Способ утилизации отходов в виде измельченного металлокорда от механической переработки автопокрышек и устройство для его осуществления
METHOD OF RECYCLING WASTES IN FORM OF CRUSHED METAL CORD FROM MECHANICAL PROCESSING OF TIRES AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к теплоэнергетике и экологии, в части утилизации отходов, полученных в результате механической переработки автопокрышек, методом термической обработки этих отходов с разделением на компоненты.
Известны технические решения для механической переработки изношенных покрышек с металлокордом, при котором постадийно измельчают покрышки, фракционируют полученные куски и подвергают их магнитной сепарации и которые отражены в ряде патентов: (патент US № 4113186, кл.241-24, опублик.1978).
Известен способ «Переработка изношенных шин». Сборник научных трудов, М., ЦНИИТЭнефтехим. 1982, стр.89-92. В процессе механической переработки изношенных покрышек удаляют бортовые кольца, режут на куски, постадийно измельчают с последующим фракционированием, а именно измельчают куски посредством молотковой дробилки и вальцевания для извлечения компонентов переработанных автошин.
Известен способ переработки изношенных покрышек (см. заявка RU 97105251A, B29B17/00, B29B17/02, опубл. 10.04.1999 г.), включающий их измельчение, отделение текстильного и металлического корда, фракционирование полученного измельченного вулканизата, приготовление на его основе дисперсной вулканизуемой композиции путем смешения с вулканизующим агентом и пластификатором и последующую переработку полученной композиции методом прессования, отличающийся тем, что покрышку без бортового кольца и разрезанную пополам вдоль образующей измельчают при нормальных условиях в три стадии: на первой и второй стадиях на измельчителях валкового типа, снабженных наборами фрез с расстоянием между фрезами 50-100 мм, причем измельчитель второй стадии снабжен калибрующей решеткой с отверстиями размером 10-40 мм в диаметре, а третья стадия - тонкое измельчение - проводится в аппарате экструзионного типа в условиях сдвиговых деформаций, достаточных для вскрытия текстильного и металлического корда без его дополнительного измельчения, который затем отделяют путем сепарации, а измельченный вулканизат, после фракционирования на сите с размером ячеек 1-5 мм, направляют на приготовление дисперсной вулканизуемой композиции, которое осуществляют в режиме вихревого слоя в аппарате со смесительным ротором лопастного типа, при частоте вращения ротора 300-1000 об/мин, степени заполнения смесительной камеры 2-20% в течение 7-60с при соотношении компонентов в смеси.
Наиболее близким техническим решением является способ и линия для переработки изношенных покрышек (заявка RU 2005102538 А, B29B17/00, B29K21/00, опубл. 10.07.2006 г.), при котором  покрышки измельчают в режущих устройствах с получением резиновой крошки с ее последующим фракционированием, подвергают магнитной сепарации для извлечения металлического корда, извлекают частично текстильный корд, отличающийся тем, что на  покрышки  воздействуют давлением изнутри и сверху, затем в таком состоянии им сообщают вращение и подают в режущие устройства, где на стадии предварительного измельчения за один проход режущих головок, вращающихся одновременно в одном и том же направлении, встречном направлению вращения покрышек, получают смесь резиновой крошки с металлическим и текстильным кордом, которую забирают посредством пневмоотсоса, подают через циклон на магнитный транспортер, после которого металлический корд удаляют методом магнитной сепарации.
Недостатком является то, что в процессе механической переработки изношенных покрышек в конечной стадии технологического процесса остаются мелкодисперсные отходы измельченного металлического корда, состоящие из скрученной металлической проволоки (длиной 10-15 мм), неотделяемого от проволоки текстиля и остатков резины. Ввиду невозможности разделения компонентов, входящих в данные отходы, возникает проблема их утилизации. Переработчики шин пытаются их утилизировать различными путями: захоронением в земле, нелегальным вывозом на полигоны утилизации отходов и т.д. Что отрицательно влияет на экологическую обстановку близлежащих населенных пунктов.
Наиболее близким техническим решением является устройство для сжигания твердого топлива в пульсирующем потоке (патент RU №2539414 C2, F23C15/00, опубл. 20.01.2015), содержащее камеру воспламенения, камеру предварительной тепловой подготовки топлива, крышку камеры предварительной тепловой подготовки топлива, воздуховод, резонаторную трубу, состоящую из двух частей (верхней и нижней) и примкнутую к камере воспламенения, образуя кольцевой зазор между ее верхней и нижней частями, сетчатый турбулизатор, состоящий из нескольких составных частей, колосник, многосопловую диффузионную горелку, сборник твердых отходов, сборник инертного материала. Устройство снабжено газоотводящей трубой, верхний срез которой расположен в камере предварительной тепловой подготовки топлива на расстоянии 2-3 диаметра этой трубы от нижней части крышки камеры предварительной тепловой подготовки топлива, другой конец расположен в нижней части резонаторной трубы и введена автоматическая система регулирования температуры термического разложения резины, с термодатчиком системы регулирования температуры, один конец которого прикреплен к камере воспламенения, а второй конец расположен напротив воздуховода с возможностью соединения и регулирования его проходного сечения, причем воздуховод выполнен в виде аэродинамического клапана с изменяемым проходным сечением, обеспечивающим поддержание в камере воспламенения и в камере предварительной тепловой подготовки топлива заданной температуры газов в автоматическом режиме и термическое разложение отходов резинотехнических изделий с возможностью выделения легких фракций для дальнейшего сжигания, причем в сборнике инертного материала размещена система снижения температуры инертного материала, которая выполнена в виде группы форсунок, расположенных симметрично по диаметру сборника инертного материала, а форсунки установлены в количестве, определяемом объемом охлаждаемого инертного материала.
Недостатком данного решения является то, что в выше указанном устройстве газоотводящая труба проходит через всю камеру сгорания снизу вверх до приемного бункера, и это не позволяет осуществлять загрузку и равномерное распределение по камере сгорания вышеуказанных отходов от механической переработки автошин, делает невозможным их перемещение после обжига на вибросито, с последующим отделением металла от инертных материалов.
Технической задачей изобретения является создание устройства и способа утилизации отходов от механической переработки автопокрышек путем разделения компонентов, входящих в их состав методом термической обработки (обжиг) с целью их дальнейшего использования на регенератных заводах, предприятиях ломоперерабатывающей отрасли, металлургической промышленности и других отраслях народного хозяйства.
Сущность изобретения заключается в том, что способ утилизации отходов, в виде измельченного металлокорда от механической переработки автопокрышек, включающий магнитную сепарацию, при этом металлокорд с остатками резины и текстиля подвергают обжигу, пропускают через вибросито, освобождаясь от зольно-коксовых остатков - сажи и окислов металла, и после магнитной сепарации пакетируют.
Сущность изобретения заключается также в том, что устройство для утилизации отходов включающее камеру сгорания, газовую горелку, трубы для выброса летучих веществ, сборник инертных материалов отличающееся тем, что камера сгорания снабжена загрузочным бункером, шиберной заслонкой с лебедкой для открывания и закрывания шиберной заслонки, вентилятором с трубопроводом для дополнительной подачи воздуха, днище камеры сгорания выполнено в виде  опрокидывающихся створок, а сборник инертных материалов в виде поддона, между поддоном и днищем камеры сгорания установлены вибросита, в трубе для выброса летучих материалов установлен  вентилятор дымососа.
Технический результат заключается в том, что предлагаемое устройство для переработки отходов (измельченный металлокорд) позволяет подобрать оптимальный, экономически выгодный режим работы установки с циклической подачей твердого топлива за счет отвода через газоотводящую трубу, образующихся в камере предварительной тепловой подготовки топлива продуктов сгорания твердого топлива, которые образуют на ее внутренних стенках смолообразную массу, тем самым уменьшая ее объем. Выход газообразных продуктов сгорания получается экологически чистым за счет конструктивного исполнения устройства для сжигания твердого топлива в пульсирующем потоке, а пакеты из лома металлокорда покрышек, подвергнутого термической обработке, позволяют повысить насыпную плотность лома в загрузочных емкостях сталеплавильных агрегатов.
Сущность изобретения поясняется чертежом.
Устройство представляет собой обжиговую печь, состоящую из: загрузочного (приемного) бункера 1, для приема дозированной порции отходов (измельченный мелкодисперсный металлокорд с вкраплениями текстильного волокна и остатков резины), шиберной заслонки 2 открывающей (подъем) впускной проем в камеру сгорания 3 для приема отходов, и закрывающей проем (опускание) после поступления порции отходов в камеру сгорания 3. Шиберная заслонка 2 приводится в действие (подъем, опускание) с помощью электрической лебедки 4. Порционная смесь отходов поступает на  опрокидывающиеся створки днища 5 камеры сгорания 3, и с помощью газовой горелки 6 происходит розжиг инертных материалов (текстиль, резина), входящих в данную смесь. Получаемые летучие вещества от процесса горения удаляются в атмосферу с помощью  вентилятора дымососа 7 и трубы 8. С помощью вентилятора 9, для более качественного процесса горения, в камеру сгорания 3 производится дополнительная подача воздуха. После окончания процесса обжига с помощью опрокидывающихся створок днища 5 термически обработанный материал подается на электрическое вибросито 10, где происходит, с помощью вибрации, отсев (отделение) сгоревших инертных материалов от металлических проволочек металлокорда. Отсеянные инертные материалы попадают в  поддон для инертных материалов 11.
Предоставленные в лабораторию отходы (измельченный металлический корд автошин) для исследований химического состава, представляют собой смесь, состоящую из:
1) стальных латунированных проволок преимущественно из меди, цинка и железа, содержащих примеси марганца, кобальта и кремния. Состав стали проволоки металлокорда согласуется с составом высокоуглеродистой стали (ст 60-ст70), что дает возможность определить температуру для отпуска металла равную 450-500 град. С. Проволоку латунируют для обеспечения необходимой прочности связи металлического корда с резиной.
2)  резиновых включений (каучук) – эластичный полимерный материал, получаемый коагуляцией (свертыванием, сгущением) латекса каучуконосных растений (натуральный каучук) или полимеризацией различных мономеров (синтетические каучуки).
3) полимерной нити, представляющую собой полимер, содержащий полиамидные фрагменты. Структура нити согласуется со структурой капрона или нейлона.
В результате проведенных опытов в лабораторных условиях выявлен количественный состав компонентов после обжига отходов:
- чистый металл – 77-82%;
- зола – 11-14%;
- летучие вещества – 7-9%
Загрузка отходов, состоящих из мелкодисперсной измельченной смеси металлокорда, после последней стадии механической переработки автомобильных шин, с включениями в металлические проволочки металлокорда остатков текстиля и резины, в приемный бункер 1, производится при открытой шиберной заслонке 2 дозированной порцией, подготовленной заранее. Дозированная порция смеси зависит от выбранного объема камеры сгорания 3. Цель дозированной подачи смеси заключается в том, что возникает необходимость соблюдать время горения смеси для ее термической обработки, с помощью автоматической системы регулирования температуры, с термодатчиком системы регулирования температуры. После загрузки дозированного количества смеси, шиберная заслонка 2 закрывает впускное отверстие камеры сгорания 3 с помощью лебедки 4, а смесь попадает на опрокидывающиеся створки днища 5 камеры сгорания 3. Загруженную смесь запаливают с помощью газовой горелки 6. После того как воспламеняются каучук и текстиль, входящие в состав смеси, газовая горелка 6 отключается и процесс горения происходит самостоятельно. Температура горения инертных материалов (текстиль и резина), входящих в смесь отходов, дает возможность за  определенное время произвести  отпуск  металла металлокорда, входящего в эту смесь. Образовавшиеся в процессе горения летучие соединения удаляются из камеры сгорания 3 с помощью вентилятора дымососа 7 через трубу для выброса 8.  С целью качественного горения используется дополнительная подача воздуха вентилятором 9 (компрессором)  в камеру сгорания 3.
Процесс обжига проходит в камере сгорания 3 в воздушной среде (подача воздуха) с температурой до 500°С, а затем - без подачи воздуха. С целью ускорения процесса горения резины и текстиля первый период обжига проводим в окислительной среде с избытком воздуха с помощью вентилятора (компрессора) 9. При достижении температуры 500°С, газовую горелку 6 отключают, подачу воздуха в камеру сгорания 3 прекращают, создавая восстановительную атмосферу.
Температура обжига менее 500°С нецелесообразна, так как будет высок процент остаточной резины, и не происходит полного процесса отпуска металла. При температуре обжига выше 700°С происходит процесс возрастания окисления металла и выгорание углерода, входящего в состав металлической проволоки, что способствует уменьшению веса проволоки, которая в дальнейшем будет использоваться в коммерческих целях в металлургической промышленности. При предлагаемой температуре - 500°С процесс окисления сводится к минимуму. При  этом  преимущественно сгорают только смолистые и летучие вещества, а углерод в основном сохраняется. В результате данной термической обработки с последующим отпуском, металл приобретает пластические свойства.
После окончания процесса обжига смеси отходов, отожженная смесь, с помощью опрокидывающихся  створок днища 5 камеры сгорания 3, попадает на вибросито 10, где происходит отсев сажи от металла металлокорда. Сажа просеивается в поддон 11, откуда транспортируется на место назначения для дальнейшей реализации. Оставшуюся смесь на вибросите 10 сепарируют с помощью электромагнитной шайбы. Отожженную смесь так же можно пропустить через вальцы с целью очистки от зольно-коксового остатка поверхности металла, затем подвергнуть магнитной сепарации с помощью электромагнита, и путем прессования проволоки спакетировать в пакеты, которые могут использоваться как металлошихта для выплавки стали.
Проволоку металлокорда без термической обработки практически невозможно спрессовать в пакеты для применения в металлургии. После термической обработки (отпуск), с приобретением пластических свойств металла, появляется реальная возможность пакетирования данного металлокорда.
Таким образом, пакеты из лома металлокорда покрышек, подвергнутого термической обработки, позволяют повысить насыпную плотность лома в загрузочных емкостях сталеплавильных агрегатов.
Полученные в результате обжига твердые инертные зольно-коксовые (сажа) отходы применяются в различных отраслях промышленности. Несгоревшие элементы догорают в газоотводящем трубопроводе. В результате, после всего процесса, уменьшается выброс вредных летучих веществ в атмосферу.
Способность к прессованию в пакеты полученной проволоки металлокорда после обжига (отпуск) была проверена опытным путем на прессовочном станке в  ООО «Втортагмет» г. Таганрог.