SK7191Y1 - Spôsob recyklácie sekundárnej trosky v primárnom tavení železa - Google Patents

Abstract

Spôsob recyklácie sekundárnej trosky v primárnom tavení železa, pričom sekundárna troska je upravená nasledujúcimi krokmi – prirodzené chladnutie, demetalizovanie, mechanické spracovanie a triedenie, zhutnenie jej časti do kompaktného tvaru, pričom sekundárna troska s metalurgickými prísadami sa pridá ako aditívum do primárnej tavby v zmesi s pridaným vápnom v hmotnostnom pomere 1 : 0,5 – 10, pričom podsitná troska frakcie 0 – 12 mm sa zhutňuje do kompaktného tvaru vibrolisovaním s pridaním 2 – 35 % hmotnostných spojiva a následne sa suší 5 hodín až 1 – 7 dní pri bežných atmosférických podmienkach v závislosti od použitého spojiva, ktorým je portlanský cement, melasa, vápno, vápenné mlieko, horečnatá maltovina, bentonit, resp. ich kombinácia, alebo sa zhutňuje do kompaktného tvaru lisovaním pod vysokým tlakom tak, že k vzájomnej väzbe častíc dochádza Van der Vaalsovými silami, a nadsitná troska frakcie 12 – 50 mm sa použije v pôvodnom stave bez predchádzajúcej úpravy.

Description

Technické riešenie sa týka spôsobu recyklácie sekundárnej trosky v primárnom tavení železa.

Doterajší stav techniky

Troska vzniká pri každom tavení kovu ako odpad, resp. sekundárny produkt, pričom má charakteristické vlastnosti, ktoré umožňujú správne roztavenie kovovej vsádzky a úpravu chemického zloženia tekutého kovu. Formovaniu trosky dopomáhajú prísady, ktoré sa dávkujú na roztavenýkov/do roztaveného kovu na účel jeho purifikácie od nežiaducich prvkov.

Po primárnom roztavení železnej vsádzky sa natavené železo prvýkrát rafinuje a vzniká tzv. surová oceľ. Tá sa následne preleje do druhej, tzv. panvovej pece (ladle fumace - LF)/udržiavacej pece a pod., kde sa druhýkrát upravuje - sekundárna rafinácia. Na rafináciu sa používajú vápno, magnéziové zmesi, hliník, ferozliatiny a iné prísady, na ktoré sa viažu nežiaduce prvky, ako sú napr. fosfor, síra, vodík, kyslík atď. Tekuté železo je ešte možné upraviť legúrami na účely dosiahnutia požadovaného chemického zloženia, a potom liať do finálneho výrobku, prípadne polotovaru.

Primárna troska sa po vychladnutí spracováva mechanickou úpravou, ktorej výstupom je vyseparovaný kov a umelé hutné kameni vo.

Troska zo sekundárnej rafinácie - sekundárna troska, nazývaná tiež ako CaO troska alebo ako rafinačná troska, má po vychladnutí celkom odlišný charakter ako primárna. Je rozpadavá a sypká, pričom obsahuje častice/kusy minerálneho charakteru (tabuľka 1), kovové inklúzie, zatekance, prípadne zvyškový kov. Po vychladnutí sa zvyčajne demetalizuje a zvyšná nekovová časť deponuje.

Význačným faktorom a jedinečnou vlastnosťou sekundárnej trosky je jej rozmerová nestálosť. Častice trosky sa postupom času a vplyvom prirodzených prírodných podmienok rozpadajú na jemnejšiu frakciu. Doba rozpadu je rôzna, pričom od jej vzniku bežne chladne na teplotu okolia až po dobu jedného týždňa. Takéto správanie sa trosiek využívajú niektoré technológie na stabilizáciu betónových výrobkov, ako napr. ACERITA* proces, ktorý spočíva v polievaní trosky vodou, čo spôsobuje hydratáciu aktívneho CaO, a tým stabilizáciu trosky.

V dokumente CN 102994703 A 20130327 je opísaný spôsob recyklácie rafinačnej trosky v RH (Ruhrstahl Heraeus) peci, kde spôsob pozostáva z nasledujúcich krokov - ochladenie rafinačnej trosky, drvenie a triedenie, demetalizácia, skusovanie - balí pressing, pridanie do procesu v RH peci, ďalej je opísané zloženie rafinačnej trosky. V tomto prípade ide o rafinačnú (LF trosku) z RH pece, ktorá sa podobným ako navrhovaným spôsobom spracováva a použije sa znova do tej istej pece. Proces tavby prebieha vo vákuu. Pridáva sa iba do 10 kg trosky/t roztaveného kovu. Výsledkom je zlepšenie rafinačných schopností trosky. Riešenie CN 102994703 A navrhuje spôsob recyklácie trosky vznikajúcej pri rafinácii tekutého kovu v RH peci, ktorá má svoje špecifické vlastnosti. V RH peci sa vo vákuu odstráni z kovu množstvo nežiaduceho vodíka, kyslíka a iných plynov, ktoré spôsobujú dutiny, trhliny alebo krehké porušovania kovu.

V dokumente CN 103045778 A 20130417 je opísaný spôsob recyklácie rafinačnej trosky pri tavení železného šrotu, kde spôsob pozostáva z nasledujúcich krokov - prirodzené ochladzovanie, demetalizácia, drvenie a triedenie, ďalej je opísané použitie rafinačnej trosky s frakciou 5-30 mm a s uvedeným chemickým zložením. Zároveň je určené aj množstvo rafinačnej trosky na tonu 2 - 3 kg a čas, v ktorom sa rafinačná troska použije. V dokumente CN 103045778 A je tiež podobný spôsob spracovania. Dokument sa zaoberá výrobou uhlíkovej ocele v konvertore a troska sa pridáva v objeme 2 - 3kg /lt pri prelievaní z konvertora do pece (liacej).

V dokumente US 5397379 A 19950314 je uvedený spôsob a prísada na rafináciu ocele, kde je uvedené použitie granúl a brikiet vyrobených z recyklovanej rafinačnej trosky, ďalej je opísané výhodné zloženie rafinačnej trosky. V tomto prípade sa využíva LF troska ako fluidizačná (stekucovacia) prísada do prísad trosky. Podľa charakteru ocele má troska výsledné chemické vlastnosti a v dokumente je uvedené, že sa má troska používať ako aditívum v rámci výroby ocele rovnakého charakteru. Tzn. napr. troska z výroby uhlíkových ocelí sa má použiť iba vo výrobe uhlíkovej ocele. Riešenie popísané v patente US 5397379 využíva rafinačnú trosku s prídavkom rafinačných prísad v určitom pomere, ako troskotvornú prísadu s nízkou teplotou tavenia. Prísada sa dá použiť na odsírenie trosky ako kondicionér trosky alebo ako syntetická rafinačná troska. Podľa tohto riešenia funguje LF troska ako účinná fluidizačná prísada pre suroviny, ako napríklad CaO.

V dokumente CN 101845536 A 20100929 je opísané zloženie trosky ako činidla pre LF pece na rafináciu taveného železa a spôsob jeho výroby, kde je uvedené chemické zloženie. Spôsob prípravy pozostáva z nasledujúcich krokov - spracovanie LF rafinačnej trosky s aktívnym vápnom na sypkú zmes s veľkosťou frakcie od 0,5 do 3 mm, lisovanie za sucha, tvarovanie do veľkosti granúl od 25 do 30 mm a ich následné vodotesné zabalenie. Ďalej sa uvádza množstvo aditíva na tonu železa. Dokument CN 101845536 A sa zaoberá výrobou činidla pridaním ďalších prísad. Riešenie v CN 101845536 A opisuje spôsob prípravy rafinačnej

SK 7191 Υ1 trosky, ktoré je tvorené zmesou trosky, vápna a sódy v rôznych pomeroch. Takáto zmes je mechanickou úpravou spracovaná na požadovanú frakciu od 0,5 do 3 mm, ktorá sa následne briketuje do kusového tvaru. Dokument CN 101845536 A definuje niekoľko kombinácií koncentrácií vstupných materiálov tak, aby bolo výsledné chemické zloženie vhodné na použitie v LF peci pri rafinácii surovej ocele. Nedostatkom riešenia je nutnosť udržiavania takto vyrobených produktov v prostredí bez vlhkosti. Pri tomto spôsobe sa pridáva do tekutého kovu, v procese liatia do LF pece, max. 6 kg troskovej zmesi na 1000 kg kovu.

Použitie CaO trosky z panvovej pece popísal Prof. Mihok v časopise Hutnícke listy 2002/4 - 5 - Recyklácia demetalizovanej trosky z elektrickej oblúkovej pece. Použitie rafinačnej trosky v primárnom tavení ocele priamo ukázalo na pozitívny vplyv na odsírenie a odfosforenie. Tento výskum však nikdy nenadobudol reálny charakter kvôli heterogénnej štruktúre trosky a problematickom vsádzaní do pece.

Sekundárna troska sa vďaka priaznivému chemickému zloženiu používa na výrobu troskových cementov. Nevýhodou sú však výrazne vyššie náklady na manipuláciu smerom do cementárne ako náklady na ťažbu klasických surovín. V mnohých krajinách je preto efektívnejšie tento hodnotný materiál skládkovať.

Podstata technického riešenia

Uvedené nedostatky do značnej miery odstraňuje spôsob recyklácie sekundárnej trosky v primárnom tavení železa, teda výroby aditív z trosky zo sekundárnej rafinácie ocele, ktorý spočíva v mechanickom spracovaní do formy brikiet, kameniva a zvyškového kovu netermickým spôsobom. Účelom je konvertovať odpad zo sekundárnej rafinácie ocele do formy, aby sa mohol vsádzať do pece pri primárnom tavení železa, teda dosiahnuť výrobok stabilného tvaru, pevnosti a chemického zloženia.

V navrhovanom spôsobe sa troska z panvovej pece (ladle fumace - LF) - sekundárna troska nepoužíva znova po spracovaní v tom istom stupni výroby ocele, ale v primárnom tavení - t. j. pri pretavovaní kovovej (tuhej, nie tekutej) vsádzky. Objem vsádzanej spracovanej sekundárnej trosky vo forme kusových častíc je mnohonásobne vyšší ako v doposiaľ známych postupoch, čo má omnoho vyšší ekonomický a ekologický prínos. V navrhovanom spôsobe oproti stavu techniky nie je nutné pridávať do zmesi pri výrobe brikiet ďalšie aditíva, respektíve troskotvorné prísady. Po mechanickej príprave na dané frakcie sa dá sekundárna troska nasadiť v pôvodnom stave bez predchádzajúcej úpravy. Aditíva je možné pridávať do briketovanej zmesi na účely zníženia vstupných nákladov, pretože podsitné materiály majú nižšiu obstarávaciu cenu ako kusové. Ďalšou výhodou navrhovaného spôsobu je, že po pretavení kovovej vsádzky (primáme tavenie), sa recyklát zo sekundárnej trosky dostáva na samý vrch roztavenej surovej ocele a má tak primáme krycí účinok pred purifikačným, fluidizačným účinkom a pod. Je to dané tým, že recyklovaná sekundárna troska má menej aktívnych zložiek ako čisté troskotvorné prísady, svojím zložením však nemá negatívny vplyv na proces primárneho tavenia kovovej vsádzky. Recyklovanú sekundárnu trosku je ale výhodné použiť, pretože zabezpečí kryciu funkciu a nahrádza tak množstvo čistých troskotvorných prísad.

Tabuľka 1

Typické chemické zloženie trosky zo sekundárnej rafinácie ocele

Zložka	% hmôt.
Fe celk	0-35
MnO	0-5
SÍC>2	2-35
CaO	15-85
MgO	0-15
AI2O3	1,5-35
P2O	0-3
Cr2O3	0-2
S	0-1,5
iné zložky	0-15

Tabuľka 2

Príklad frakčného zloženia spracovávaného odpadu

Frakcia [mm]	% hmôt.
nad 8	10,01
8-4	8,53

SK 7191 Υ1

Frakcia [mm]	% hmôt.
4-2	12,06
2-1,2	11,50
1,2-0,71	8,91
0,71-0	48,99

Sekundárna troska od jej vzniku chladne na teplotu okolia niekoľko dní až týždňov. Následne sa demetalizuje - tzn. magnetom sa vyseparujú feritické (magnetické) častice, ktoré sa používajú ako kovová vsádzka spolu s iným šrotom.

Demetalizovaná sekundárna troska sa mechanicky spracováva a triedi do rôznych výstupov podľa charakteru: I) nadsitná troska frakcie 12-50 mm, II) podsitná troska frakcie 0-12 mm, III) vyseparovaný kov z nadsitnej trosky, IV) vyseparovaný kov z podsitnej trosky.

Okrem podsitnej trosky frakcie 0-12 mm, sú ostatné tri výstupy priamo použiteľné do vsádzky pri výrobe ocele. Kovové výstupy sa použijú ako šrot a nadsitná troska frakcie 12 - 50 mm sa použije ako čiastočná náhrada vápna.

Podsitná troska frakcie 0-12 mm, aby bolo možné ju vsádzať do pece, sa spracováva spôsobom kompaktovania/skusovania do mechanicky stabilného tvaru a pevnosti a vsádza sa spolu s nadsitnou troskou frakcie 12 - 50 mm.

Ku kompaktovaniu trosky frakcie 0-12 mm môže dôjsť vibrolisovaním, pričom nie je možné kompaktovať len tlakom vibrolisu, preto je pridané spojivo. Spojivom je portlandský cement, ktorého podiel v zmesi tvorí 2 - 35 % hmotnostných. Zmes sa mieša počas doby nevyhnutnej na vytvorenie homogénnej štruktúry s/bez malým prídavkom vody, pokiaľ sa nedosiahne homogénne rozmiešanie. Zmes sa formuje vo formovacom zariadení - vibrolise, s bežnými parametrami.

Ku kompaktovaniu trosky frakcie 0-12 mm môže ďalej dôjsť lisovaním vo valcových lisoch, prípadne hydraulických piestových lisoch tak, že medzi časticami lisovaného materiálu dochádza k vzájomnej väzbe Van der Waalsovými silami, pričom nie je potrebné použiť žiadne spojivo. Hotové výrobky nie je nevyhnutné sušiť, nakoľko spojivo nie je potrebné. Výstupom je ale vždy materiál zlisovaný takou intenzitou, že má stabilný tvar a pevnosť, ktoré umožňujú manipuláciu ťažkými mechanizmami.

Podiel nekovových častíc sekundárnej trosky ku kovovým časticiam je od 2 do 99 % hmotnostných. Jednotlivé frakcie výstupov nie sú striktne predpísané. Frakčné zloženie sa volí podľa technologických možností kompaktovacieho zariadenia a zároveň aj požiadaviek na veľkosť vstupných surovín do taviaceho agregátu oceliarne. Ak by bola vsádzaná surovina príliš drobná, v procese vsádzania by zhorela. Ak by bola príliš veľká, nemusí sa celá v procese tavby roztaviť.

V niektorých prípadoch je možné implementovať ďalší stupeň triedenia, čím sa získajú ďalšie frakcie. Opäť platí už spomenuté o následnom využití v procese tavenia.

Výstupom zo skusovania je briketa/peleta/tvarovka alebo iná mechanicky pevná a tvarovo stabilná kompozitúra ľubovoľných rozmerov.

Sekundárna troska sa spracováva na dané výstupy, aby bolo ďalej možné ju použiť v primárnom tavení ocele - t. j. pri roztavovaní kovovej vsádzky (oceľový šrot, surové železo, iné železné odpady a pod.), a to na účely nahradenia hlavne vápna, ktoré sa s ďalšími aditívami používa na rafináciu (tzv. primárna úprava/rafinácia ocele —> výstupom je surová oceľ). Troska z primárneho tavenia sa bežne používa ako umelé hutné kameni vo (UHK).

Cyklus je zjednodušene opísaný tak, že odpad zo sekundárnej/finálnej úpravy sa dá použiť ako surovina v primárnom tavení - sekundárna troska má vhodné chemické zloženie na to, aby sa dala v primárnom tavení použiť v určitom objeme namiesto vápna.

Príklad alternovania vápna troskou:

Sekundárna troska čiastočne obsahuje vápno, pretože vzniká okrem iných aditív z pridaného čistého vápna do tavby. Čisté vápno sa však môže pridať aj do sekundárnej trosky pred zhutnením do kompaktného tvaru, čo bude mať efekt spojiva a rovnako troskotvornej prísady v primárnom tavení.

Namiesto 1600 kg vápna v 55 - 60 tonách surovej ocele sa dá použiť kombinácia 1000 kg sekundárnej trosky + 500 - 1000 kg vápna.

Výsledkom je, že zanikne výskyt jedného odpadu - sekundárnej trosky a ďalej, že nie je nutné používať toľko vápna v primárnom tavení ocele, čo má ekonomický prínos.

Príklady uskutočnenia

Príklad 1

Skusovanie sekundárnej trosky spôsobom vibrolisovania

Spôsob recyklácie sekundárnej trosky v primárnom tavení železa, pričom sekundárna troska je upravená

SK 7191 Υ1 nasledujúcimi krokmi: prirodzené chladnutie, demetalizovanie, mechanické spracovanie a triedenie, zhutnenie jej podsitnej časti (0 - 12 mm) do kompaktného tvaru, pričom samotnú trosku nie je možné kompaktovať len tlakom vibrolisu, preto je pridané spojivo. Spojivom je portlandský cement, ktorého podiel v zmesi tvorí 2 - 35 % hmotnostných. Zmes sa mieša po dobu nevyhnutnú na vytvorenie homogénnej štruktúry s malým prídavkom vody/bez malého prídavku vody, pokiaľ sa nedosiahne homogénne rozmiešanie. Zmes sa formuje vo formovacom zariadení - vibrolise s bežnými parametrami. Hotové výrobky sa sušia na podložkách 2-14 dní pri bežných atmosférických podmienkach. Zelená pevnosť v tlaku brikiet je dostatočná, aby sa nerozbíjali pri páde z 2 m výšky a bolo nimi možné manipulovať ťažkými mechanizmami. Vlhkosť hotových brikiet po sušení je v priemere do 8 %. Sekundárna troska sa s metalurgickými prísadami, ktorými sú napr. vápno, magnéziové zmesi, karbid vápnika, vápence, ferozliatiny, pridá ako aditívum do primárnej tavby, pričom podsitná troska frakcie 0-12 mm bola predtým zhutnená do kompaktného tvaru, nadsitná troska frakcie 12 - 50 mm bola použitá v pôvodnom stave bez predchádzajúcej úpravy. Hmotnostný pomer spracovanej sekundárnej trosky k použitému vápnu je 1 : 0,5 - 10.

Príklad 2

Skusovanie sekundárnej trosky lisovaním pod vysokým tlakom

Spôsob recyklácie sekundárnej trosky v primárnom tavení železa, pričom sekundárna troska je upravená nasledujúcimi krokmi: prirodzené chladnutie, demetalizovanie, mechanické spracovanie a triedenie, zhutnenie jej časti do kompaktného tvaru lisovaním vo valcových lisoch, prípadne hydraulických piestových lisoch tak, že medzi časticami lisovaného materiálu dochádza k vzájomnej väzbe Van der Waalsovými silami, pričom nie je potrebné použiť žiadne spojivo. Hotové výrobky nie je nevyhnutné sušiť, nakoľko spojivo nie je potrebné. Výstupom je ale vždy materiál zlisovaný takou intenzitou, že má stabilný tvar a pevnosť, ktoré umožňujú manipuláciu ťažkými mechanizmami. Sekundárna troska sa s metalurgickými prísadami, ktorými sú napr. vápno, magnéziové zmesi, karbid vápnika, vápence, ferozliatiny, pridá ako aditívum do primárnej tavby, pričom podsitná troska frakcie 0-12 mm bola zhutnená do kompaktného tvaru, nadsitná troska frakcie 12 - 50 mm bola použitá v pôvodnom stave bez predchádzajúcej úpravy. Hmotnostný pomer spracovanej sekundárnej trosky voči použitému vápnu je 1 : 0,5 - 10.

Priemyselná využiteľnosť

Technické riešenie definuje spôsob recyklácie sekundárnej trosky v primárnom tavení železa a jej zhodnotenie do plnohodnotného produktu, ktorý je možné použiť ako náhradu za rafinačné suroviny pri pretavovaní kovovej vsádzky pri výrobe ocele, akými sú vápno, magnéziové zmesi, karbid vápnika, ferozliatiny, vápenec, odsírovadlá, dezoxidovadlá a pod.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (4)

1. Spôsob recyklácie sekundárnej trosky v primárnom tavení železa, pričom sekundárna troska je upravená nasledujúcimi krokmi - prirodzené chladnutie, demetalizovanie, mechanické spracovanie a triedenie, zhutnenie jej časti do kompaktného tvaru, vyznačujúci sa tým, že sekundárna troska s metalurgickými prísadami sa pridá ako aditívum do primárnej tavby železa v zmesi s pridaným vápnom v hmotnostnom pomere 1 : 0,5 - 10, pričom podsitná troska frakcie 0-12 mm sa zhutňuje do kompaktného tvaru, nadsitná troska frakcie 12 - 50 mm sa použije v pôvodnom stave bez predchádzajúcej úpravy.

2. Spôsob recyklácie sekundárnej trosky v primárnom tavení železa podľa nároku 1,vyznačujúci sa t ý m , že podsitná troska frakcie 0-12 mm sa zhutňuje do kompaktného tvaru vibrolisovaním s pridaním 2 - 35% hmotnostných spojiva a následne sa suší 5 hodín až 1 - 7 dní pri bežných atmosférických podmienkach v závislosti od použitého spojiva.

3. Spôsob recyklácie sekundárnej trosky v primárnom tavení železa podľa nároku 2, vyznačujúci sa t ý m , že spojivom je portlandský cement, melasa, vápno, vápenné mlieko, horečnatá maltovina, bentonit, resp. ich kombinácia.

4. Spôsob recyklácie sekundárnej trosky v primárnom tavení železa podľa nároku 1, vyznačujúci sa t ý m , že podsitná troska frakcie 0-12 mm sa zhutňuje do kompaktného tvaru lisovaním.