ПЕРЕДВИЖНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГРАНУЛЯЦИИ ШЛАКОВОЙ МЕЛОЧИ
MOBILE INSTALLATION FOR GRANULATING SLAG BREAKAGE

Настоящее изобретение относится к устройству для осуществления способа грануляции шлаковой мелочи, в частности мелочи металлургических шлаков, с целью ее использования.
2
Одним из завершающих этапов при выплавке стали является ее обработка в ковше в жидком состоянии с целью очистки, в частности, от серосодержащих или окисленных фаз, которые сконцентрированы в шлаке. Для этого в ковш вводят известь, доломит или сжижающие агенты (такие как плавиковый шпат - CaF, глинозем, алюминаты кальция и пр.). Этот этап обработки в ковше носит название «вторичной металлургии».
2
2
3
При этой вторичной металлургии образуются отходы, называемые отходами второго класса, которые не причиняют серьезного вреда окружающей среде. В этих отходах содержатся, например, CaO, MgO, SiO, АlО и пр. Тем не менее, такие отходы необходимо либо отправлять на свалку, либо повторно использовать. Сброс на свалку становится в наше время все менее и менее возможным в связи с возрастающим ужесточением требований по защите окружающей среды. Именно образование мелочи, представляющей собой частицы размером менее 10 мм, в частности, менее 5 мм, вызывает проблему.
При повторном использовании в электропечи значительная часть шлаковой мелочи (<5-10 мм) засасывается в систему отвода дымовых газов и смешивается с печной пылью. При этом шлаковая мелочь обогащается тяжелыми металлами и другими элементами 1-го класса. Следовательно, эти мелкие фракции с повышенным содержанием тяжелых металлов приходится отправлять на свалку 1-го класса, что на около 50% увеличивает расходы по сравнению со свалкой 2-го класса. Такое решение о повторном использовании становится неотложным в связи с тенденцией увеличения разницы между затратами, связанными со свалкой 1-го класса и свалкой 2-го класса.
В случае повторного использования с применением агломерационных лент, хорошо известных специалисту, присутствие таких мелкий фракций может привести в последующем к появлению зародышей для образования диоксинов, что часто исключает такую возможность удаления шлаковой мелочи.
С другой же стороны большой унос мелких фракций во время загрузки печи, вызываемый восходящим тепловым потоком, представляет собой источник вреда для окружающей среды и реальную опасность для операторов.
Решением, являющимся альтернативным по отношению к выбросу указанной шлаковой мелочи на свалку, а также щадящим окружающую среду и обеспечивающим безопасность операторов, является агломерация указанных мелких фракций, проводимая таким образом, чтобы обеспечивалась возможность их повторного использования в металлургическом процессе и предупреждался их унос в момент загрузки печи, поскольку полученный агломерат тяжелее мелких фракций. Наиболее простым и менее дорогим способом является грануляция, например, во вращающейся тарелке или в барабане.
Добавка водной суспензии на основе кальциомагниевых продуктов в присутствии возможных добавок к мелким фракциям способствует сцеплению гранул, которые обладают достаточной механической прочностью для предупреждения любого последующего выброса этих фракций.
Металлургический завод с годовой производительностью 1000000 т стали может производить около 6000 тонн мелких фракций шлаков в год при вторичной металлургии, что соответствует образованию шлаковой мелочи в количестве менее 1 т в час. В данном случае под шлаковой мелочью или мелкими фракциями шлака понимается гранулометрическая фракция шлака с размером частиц менее 10 мм.
Для обработки этого незначительного количества мелкой фракции можно было бы использовать установку для грануляции размером, соответствующим такому низкому количеству, но она оказалась бы мало производительной и дорогостоящей в отношении цены труда.
Для снижения цены труда можно было бы также применить крупную установку, но тогда ее применение носило бы не регулярный характер. Такое решение также не приемлемо, поскольку эта установка часто работала бы в переходном режиме от запуска к остановке, при этом, кроме того, длительные простои были бы вредны для надлежащей эксплуатации оборудования. Также и капитальные затраты были бы не пропорциональны потребностям.
Поскольку ни крупная, работающая нерегулярно установка, ни малая низко производительная и дорогостоящая установка не являются приемлемыми, то, следовательно, основная, подлежащая решению проблема, связанная с устройством согласно изобретению, состоит в создании установки с низкой ценой труда, такой как цена труда крупной установки, с относительно непрерывным режимом работы, необходимым для сокращения простоев, и являющейся пригодной для обработки небольших количеств повторно используемой шлаковой мелочи, образующейся в металлургическом производстве.
Данная проблема решается устройством согласно изобретению, упомянутым выше и содержащим по меньшей мере следующие элементы:
- питающий бункер (5) для приема шлаковой мелочи,
- грануляционные средства (2), питаемые шлаковой мелочью из питающего бункера (5),
- резервуар-хранилище (9) для водной фазы, содержащий по меньшей мере одну грануляционную добавку и питающий упомянутые грануляционные средства (2) водной фазой для образования гранул из шлаковой мелочи,
- средства (7) для удаления произведенных гранул,
- источник (4) энергии, необходимый, в частности, для обеспечения автономной работы устройства, и
- средства (3) контроля и управления приведенными выше элементами, при этом устройство дополнительно содержит транспортируемую съемную платформу (1), на которой смонтированы все указанные элементы и находятся в готовом для применения виде.
Благодаря своей возможности передвижения устройство согласно изобретению делает возможным осуществление способа грануляции в местах расположения разных металлургических предприятий для утилизации шлаковой мелочи в виде повторного использования в металлургии при экономически очень конкурентоспособных условиях, т.е. при сниженных технологических и транспортных капитальных затратах. Кроме того, обработка шлаковой мелочи на месте позволяет исключить загрязнение окружающей среды вследствие уноса при транспортировке и снижает опасность для персонала. Такая передвижная, полностью автономная установка является очень маневренной и готовой к применению сразу после доставки на место назначения.
В заявке на патент США №2003/0047035 описан способ извлечения металлов при высокой температуре, реализуемый посредством передвижного устройства. К сожалению частично раскрытое в этом документе устройство состоит из нескольких элементов, расположенных на нескольких транспортируемых платформах, что делает необходимой их сборку после доставки на место назначения. Действительно, для работы разные элементы должны быть связаны между собой, при этом такое устройство требует наличия большой свободной площади на месте доставки для размещения оборудования и значительных затрат времени на монтаж. Необходимость применения нескольких транспортных средств вызывает существенные транспортные расходы, при этом требуется численность персонала, пропорциональная по меньшей мере количеству транспортных единиц. Кроме того, поскольку устройство предназначено для размещения непосредственно на грунте, то это может усложнить монтаж, так как грунт не является повсеместно ровным.
Поскольку согласно изобретению все элементы грануляционного устройства собраны воедино на единственной платформе, то на месте назначения остается только закрепить ее и при необходимости подключить к источнику водоснабжения, а также запрограммировать разные рабочие параметры в средствах контроля и управления, например количество обрабатываемого материала, требуемый размер гранул. Техническое обслуживание и монтаж требуют минимальных затрат, так как они могут выполняться одним человеком, причем время монтажа и размер необходимой площадки сокращаются, транспортировка является не дорогостоящей.
При этом также исключаются приведенные выше недостатки, связанные с большим размером грануляционной установки и низким объемом производства шлаковой мелочи. Такое передвижное и автономное устройство обеспечивает большую эксплуатационную гибкость на металлургическом заводе при использовании либо вблизи места образования шлаковой мелочи, либо вблизи зоны временного хранения. Это устройство позволяет, кроме того, утилизировать годовой объем шлаковой мелочи, образующейся на нескольких металлургических заводах, и исключить необходимость доставки этой мелочи на сортировочный пункт.
Согласно особо предпочтительному варианту выполнения транспортируемая съемная платформа представляет собой кузов стандартного прицепа или полуприцепа, в котором размещены все элементы устройства. В смысле настоящего изобретения под стандартным прицепом или полуприцепом понимается повозка, размеры которой позволяют ей передвигаться по дороге, не представляя собой отдельное транспортное средство. Благодаря этому устройство согласно изобретению может доставляться к месту расположения металлургического завода, т.е. туда, где находится подлежащая обработке шлаковая мелочь, при этом исключается необходимость в применении особого, дорогостоящего и ограничивающего транспортного средства.
Таким образом, потребовалось довести оборудование до максимального размера и оптимизировать его расположение для удовлетворения потребности в переработке повышенного количества шлаковой мелочи в условиях ограниченного пространства, например в пределах автомобильного прицепа.
Кроме того, кузов прицепа или полуприцепа может быть выполнен по меньшей мере частично с уклоном. Наклонный кузов позволяет использовать большее количество устройств, обеспечивающих загрузку шлаковой мелочи в питающий бункер. При производительности 10 т/ч размер питающего бункера и диаметр грануляционной тарелки делают необходимым применение прицепа с наклонным полом, обеспечивающим более простой доступ. При этом очевидно, что возможно предусмотреть передвижные установки с производительностью менее 10 т/ч. Также очевидно, что такое оборудование позволяет проводить на месте грануляцию и других мелких фракций, нежели только разные виды мелочи металлургического шлака.
Согласно другому варианту выполнения указанная транспортируемая съемная платформа может быть выполнена закрепляемой в кузове прицепа или полуприцепа. Также устройство может быть заключено в транспортный контейнер стандартного размера, днище которого будет служить платформой, что позволит производить доставку разными транспортными средствами или наземным транспортным средством на соответствующие места применения.
Согласно наиболее простому варианту выполнения водная фаза представляет собой суспензию с содержанием извести или доломита, в частности известковое молоко.
2
Благодаря использованию известкового молока шлаковые гранулы могут повторно использоваться в электропечи в количестве около 1 т на 150 т садки печи или в количестве ±400 кг на 150 т садки в ковше. Такое повторное использование позволяет исключить необходимость добавки флюса, в частности, CaF, применяемого обычно во вторичной металлургии.
Предпочтительно, чтобы устройство содержало средства выборочного получения шлаковой мелочи, расположенное выше питающего бункера, при этом средство выборочного получения шлаковой мелочи может представлять собой сито, предпочтительно наклонный вибрационный грохот или же дробилку. Данное средство выборочного получения шлаковой мелочи предназначено для гранулометрического упорядочения шлаковой мелочи, подаваемой в грануляционное устройство.
Предпочтительно оборудовать питающий бункер устройства согласно изобретению по меньшей мере одной вибрационной системой для повышения сыпучести подаваемой шлаковой мелочи. Под вибрационной системой понимаются, в числе прочего, традиционные вибраторы, пневматические сотрясательные системы, подпружиненный бункер и любая другая система, обеспечивающая существенно равномерную сыпучесть материала в бункере.
Предпочтительно, чтобы устройство содержало средства контроля начала питания, расположенные над указанным питающим бункером, причем эти средства могут включать в себя ленточный транспортер с разной скоростью движения, питаемый питающим бункером, и гильотинный затвор для предупреждения любой блокировки при питании ленточного транспортера.
В особо предпочтительном варианте выполнения устройства согласно изобретению грануляционные средства выполнены в виде грануляционной тарелки или барабана. Кроме того, грануляционные средства могут включать в себя распылительное устройство для водной фазы, такой как упомянутая выше известковая суспензия.
Предпочтительно, чтобы резервуар-хранилище содержал смеситель и/или дозирующий насос для известковой суспензии.
Другие варианты выполнения устройства согласно изобретению приведены в приложенной формуле изобретения.
Другие признаки, детальные сведения и преимущества изобретения содержатся в приводимом ниже, не ограничивающем описании со ссылкой на приложенные чертежи.
На фиг.1 показан вид сверху на вариант выполнения устройства согласно изобретению.
На фиг.2 показан вид сбоку на вариант выполнения на фиг.1.
На фигурах одинаковые или аналогичные элементы обозначены одними и теми же позициями.
На фиг.1 изображен вариант выполнения устройства, содержащего кузов прицепа или полуприцепа 1, в котором размещены разные элементы устройства согласно изобретению.
Как следует из чертежей, для придания устройству полной автономности и возможности перемещения весь комплекс оборудования подобран и смонтирован с возможностью соблюдения на поверхности автомобильного прицепа предписанных габаритов, исключая при этом необходимость использования особого, дорогостоящего и ограничивающего транспортного средства.
В металлургическом секторе применение такой передвижной установки должно обеспечить высокую производительность грануляции. Необходимо обеспечить производительность обработки шлаковой мелочи, составляющей 8-10 т/ч.
Передвижной грануляционный агрегат согласно изобретению схематично изображен на фигурах 1 и 2. Комплекс оборудования размещен на прицепе с наклонным кузовом 1, оборудованным гидравлическими стабилизаторами 8.
3
Система 10 выборочного получения шлаковой мелочи, такая как наклонный вибрационный грохот, позволяет исключить попадание в установку слишком больших кусков шлака, превышающих, в частности, 20-30 мм. Вместимость грохота превышает вместимость питающего бункера 5 приблизительно на 10 м для обеспечения достаточной автономности при переработке ±10 т/ч мелких фракций шлака.
Бункер 5 с наклонными стенками оснащен несколькими вибраторами 15 для обеспечения постоянного поступления шлаковой мелочи на расположенный внизу ленточный транспортер 14. Действительно, скорость движения ленточного транспортера, задаваемая частотным вариатором, позволяет регулировать питаемый расход грануляционной тарелки 2. Это возможно только в случае правильной загрузки ленточного транспортера обрабатываемым продуктом. Кроме того, оснащенный двигателем гильотинный затвор 13 обеспечивает регулировку расходуемого количества и предупреждает любую блокировку питания транспортера, в частности, при наличии кусков шлака более крупного размера, прошедших сквозь сито.
Весовая система 6, связанная с транспортером, обеспечивает контроль за питанием мелкими фракциями. Кроме того, эта весовая система позволяет обнаруживать сбои при подаче материала на ленточный транспортер и воздействовать на вибраторы 15 и гильотинный затвор 13.
Грануляционная установка представляет собой тарелку диаметром ±2,5 м, оборудованную распылительным устройством 16 для водной суспензии с содержанием твердой или жидкой (твердых или жидких) добавок и обеспечивающую грануляцию мелких фракций. Наиболее простым примером такой суспензии служит известковое молоко. Влажность гранулируемого материала может замеряться непрерывно, в частности, инфракрасным прибором 11, установленным над ленточным транспортером 14.
Установка содержит резервуар-хранилище 9 для водной суспензии, снабженный смесителем, и дозирующий насос для питания распылительного устройства.
Гранулы размером, как правило, 10-20 мм отводятся из грануляционной тарелки ссыпанием через край наиболее крупных частиц. Гранулы поступают в приемный бункер 17, снабженный ленточным транспортером 7. Предпочтительно, чтобы над этим ленточным транспортером располагалась система 12 сушки гранул, например инфракрасным излучением, для ускорения твердения.
Передвижная установка согласно изобретению содержит источник энергии 4, обеспечивающий автономную работу устройства. Под «источником энергии» понимается генератор энергии или средства для подключения к энергетической сети, такой как электрическая сеть. Под генератором энергии понимается, например, генераторный агрегат с компрессором или без него или же любая другая система, преобразующая имеющуюся на месте применения энергию непосредственно в энергию для снабжения устройства согласно изобретению. В примере выполнения, представленном на фигурах 1 и 2, передвижная установка может быть подключена к электрической сети или к своему собственному генераторному агрегату 4, при этом она содержит компрессор. Кроме того, она содержит расположенные посередине средства контроля и управления 3 оборудованием. В изображенном варианте выполнения средства контроля и управления 3 сгруппированы в кабине, что позволяет всего лишь одному оператору полностью следить, управлять и контролировать разные блоки устройства согласно изобретению.
При максимальной производительности 10 т/ч размер питающего бункера и диаметр грануляционной тарелки требуют применения прицепа с наклонным полом, обеспечивающим облегченный доступ. Наклонный пол позволяет применить более широкий набор устройств для загрузки шлаковой мелочи в питающий бункер. Очевидно также, что возможно предусмотреть передвижные установки производительностью менее 10 т/ч. Также само собой разумеется, что такая установка позволяет гранулировать на месте кроме шлаковой мелочи также и другие мелкие фракции.
Варианты некоторых видов оборудования могут рассматриваться не выходя за пределы настоящего изобретения, так, например, грануляционная тарелка может быть заменена барабаном или первоначальный грохот - дробилкой, которая исключает наличие крупных кусков шлака в грануляционной установке. Этот вид оборудования мог бы не применяться при условии, что шлак ранее подвергся грохочению или дроблению. Резервуар-хранилище для водной суспензии также может быть заменен блоком приготовления суспензии из исходных материалов.
Расположение оборудования на прицепе, показанное на фиг.1, также может быть выполнено в зависимости от вида применяемого оборудования, при этом могут применяться некоторые дополнительные приборы.
Кроме того, во внимание могут быть приняты варианты, альтернативные по отношению к расположению устройства на прицепе, например расположение внутри контейнера, облегчающего транспортировку установки по железной дороге, а также речным или морским путем.
ПРИМЕР
Проводились опыты по грануляции мелких фракций шлаков вторичной металлургии на месте с применением установки-прототипа, аналогичной описанной выше, но производительностью около 1 т/ч, и содержавшей грануляционную тарелку диаметром 1 м.
3
3
Предварительно просеяли шлак с получением частиц размером 10 мм; в грануляционную установку подавалась только шлаковая мелочь засыпкой в питающий бункер емкостью 0,6 м. Этот бункер был связан с ленточным транспортером, по которому шлаковая мелочь подавалась к грануляционной тарелке. Тарелка была установлена наклонно под углом 55° к горизонтальной линии. В зоне тарелки распылительное устройство позволяло производить добавку известкового молока в количестве около 80 дм на тонну шлаковой мелочи для получения известкового молока с содержанием порядка 15% твердого вещества.
Таким образом, были получены гранулы размером 10-25 мм; их собирали на ленточном транспортере в результате ссыпания через край грануляционной тарелки и подавали в большие емкости (big bags) для хранения в течение месяца. Таким образом, грануляции было подвержено сто тонн шлаковой мелочи для проведения опыта по вторичному использованию.
Механическую прочность гранул измеряли во время хранения, до начала использования. По каждой пробе, состоявшей из 10 гранул среднего размера, т.е. около 10 мм, проводили испытание на прочность на раздавливание: измеряли усилие, при котором происходило разрушение гранулы. Значения прочности на раздавливание составили от 60 до 90 Н.
3
Такие значения прочности на раздавливание позволяют, в частности, хранить гранулы с насыпным объемом около 1 кг/дм в виде слоя толщиной не менее 10 м в вертикальной башне без риска раздавливания гранул нижнего слоя. С другой же стороны, такая механическая прочность позволяет манипулировать и повторно использовать гранулы при ограниченном выбросе пыли.
2
Такие шлаковые гранулы повторно использовались в электропечи и во вторичной металлургии без выброса пыли. В электропечи вторично использовали 1 т гранул при садке в 150 тонн. Для ковша применяли 350-400 кг гранул при садке 150 т. В отношении ковша необходимо отметить, что вторичное использование шлаковой мелочи позволяет обходиться без добавки CaF, применяемой обычно в качестве флюса во вторичной металлургии.
Само собой разумеется, что настоящее изобретение совершенно не ограничивается описанными выше вариантами выполнения и что в него могут быть привнесены многочисленные изменения, не выходящие за рамки приложенной формулы изобретения.