УСТАНОВКА ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ОТВАЛЬНОГО МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ШЛАКА
UNIT FOR PROCESSING OF DUMP METALLURGICAL SLAG

Изобретение относится к металлургии, а именно переработке отвального металлургического шлака.
Известно оборудование для переработки отвального доменного шлака путем извлечения крупных составляющих из шлака, дробление и рассев. Получаемый дробленый шлаковый щебень (щебень - шлак), применяется в строительстве дорог и для засыпки неровностей грунта при строительстве.
Недостаток этого способа заключается в том, что металл из шлака не извлекается и теряется безвозвратно, что значительно снижает рентабельность производства. Потери железа со шлаком составляют 30-40% (см. патент RU 2365642 С2, МПК С22 87/04 (2006.01) (С21С 5/54), опубл. 10.03.2009).
2
Наиболее близким (прототипом) является оборудование, предусматривающее извлечение из отвальных шлаков коржей металла, которые представляют собой чугун или сталь, остающиеся на дне ковша со шлаком. Шлак сливают в отвал вместе с металлом, который содержался в ковше под слоем шлака. При выпуске из доменной печи, электропечи или мартеновской печи не представляется возможным четко раздельно вылить металл и шлак. Поэтому в ковше со шлаком осаждается на дно металл. Ковш со шлаком перевозится на отвал. При этом на дне ковша оседает металл и кристаллизуется. Образуется большой кусок (лепешка) металла на дне ковша. Размер куска: диаметр 0,8-1,4 метра, толщина куска 0,15-0.35 метра. В металлургии указанные куски называют термином «коржи металла». Указанные коржи на шлаковых полигонах складируются вместе со шлаком. Поэтому потери металла с отвальным шлаком составляют 27% и более. Потери металла с коржами доменного и мартеновского шлака в составе указанных шлаков не учитываются. Следовательно, общие потери металла составляют более 30%. В предлагаемом способе на первой стадии выделяют коржи металла путем рассева отвального шлака в барабане, при этом получают два продукта - металлические коржи и шлак. На второй стадии шлак промывают водой, при этом получают два продукта - мытый крупный шлак а второй продукт представляет собой оксид кремния и карбонат кальция, которые образуются в результате естественного разложения компонентов шлака на оксид кремния SiO и карбонат кальция (см. патент RU 2448172 С22В 7/04, опубл. 27.12.2011).
Существенным недостатком является высокий расход электроэнергии для создания мощного электрического поля с коэрцитивной силой более 300 кА/м, включение и выключение электромагнитов отрицательно сказывается на работе электросетей и все это ухудшает экономические показатели.
Из области техники известны различные способы извлечения магнитных частиц из металлургического шлака с помощью электромагнита (см. авт.св. 1039569, СССР, МКИ В03С 1/10, или авт.св. 1692653 СССР, МКИ В03С 1/16), однако электрические магниты требуют большого расхода мощности электрического тока, что сложно в полевых условиях при переработке металлургического шлака непосредственно вблизи отвалов, а частое изменение режима работы электромагнитов (включение/выключение), отрицательно влияет на эксплуатацию электрических сетей. Поэтому большую перспективу имеют установки извлечения металла из металлургического шлака, основанные на постоянных магнитах с коэрцитивной силой свыше 2000 кА/ч, и в этом случае большой проблемой является отделение металла от поверхности постоянного магнита, особенно с коэрцитивной силой более 800 кА/м.
Из области техники известны устройства для замыкания и размыкания магнитного потока, за счет смещения полюсов, в результате чего на магнитный материал действует или не действует сила магнитного притяжения (см. Магниты и электромагнитные зажимные устройства. Учебное пособие для студентов специальности 151001.65 «Технология машиностроения». Саратовский государственный технический университет. 2009, стр. 78, рис. 81).
Существенный недостаток этих устройств заключается в том, что при взаимном перемещении магнитов наблюдается интенсивный износ и повреждение их контактирующих поверхностей.
Современная техника предлагает мощные постоянные магниты с коэрцитивной силой более 2000кА/м, которые позволяют извлекать из измельченного металлургического шлака практически весь слабомагнитный материал.
Технической задачей изобретения является разработка установки, использующей постоянные магниты для извлечения железа и маломагнитных материалов из отвальных металлургических шлаков, что позволит снизить расход электроэнергии и обеспечить практически полное извлечение железа и железосодержащих веществ из отвального металлургического шлака.
Поставленная техническая задача решается за счет того, что установка снабжена бункером, транспортером для извлечения «корольков», имеющим на рабочей поверхности магнитные элементы, состоящие из подвижного и неподвижного наборов постоянных магнитов, размещенных в двух параллельных плоскостях, причем подвижный набор постоянных магнитов снабжен рейкой, шестерней с приводом для поперечного относительно магнитного потока постоянных магнитов, а также эксцентриком, кинематически связанным через систему шестерен с приводом шестерни для перемещения подвижного набора постоянных магнитов в направлении магнитного потока на величину от 1,0 мм до 2,0 мм, причем магнитные элементы транспортера для извлечения «корольков» имеют магнитный поток с коэрцитивной силой от 900 кА/м до 1300 кА/м, кроме того, имеется выключатель, установленный на ведомой ветви транспортера на расстоянии двух радиусов ведущего шкива от центра ведущего шкива транспортера по направлению движения транспортерной ленты, для замыкания магнитного потока и включателем для размыкания магнитного потока, установленным на ведомой ветви транспортера на расстоянии двух радиусов ведомого шкива от центра ведомого шкива, причем сам ведомый шкив снабжен планетарно расположенными неприводными роликами в количестве от трех до восемнадцати, а также имеются вальцы для измельчения низкомагнитного материала отвального металлургического шлака до величины 0-1,0 мм, причем регулируемый вальц между опорой и регулировочным винтом имеет тарельчатую пружину, имеется шахтная печь с тангенциально расположенными форсунками, имеется дозатор, а также стеллаж, рабочая поверхность которого снабжена магнитными элементами, состоящими из подвижного и неподвижного наборов постоянных магнитов, размещенных в двух параллельных плоскостях, причем подвижный набор постоянных магнитов снабжен рейкой, шестерней с приводом для перемещения подвижного набора постоянных магнитов в направлении, поперечном относительно магнитного потока, а также эксцентрика, кинематически связанного через систему шестерен с приводом шестерни, для перемещения подвижного набора в направлении магнитного потока, причем магнитные элементы стеллажа имеют магнитный поток с коэрцитивной силой от 1900 кА/м до 3000 кА/м, а стеллажи размещены под углом от 0° до 75° к вертикали.
Сущность изобретения поясняется рисунком, на котором:
Фиг. 1 - схематическое изображения оборудования установки.
Фиг. 2, а, б, в - схематическое изображение магнитного элемента.
Фиг. 3 - схематическое изображение неприводного шкива с планетарными роликами.
2
1
2
3
2
3
2
3
Установка для переработки отвального металлургического шлака (фиг. 1) состоит из бункера 1, транспортера 2, устройства 3 снятия «коржей» 4 и кусков шлака 5 более 300 мм, шаровой мельницы 6, транспортера 7 для извлечения «корольков» 8, имеющего на рабочей поверхности 9 магнитные элементы 10, состоящие (фиг. 2, а) из двух наборов 11 и 12 постоянных подвижных магнитов 11 и неподвижных магнитов 12, имеющих магнитный поток 14 с коэрцитивной силой от 900 кА/м до 1300 кА/м, размещенных в двух параллельных плоскостях 13. Для размыкания магнитного потока 14 (Фиг. 2) магнитных элементов 10 (фиг. 1) имеется выключатель 15, установленный на ведомой ветви 16 (фиг.1) транспортера 7 на расстоянии двух радиусов R ведомого шкива 17 от центра 18 ведомого шкива 17 транспортера 7 по направлению движения транспортерной ленты со скоростью «V», и выключатель 19 замыкания магнитного потока 14 (фиг. 2), установленный на ведомой ветви 16 транспортера 7 на расстоянии двух радиусов R оси центра ведущего шкива 20. Ведомый шкив 17 (фиг. 3) имеет планетарно расположенные по отношению ведомого шкива 17 ролики 21 в количестве от трех до восемнадцати. При количестве менее трех планетарно расположенных роликов 21 рабочая поверхность 9 транспортера 7 перестает вибрировать и сбрасывать фракцию отвального сталеплавильного шлака из магнитных частиц 22, состоящих из FeO, FeO и немагнитных частиц 23 на транспортер 24, кроме того, имеются также вальцы 25, 26, причем регулируемый вальц 26 имеет тарельчатую пружину 27 между подушкой 28 и регулировочным винтом 29. Имеется тоннельная печь 30 с тангенциально расположенными горелками 31. Также имеется дозатор 32 и стеллажи 33, рабочая поверхность 34 которых снабжена магнитными элементами 10, состоящими (фиг. 2,а) из двух наборов 11 и 12 постоянных магнитов, размещенных в двух параллельных плоскостях 13, с коэрцитивной силой от 1900кА/м до 3000 кА/м, а также «включателя - выключателя» 35 для замыкания и размыкания магнитного потока 14 (фиг. 2,а) и емкости (фиг. 1) для сбора продуктов переработки металлургического отвального шлака, а именно маломагнитных материалов (FeO, FeO) 22, немагнитных частиц 23. Стеллаж 33 наклонен к вертикали под углом α=0-75°, а дозатор 32 работает «правой» и «левой» стороной. Магнитный элемент 10 состоит (фиг. 2,а) из двух наборов 11 и 12 постоянных магнитов, размещенных в двух параллельных плоскостях 13. Наборы постоянных магнитов 11, 12 магнитных элементов 10 для транспортера 7 для извлечения «корольков» 8 имеют магнитный поток 14 с коэрцитивной силой от 900 кА/м до 1300 кА/м, а наборы постоянных магнитов 11, 12 магнитных элементов 10 для стеллажей 33, предназначенных извлекать маломагнитные материалы (FeO, FeO) 22, имеют магнитный поток 14 с коэрцитивной силой от 1900кА/м до 3000 кА/м. Подвижный набор 11 постоянных магнитов имеет рейку 36 (фиг. 2,а), шестерню 37, выполненные из немагнитного материала, имеется электродвигатель 38 для перемещения подвижного набора 11 постоянных магнитов в поперечном по отношению магнитного потока 14, а также эксцентрика 39 и набора шестерен 40, обеспечивающих кинематическую связь эксцентрика 39 с электродвигателем 38 шестерни 40, для перемещения подвижного блока 11 постоянных магнитов (фиг. 2,б) на величину Δ от 1,0 до 2,0 мм в направлении магнитного потока 14.
Установка для переработки отвального металлургического шлака работает следующим образом.
2
1
2
3
2
3
Из бункера 1 (фиг. 1) металлургический шлак из поступает на транспортер 2, где грузоподъемным устройством 3 отбираются «коржи» 4 и куски шлака более 350 мм 5, остальной материал поступает в шаровую мельницу 6, где измельчается до фракции 0-20 мм и поступает на транспортер 7, на рабочей поверхности 9 которого установлены магнитные элементы 10, состоящие (фиг. 2,а) из подвижного набора постоянных магнитов 11 и неподвижного набора магнитов 12, размещенных в двух параллельных плоскостях 13, имеющих магнитный поток 14 с коэрцитивной силой от 900 кА/м до 1300 кА/м. Магнитные элементы 10 транспортера 7 (фиг. 1) притягивают «корольки» 8 из измельченной шаровой мельницей 6 массы отвального металлургического шлака и прочно удерживаются магнитным полем магнитных элементов 10. Магнитное поле с коэрцитивной силой от 900 кА/м до 1300 кА/м извлекает из измельченного в шаровой мельнице 6 практически 100% железа в виде «корольков» 8. Магнитный элемент 10, находящийся на рабочей поверхности 9 транспортерной ленты транспортера 7, огибает ведомый шкив 17, который имеет планетарно расположенные ролики 21 (фиг. 3). При этом, накатываясь на ролики 21, лента транспортера 7 изгибается и вибрирует, способствуя сбросу слабомагнитных частиц 22 и немагнитных частиц 23 на транспортер 24, а чистое железо «корольков» 8, обладающих высокими магнитными свойствами, удерживается магнитным потоком 14. Далее полотно транспортера 7 переходит в ведомую ветвь 16 и на расстоянии двух радиусов R ведомого шкива 17 от центра 18 ведомого шкива 17 входит в контакт с выключателем 15, который замыкает (фиг. 2,а) магнитный поток 14, и «корольки» 8 (фиг. 1) свободно падают в емкость 41. При дальнейшем движении ведомой ветви 16 магнитный элемент 10 входит в контакт с включателем, находящимся на расстоянии двух радиусов R от центра ведущего шкива 20, в результате магнитный поток 14 замыкается, (фиг. 2,а), и при дальнейшем движении магнитный элемент 10 огибает ведущий шкив 20, переходит на ведущую ветвь 9 и рабочий цикл повторяется. После извлечения «корольков» 8 смесь слабомагнитных частиц 22 и немагнитных частиц 23 по транспортеру подается в вальцы 25, 26, для более тонкого измельчения до размеров 0-1,0 мм, тарельчатая пружина 27 обеспечивает увеличение зазора между вальцами 25, 26, если произойдет случайное попадание «корольков» 8 и предотвращает повреждение поверхности вальцев 25, 26. После измельченный отвальный металлургический шлак поступает в тоннельную цилиндрическую печь 30, где при свободном падении через продукты горения нагревается до 100-150°C и избавляется от содержащейся в ней влаги, что обеспечивает высокую сыпучесть частиц и эффективное разделение слабомагнитных частиц 22 и немагнитных частиц 23. Направленные тангенциально к образующей горелки 31 обеспечивают закручивание горячего потока и предохранения стенок тоннельной цилиндрической печи в результате трения частиц о стенку. Просушенный шлак из тоннельной цилиндрической печи 30 поступает в дозатор 32, который работает «правой» и «левой» стороной. При работе «левой» стороной из дозатора 32 одна тонна измельченного до 0-1,0 мм отвального металлургического шлака из смеси маломагнитных частиц 22 материалов (FeO, FeO) 32 и немагнитных частиц 23 поступает на стеллаж 33, на поверхности которого установлены магнитные элементы 10, включаемые «включателем - выключателем» 35. Смесь частиц маломагнитных материалов 22 и немагнитных частиц 23 под действием сил тяжести падает, а мощный магнитный потока 14 с коэрцитивной силой от 2300 кА/м до 3000 кА/м из смеси немагнитных частиц 23 и маломагнитных частиц 22 извлекает и удерживает маломагнитные частицы 22 (FeO, FeO) на поверхности магнитных элементов 10, а немагнитные частицы 23 ссыпаются под действием силы тяжести в емкость 41. В это время на «правой» стороне заполненная немагнитным материалом 22 емкость 41 перемещается из положения «б» в положение «в», а емкость 41 из положения «а» перемещается в положение «б». «Включатель - выключатель» 35 замыкает магнитный поток 14, и маломагнитные частицы 22 перестают удерживаться магнитным полем и под действием силы тяжести сбрасываются в емкость 41. В дальнейшем рабочий цикл повторяется. Угол α=0-75° принят из соображений повышения эффективности работы стеллажа 33. При угле α, меньшем 0°, ухудшается работа по извлечению маломагнитного материала 22, так как маломагнитные частицы 23 отклоняются от действия магнитного потока 14, а при угле α больше 75° частицы пустой породы 33, на которые действует только сила тяжести, за счет сил трения задерживаются на поверхности магнитного элемента 10, ухудшая качество очистки металлургического отвального шлака.
2
3
Работа магнитного элемента 10 следующая. В рабочем положении (фиг. 2,а) магнитный поток 14 разомкнут и маломагнитные частицы (FeO, FeO) 22 притягиваются к поверхности магнитного элемента 10 коэрцитивной силой от 2300кА/м до 3000 кА/м, поэтому счистить механическим путем притянутый маломагнитные частицы 22 (скребками, щетками) без повреждения поверхности постоянных магнитов невозможно. В связи с этим разработано устройство для снятия маломагнитных частиц 22 за счет замыкания магнитного потока 14. При включении электродвигателя 38 шестерня 37 приходит во вращение и своими зубьями перемещает рейку 36. Чтобы снизить силы трения при скольжении поверхности постоянных магнитов относительно друг друга, одновременно (фиг. 2,б) благодаря кинематической связи через шестерни 40 приводится во вращение эксцентрик 39, который перемещает подвижный блок 11, в направлении действия магнитного потока 14 на величину Δ от 1,0 до 2,0 мм. При зазоре, меньшем чем 1,0 мм, возможны механические контакты неровностей поверхности постоянных магнитов, а при величине более 2,0 мм увеличиваются габариты и материалоемкость механизма перемещения блока постоянных магнитов 11 относительно неподвижного блока 12. Когда подвижный блок 11 рейкой 36 устанавливается в исходное положение относительно неподвижного блока 12, эксцентрик 39 проворачивается в минимальное положение (фиг. 2,в), зазор Δ закрывается и в результате магнитный поток 14 подвижного блока 11 и неподвижного блока 12 замыкаются друг на друга, поток маломагнитных частиц 22 не удерживается магнитным полем и под действием силы тяжести сбрасывается в емкость 41.
Применение установки для переработки отвального металлургического шлака, основанной на использовании постоянных магнитов, многократно снижает расход электроэнергии, улучшает работу электрических сетей, а современный уровень развития постоянных магнитов позволяет создавать сверхмощное магнитное поле с коэрцитивной силой более 3000 кА/м, которое обеспечивает практически 100% извлечение даже маломагнитных материалов из отвальных металлургических шлаков и обеспечит существенный экономический эффект и улучшит экологическую обстановку металлургических комбинатов.