способ переработки маслосодержащей прокатной окалины

Формула изобретения

1 Способ переработки маслосодержащей прокатной окалины, включающий подачу маслосодержащей прокатной окалины, нагрев воздуха и высокотемпературную обработку маслосодержащей прокатной окалины горячим воздухом до сжигания масла и образования пылегазовой смеси, направляемой на сепарацию для получения сухой обезмасленной окалины, отличающийся тем, что высокотемпературную обработку маслосодержащей прокатной окалины проводят в расположенных друг над другом кипящих слоях, создаваемых ожижением слоя алунда подаваемым воздухом, при этом в пространстве между кипящими слоями восходящий поток смеси маслосодержащей прокатной окалины и газа внезапно расширяют с одновременным огибанием этим потоком расположенных на его пути преград, а нагрев воздуха прекращают при воспламенении масла.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, а именно к переработке отходов металлургического производства, загрязненных техническими маслами, и может быть использовано в прокатном производстве, преимущественно в трубопрокатном.

Обезмасленная прокатная окалина представляет собой ценное вторичное металлургическое сырье для предприятий черной металлургии, т.к. содержание железа в нем более 60% после агломерации может быть сырьем в неограниченном количестве для доменного производства, а после окускования - для мартеновского производства. Спрессованный оксид железа (окалина) принимается как сырьевой продукт предприятиями электрометаллургического производства, а сухой порошок оксида железа (окалина) является необходимым сырьем для получения, например, железного сурика - обязательного компонента при производстве красок.

Однако анализ дел на металлургических заводах, где имеются трубо- и листопрокатные производства, показал, что до настоящего времени отходы этих производств маслосодержащую окалину выбрасывали в отвалы ввиду того, что высок процент содержания в ней масла - 20-30 вес.% и не существует отработанной высокоэффективной технологии переработки ее. А так как маслосодержащая прокатная окалина является продуктом третьего класса токсичности, то отвалы из нее представляют опасность для экологической обстановки окружающей среды и для здоровья долей. Кроме того, складирование в отвалы прокатной окалины совместно с другими отходами металлургических предприятий приводит к потере ценного сырья для черной металлургии, а также к разубоживанию и снижению качественных характеристик его.

"Сырьевой голод" в черной металлургии России в связи с сокращением железорудной сырьевой базы заставляет предприятия обратиться к разработке технологии переработки именно этого вида отходов - маслосодержащей прокатной окалины.

Рассмотрим и проанализируем известные из мирового уровня техники решения, предназначенные для переработки маслосодержащей прокатной окалины.

Известен способ удаления масла с вторичной окалины, образующейся при прокатке (см. патент США N 5047083, кл. C 22 B 7/00, 1989), включающий сбор загрязненной смазкой вторичной окалины и определение содержания смазки. Часть окалины, содержащую > 0,5% смазки, суспендируют в воде, получая водную суспензию, содержащую 25% твердых компонентов. Суспензию подвергают интенсивному перемешиванию, получая суспензию окалины с пониженным содержанием смазки в эмульсии смазки в воде. В результате последующего разделения фаз получают вторичную окалину с пониженным содержанием смазки и эмульсию смазки в воде. Окалину с пониженным содержанием смазки промывают в проточной воде, получая окалину, не содержащую смазки, и отходы промывочной воды, которую затем используют вторично для получения суспензии окалины в воде на начальной стадии. Все стадии обработки повторяют до получения окалины, содержащей менее 0,5% смазки. Затем не содержащую смазки окалину сушат.

Достоинство данного способа в том, что вообще решена задача переработки замасленной прокатной окалины, что ее не сбрасывают в отвалы, а в результате переработки получают ценное вторичное сырье для металлургических производств.

Однако следует назвать и недостатки этого способа. Способ сложен в осуществлении, в нем предусмотрено множество операций, причем неоднократно повторяемых. Появляется дополнительный отход - замасленная вода, которую надо будет тоже очищать от масла.

Для реализации этого способа потребуется и большое количество технологического оборудования - от насосов до большегабаритных флотационных машин. Следовательно, этот способ обусловливает большие эксплуатационные, капитальные и энергетические затраты.

Кроме того, в некоторых известных решениях дополнительно к обработке маслосодержащей прокатной окалины путем суспендирования в воде предусмотрено введение химических реагентов для повышения эффективности отделения масла от окалины в воде (см. патент США N 4995912, кл. C 22 B 7/00, 1990), что увеличивает капитальные затраты на приобретение реагента и эксплуатационные затраты на очистку воды и от масла, и от реагентов или их соединений с маслом.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ для переработки маслосодержащей прокатной окалины и подобных веществ (см. патент Германии N 4008027, кл. C 22 B 1/00, 1/20, 1990), принятый в качестве прототипа.

Он включает подачу маслосодержащей прокатной окалины, нагрев воздуха (в прототипе - нагрев воздуха происходит в агрегате для спекания железной руды, где воздух является охлаждающим), высокотемпературную обработку маслосодержащей прокатной окалины горячим воздухом (в прототипе - удаление масла из окалины в проходной печи при повышенных температурах горячим воздухом, направляемым на вводимую прокатную окалину) до сжигания масла (в прототипе - по меньшей мере часть масла выгорает), при этом окалина высушивается, и затем пылегазовая смесь идет на сепарацию в циклон, где отделяется сухая обезмасленная окалина, а отработанный воздух, содержащий влагу и летучее масло вводят в зажигательный горн в качестве нагретого воздуха для горения, где дожигается масло. Такой способ экономичнее способа, основанного на жидкостной очистке маслосодержащей прокатной окалины от масла, т.к. высокотемпературное выжигание масла заменяет повторение одинаковых операций в способе - аналоге, исключает применение химических реагентов и дополнительную переработку вновь образовавшихся замасленных жидких отходов.

В то же время способ-прототип не лишен недостатков.

В связи с тем, что высокотемпературную обработку маслосодержащей прокатной окалины осуществляют в проходной печи, где исходная маслосодержащая прокатная окалина лежит неподвижным слоем на транспортном устройстве, а нагретый воздух направляется на слой, то тепломассообмен происходит неэффективно. Масло сгорает только в верхних слоях исходного материала, т.к. сам слой оказывает сопротивление прохождению горячего воздуха в глубину его, потому и в описании способа-прототипа указано, что выгорает только часть масла. Это значит, что оно остается на окалине и в "нелетучем" состоянии удаляется вместе с ней из печи. С отработанным же воздухом на дожигание уходит только летучее масло.

Таким образом, полученная сухая окалина не является обезмасленной. Ее необходимо снова перерабатывать, чтобы получить вторичное сырье, годное для металлургических производств. Это повлечет за собой новые капитальные, эксплуатационные и энергетические затраты.

Авторами настоящей заявки решена проблема полного сгорания масла, содержащегося в прокатной окалине, с получением обезмасленной окалины, годной в качестве вторичного сырья в металлургических производствах. Достигнут высокий технический результат - содержание масла в прокатной окалине трубопрокатного производства составило 0,02 вес.%. Опытные испытания проводились на Северном трубном заводе в Свердловской области. Предварительные технико-экономические расчеты показали, что капитальные, эксплуатационные и энергетические затраты будут снижены.

Достижение такого результата оказалось возможным благодаря заявляемому способу переработки маслосодержащей прокатной окалины.

Способ включает подачу маслосодержащей прокатной окалины, нагрев воздуха и высокотемпературную обработку маслосодержащей прокатной окалины горячим воздухом до сжигания масла и образования пылегазовой смеси, направляемой на сепарацию для получения сухой обезмасленной окалины.

Способ отличается от способа-прототипа тем, что высокотемпературную обработку маслосодержащей прокатной окалины проводят в расположенных друг над другом кипящих слоях, создаваемых ожижением слоя алунда подаваемым воздухом, при этом в пространстве между кипящими слоями восходящий поток смеси маслосодержащей прокатной окалины и газа внезапно расширяют с одновременным огибанием этим потоком расположенных на его пути преград, а нагрев воздуха прекращают при воспламенении масла.

Заявленный способ соответствует всем критериям патентоспособности.

Он обладает новизной, т.к. на настоящий момент заявителем не обнаружено ни одного известного из мирового уровня техники решения, характеризующегося такой же совокупностью существенных признаков, как в предлагаемом для патентной экспертизы способе. Это подтверждает проведенный заявителем патентный поиск, и описанные выше известные способы переработки маслосодержащей прокатной окалины.

Способ имеет изобретательский уровень, так как заявителем не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с его отличительными признаками. Более того, потребность в переработке маслосодержащей прокатной окалины велика, т.к. решает проблему получения из отходов высокоценного вторичного сырья для металлургических и смежных производств; исключения сброса окалины в отвалы и возможности переработать то, что уже накоплено в отвалах трубопрокатных и листопрокатных производств; улучшения экологической ситуации в местах расположения прокатных производств и исключения выплаты штрафов за загрязнение окружающей среды токсичными веществами.

Способ промышленно применим, т.к. ни совокупность существенных признаков, ни каждая операция способа в отдельности не вызывают сомнения в их воспроизводимости. Вся совокупность существенных признаков заявляемого способа и каждый его признак в отдельности направлены на достижение ожидаемого технического, а вместе с ним и экономического результата, при реализации способа в промышленном производстве.

Подтверждение тому - нижеприведенное описание осуществления способа. Для ясного понимания процесса переработки маслосодержащей прокатной окалины в описании представлена установка, с помощью которой предлагаемый способ может быть реализован на предприятиях прокатного производства.

На чертеже представлена схема установки, реализующей способ. Стрелками ____ показано движение воздуха, __ движение пылегазовой смеси, __ движение смеси воздуха и газообразной двуокиси углерода.

Она содержит устройство 1 для подачи исходной маслосодержащей прокатной окалины в аппарате для высокотемпературной обработки маслосодержащей прокатной окалины, калорифер 3 для нагрева воздуха, воздуходувку 4, охладитель 5, циклон 6 со сборником 7 сухой обезмасленной окалины, снабженный металлокерамическими патронными фильтрами 8 циклон 9 со сборником 10 обезмасленной окалины, конденсатор 11 и вытяжной вентилятор 12.

Устройство 1 выполнено в виде бункера 13 для исходной маслосодержащей прокатной окалины и соединенного с бункером 13 и аппаратом 2 шнекового питателя 14.

Внутри аппарата 2 расположены горизонтальные перфорированные решетки 15 и 16 с насыпными слоями 17 и 18 из алунда. Под горизонтальной перфорированной решеткой 15 находится патрубок 19, сообщенный с полостью калорифера 3, а в верхней части аппарата 2 размещен патрубок 20, сообщенный с полостью охладителя 5. Между насыпным слоем 17 и горизонтальной перфорированной решеткой 16 установлен расширитель 21 с конической перегородкой 22 и размещенной над ней перегородкой 23 в виде усеченного обратного конуса.

Осуществление заявляемого способа с помощью представленной установки заключается в следующем.

Воздуходувкой 4 воздух забирается из окружающей среды и идет в калорифер 3 на нагрев до температуры 550-600^oC, затем нагретый воздух из калорифера 3 через патрубок 19 подается в аппарат 2 и, проходя через отверстия решетки 15, создавая ожижением насыпного слоя 17 кипящий слой. В этот кипящий слой шнековым питателем 14 осуществляется подача маслосодержащей прокатной окалины на высокотемпературную обработку. Как только масло, содержащееся в прокатной окалине нагреется до 550^oC, оно воспламеняется. Нагрев воздуха прекращают, т. е. отключают нагревательные элементы калорифера 3, и в аппарат 2 воздух идет только на ожижение насыпного слоя. Высокотемпературная обработка в кипящем слое 17 продолжается благодаря тому, что пламя горения масла поддерживается постоянным за счет постоянного ввода масла в составе исходной окалины в аппарат 2.

Из кипящего слоя 17 выходит восходящий поток образовавшейся пылегазовой смеси из прокатной окалины с частицами масла, не успевшего сгореть в слое 17, воздуха, газообразной двуокиси углерода, образовавшегося при сжигании масла, и пара. Пылегазовый поток поступает в расширитель 21, где подвергается внезапному расширению с одновременным огибанием этим потоком преград в виде перегородок 22 и 23. Сначала поток пылегазовой смеси набегает на перегородку 22, огибает ее, затем огибает перегородку 23 и, попав в центральное отверстие обратного конуса 23, опять получает внезапное расширение. Благодаря неоднократным расширениям потока пылегазовой смеси, в результате которых скорость его восхождения снижается, а также изменению направления движения его при встрече с перегородками 22 и 23 увеличивается время пребывания пылегазовой смеси в атмосфере высоких температур 700-900^oC, достигаемых благодаря тому, что сгорает все больше и больше масла, поступающего в аппарат 2 с исходной окалиной. Именно в этом пространстве между кипящими слоями 17 и 18 происходит самое активное и высокоэффективное сгорание масла.

Из расширителя 21 пылегазовая смесь через отверстия в горизонтальной решетке 16 входит в насыпной слой 18, ожижает и превращает его в кипящий слой. Здесь происходит дожигание масла до содержания его в окалине 0,02 вес. % Далее пылегазовая смесь, содержащая сухую обезмасленную окалину, воздух, двуокись углерода и водяной пар, через патрубок 20 отводится из аппарата 2 и, побывав в охладителе 5 для снижения температуры пылегазовой смеси до 200^oC, направляется на сепарацию сначала в циклон 6, а затем в циклон 8. В циклоне 6 из пылегазовой смеси выделяется более крупная фракция сухой обезмасленной окалины и собирается в сборнике 7. В циклоне 8 и на фильтрах 9 происходит выделение из пылегазовой смеси более мелких фракций сухой обезмасленной окалины, собираемой в сборнике 10.

Оставшийся газовый поток выводится из циклона 8, поступает в конденсатор 11, где производится рекомбинация пара в воду, и уже смесь только воздуха и газообразной двуокиси углерода вытяжным вентилятором 12 выбрасывается в окружающую среду.

Для утилизации тепла, переданного охлаждающему воздуху пылегазовой смеси, поступившей в охладитель 5 из аппарата 2, этот воздух подают в воздуходувку 4.

Как видно из вышеприведенного описания осуществления способа в установке для переработки маслосодержащей прокатной окалины, способ прост, надежен в реализации. Производство экологически чистое, т.к. нет ни жидких, ни твердых токсичных отходов, не происходит загрязнения окружающей среды. Вводимая в аппарат 2 маслосодержащая прокатная окалина в присутствии только горячего и ожижающего воздуха работает сама на себя, на очистку от масла. Отсутствуют какие-либо добавки химических реагентов.

В результате переработки получают сухую обезмасленную окалину, представляющую собой товарную продукцию, вторичное сырье, пригодное для получения ферросплавов в электрохимическом производстве, агломератов для доменного производства, а также железосодержащих компонентов, например железного сурика, для изготовления красок.

Способ позволяет снизить капитальные и эксплуатационные затраты. Для его осуществления не требуется дополнительного подвода тепловой и электроэнергии, наоборот, тепло от сгорания масла используется непосредственно в процессе высокотемпературной обработки маслосодержащей прокатной окалины.