávky, ako to možno predpokladať v prípade organických spojív podľa Britského patentu ” 0 287 934 A2. Namiesto toho naše brikety majú dosiahnuť najspodnejšie časti dávky bez toho, aby pukli a bez rozkladu, čím zaistia vhodný operatívny postup pece.

*

Podľa toho má byť výhodné zlisovanie podielov do formy brikiet, dostatočne stálych so zreteľom na ich tepelný a mechanický rozklad.

Všetko vyššie uvedené možno vysvetliť takto. Dávka, ktorá sa má zúčastniť na tavbe, sa pridá do hornej časti kuplovne. Rozhodujúci vplyv na kvalitu liatiny je daný rôznymi prísadami, ktoré sa s výhodou vmiešavajú do vsádzky s tým, že postup sa realizuje napríklad vážením všetkých jednotlivých jednotiek vsádzky. Inak sa prísady môžu vnášať následne ako vrstvy do najvyššej časti náplne vsádzky. Horúce plyny, ktoré vznikajú v priebehu tavenia, stúpajú povrchom kuplovne a predhrievajú náplň v hornej časti pece, odkiaľ unikajú ako odpadový plyn. Pokiaľ sa použijú napríklad výtlačky vo forme brikiet ako prísada so zreteľom na úpravu kvality liatiny s tým, že tieto výlisky pozostávajú čiastočne zo zvyškov obsahujúcich kremík, potom sa takéto brikety nemajú rozkladať prv, ako dosiahnu oblasť tavenia. Inak možno očakávať ďalej uvedené nevýhody. Pokiaľ sa brikety rozkladajú príliš skoro, potom sa z nich uvoľňujú čiastočky kremíka vo forme malých čiastočiek, takže časť tam obsiahnutého < kremíka uniká spolu s odpadovými plynmi a pre ďalší postup tavenia je tak stratená.

Ďalej je treba sa obávať, že sa ešte iný podiel môže uvoľniť, ale neunikne, čím tento veľmi jemný materiál zníži priepustnosť plynu v náplni, čím sa ruší rovnomerný prietok plynu smerom nahor náplňou, čo nakoniec vedie k nerovnomernému prehrievaniu náplne, ktorá sa má vytaviť so zreteľom na celý prierez pecou.

Za predpokladu, že sa použijú ako prísada pre výrobu železa brikety obsahujúce kremík, je pochopiteľné, že sa pridajú ďalšie látky a najmä zložky zliatiny, ktoré sú nutné k dosiahnutiu plánovanej tavby železa alebo ocele priamou prísadou brikiet počas briketovacieho postupu, takže brikety neskôr predstavujú jediný zdroj prísady zmesi, čím sa zdá pridávanie ďalších rôznych zdrojov byť zbytočné.

Podľa tohto vynálezu sa dosahuje tento vyššie zmienený technický zisk podľa charakteristických rysov nároku 1, a to použitím brikiet obsahujúcich zvyšky s obsahom kremíka, ktoré, vyjadrené v sušine hmoty, sú zložené z 1 až 10 % hmotnostných lepenky, 5 až 40 % hmotnostných hydraulického cementu, až do 20 % hmotnostných čiastočiek kovu alebo zliatin kovu, pričom zvyšok tvorí podiely s obsahom kremíka.

Podľa závislých nárokov 2 až 4 obsahujú brikety ako prísada do železa v kuplovniach s výhodou 2 až 5 % hmôt, lepenkových vláken, a 10 až 30 % hmôt, hydraulického cementu, s výhodou portlandského, hoci sa môže použiť akýkoľvek iný cement, napríklad na podklade kalciumaluminátu.

I .

Podľa tohto vynálezu brikety môžu obsahovať ďalšie diely zliatiny, ako sú kovové čiastočky medi a/alebo zliatin, ako je ferosilícium, ferochróm, feromangán a ak je to treba, i ďalšie podiely zliatiny.

Prekvapujúco sa ukázalo, že podiel lepenkových vláken sa prejaví na dobrej pevnosti výlisku brikiet, i keď cement nebol doteraz tuhý, takže s briketami možno pracovať a použiť ich na predpokladaný účel bezprostredne po tvarovaní.

Podľa tohto vynálezu sa príprava brikiet uskutoční zmiešaním zložiek, najprv pmokrením vodou, potom tvarovaním vzniknutej vlhkej hmoty použitím lisovania podľa niektorého zo známych postupov, pričom výhodným postupom je briketovanie vytláčaním. Miešanie zložiek sa môže vykonávať najprv za sucha s následným pridaním vody alebo možno miešanie uskutočniť priamo za prítomnosti vody. Celkový podiel vody so zreteľom na sušinu hmoty zmesi je 5 až 20 % hmotnostných. Predpokladá sa, že použitý materiál zo zvyškov, obsahujúcich kremík, zvyčajne obsahuje už sám vodu. Príklady obsahu vody vo zvyškoch s obsahom kremíka sú uvedené v nasledujúcej tabuľke 1. Pozri tu ďalej.

S prekvapením sa zistilo, že množstvo kremíka v liatine, vyrobenej s briketami podľa tohto vynálezu má rovnako dobrý vplyv z hľadiska výťažkov za predpokladu prítomnosti kremíka v rozsahu 85 %, ako je to v prípade kusovitého ferosilícia namiesto brikiet To znamená, že tu sa nie je potrebné obávať vypudenia alebo straty pôvodne prítomných malých čiastočiek materiálu povahy kremíka spolu s odpadovými plynmi, a to je dôsledok včlenenia čiastočiek s obsahom kremíka do vláken lepenky a cementu, ako sú v briketách.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Brikety s obsahom zvyškov s kremíkom, lepenkových vláken, portlandského cementu a vody sa vyrobia použitím hydraulického lisu. Použitý tlak: 100 MPa, teplota pri lisovaní: teplota miestnosti, briketová kokila má priemer 50 mm a výšku 20 mm. Pred lisovaním sa rôzne zložky dôkladne premiešajú použitím laboratórnej miešačky (typ RO2, Eirich, SRN).

Napätie v tlaku takto získaných brikiet sa meria za teploty miestnosti bezprostredne po výrobe a potom znova po vyhriatí brikiet na 1 000 °C v redukčnom prostredí.

Rôzne zloženia a napätia v tlaku pri nízkej i vysokej teploty, toto všetko je uvedené v tabuľke 1.

TABUĽKA 1

	Pokus č.	1	2	3	4	5	6	7
	Zvyšok s obsahom kremíka (sušina) % hmotn.	77	57	72	69.5	67	69.5	69.5
	Pôvodný obsah vody vo zvyšku s obsahom kremíka %, hmotn.	11.2	11.2	11.2	17.7	17.7	15	8.7
	Ferosilícium, malé čiastočky - % hmotn.	—	—	—	—	—	—	10
*	Spojivo, vlákna
t	lepenky, % hmotn.	3	3	3	3	3	3	3
e	Portlandský cement % hmotn.	20	40	25	27.5	30	27.5	27.5
	Pôvodné napätie v tlaku, MPa	18.1	32.5	11.2	9.9	10.8	20.8	16.2
	Po zahriatí na 1 000 °C	15.6	10.4	4.4	4.4	4.4	10.5	7.7

Ako je zrejmé z tabuľky 1, majú testované brikety výborné počiatočné napätie v tlaku a dobrú hodnotu tejto veličiny po vyhriatí na 1 000 °C. V priebehu testovania pri praktickom postupe sa brikety nerozkladali počas doby, kedy ich bolo možné pozorovať v hornej časti náplne kuplovne.

Pri pohľade na tabuľku 1 je tu iba jeden pokus, týkajúci sa pridania ďalšej zložky pri miešaní (pokus č. 7). Bez toho, aby sme akokoľvek obmedzovali rozsah tohto vynálezu, kedykoľvek ktorýkoľvek iný kov či zliatina sa môžu vmiešať do brikiet so zreteľom na úpravu či zlepšenie kvality liatiny alebo akéhokoľvek iného druhu železa či ocele, môže slúžiť uvedený príklad ako doklad ďalších výhod podľa tohto vynálezu, kedy sa môžu pridávať ďalšie prímesi do brikiet, čo potom ovplyvňuje situáciu natoľko, že pridávanie iných zdrojov takýchto prímesí je zbytočné. Naviac potom najväčšou výhodou tohto vynálezu je to, že sa využijú lacné zvyšky s obsahom kremíka, ktoré až doteraz zostávali nevyužité a museli byť skladované nákladným spôsobom ako zbytočný odpad.

Claims (7)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Brikety s obsahom zvyškov, obsahujúcich kremík ako prísadu pri metalurgických postupoch, obsahujúce 1 až 10 % hmôt, lepenkových vláken, 5 až 40 % hmôt, hydraulického cementu, 0 až 20 % hmôt, čiastočiek kovu, najmenej jedného alebo zliatiny kovu, pričom zvyšok tvoria pozostatky s obsahom kremíka.
2. 2. Brikety podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že obsah vláken lepenky je 2 až 5 % hmôt, a obsah hydraulického cementu 10 až 30 % hmôt..
3. 3. Brikety podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúce sa tým, že obsahujú najmenej ešte meď a/alebo ferosilícium a/alebo ferochróm a/alebo feromangán ako čiastočky kovu a/alebo zliatiny kovu.
4. 4. Brikety podľa nárokov 1 až 3, vyznačujúce sa tým, že ich vnútorný priemer je asi 20 mm a výška asi 50 mm.
5. 5. Spôsob výroby brikiet podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 4, vyznačujúci sa tým, že sa zložky zmiešajú a buď súčasne pritom alebo následne potom sa pridá voda a z pastovanej zmesi sa tvarujú brikety lisovaním, s výhodou vytláčaním.
6. 6. Spôsob podľa nároku 5, vyznačujúci sa tým, že so zreteľom na sušinu všetkých zložiek sa použije voda v množstve 5 až 20 % hmôt, pri pastovaní, so zreteľom na obsah vody vo zvyšku, obsahujúcom kremík.
7. 7. Použitie brikiet podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 4, ako prísady pri výrobe liatiny v kuplovni.