Спосіб очищення стружки від органічних забруднень перед переплавом

Изобретение относится к технологии очистки чугунной и-или стальной стружки от органических загрязнений перед переплавом россыпью в электропечах. Те хнологические процессы на основе изобретения могут быть использованы на машиностроительных или металлургических заводах. В состав органических загрязнений обычно входят минеральные масла, поверхностно-активные и другие вещества , которые в процессах резания используют в соста ве смазочно-охлаждающих жидкостей. Количество таких загрязнений на стружке может достигать 12% по массе (обычно до 4%). Частично в загрязнениях могут присутствова ть летучие при повышенных (>100°С) температурах, частично нелетучие, но пиролизуемые до летучи х компоненты типа смазочных масел, поверхностно-активных веществ ("смачивателей") и т.д. Общеизвестен принципиальный подход к очистке вторичного металлосырья от загрязнений такого типа: нагрев до температуры испарения летучи х и далее - до температуры пиролиза нелетучи х органических загрязнений (>300°С) с последующим дожиганием продуктов термообработки до нетоксичных диоксида углерода (СО2) и паров воды (Н2О). Тем самым повышается безопасность при завалке стружки россыпью в плавильные печи, однако остается нерешенной задача снижения угара стружки в процессах переплава. Задача же эта тем более актуальна, чем мельче стружка и чем более глубоко был легирован материал, из которого получена стружка. Известен способ очистки металлической стружки, предусматривающий прямоточную подачу очищаемой стружки и продуктов сгорания топлива в барабанную печь, откос из печного пространства смеси газов, включающих в дополнение к продуктам сгорания испарившиеся летучие компоненты загрязнений и продукты пиролиза их нелетучих компонентов [1]. При осуществлении такого способа в печном пространстве неизбежно присутствие неконтролируемых количеств кислорода, который активно взаимодействуе т с загрязненной поверхностью стружки и обеспечивает не только полное выжигание примесей, но и способен вызвать вспышки продуктов их разложения и частичный угар металла еще в процессе его очистки. Этот недостаток оказывается тем более заметен, чем мельче стружка. Наиболее близок к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату способ очистки стружки органических загрязнений перед переплавом [2]. Способ-прототип предусматривает: - непрерывную подачу загрязненной стружки в барабанную печь с одного торца; - непрерывную же подачу с другого торца этой печи противотоком по отношению к стружке газообразного теплоносителя в виде смеси продуктов сгорания газообразного топлива, включающего горючий газ от внешнего источника и летучие продукты испарения и пиролиза загрязнений; - непрерывную же подачу отработанного теплоносителя на дожигание содержащихся в ни х упомянутых летучи х продуктов в пламени газовой горелки: - регулирование температуры теплоносителя (преимущественно в пределах 300...350оС) его разбавлением воздухом, подаваемым в тракт циркуляции теплоносителя; - разделение полученной газовой смеси на два потока, один из которых подают в барабанную печь, а второй (избыточный) на сброс в атмосферу; - вывод очищенной стружки. При противоточной обработке стружки свежий горячий теплоноситель вступает в контакт с нею тогда, когда большая часть летучи х уже ушла из печного пространства. Поэтому воспламенение продуктов испарения и пиролиза в печном пространстве менее вероятно, и процесс очистки протекает более стабильно. Однако тот же контакт свежего кислородсодержащего теплоносителя, в котором количество кислорода не контролируется и случайным образом зависит от расхода воздуха на охлаждение продуктов сгорания перед их подачей в печь, приводит, как правило, к полному выжиганию органических примесей и угару металла. При использовании же сыпучей стр ужки в составе шихты для переплава угар е ще более возрастает. Поэтому в состав ши хты обычно вводят углерод: отходы графита или бой изделий из него, например, электродов, коксик. и т.п. Это усложняет и удорожает переплав. Задачей, решаемой изобретением, является разработка способа очистки стружки от органических загрязнений, обеспечивающего формирование на поверхности стружки защитного слоя сажи, повышающей устойчивость очищенной стружки к угару при ее переплавке россыпью. Поставленная задача решена тем, что в способе очистки стружки от органических загрязнений перед переплавом, включающем непрерывную противоточную подачу в барабанную печь загрязненной стружки и газообразного теплоносителя при температуре более 300°С, дожигание летучи х продуктов испарения и пиролиза загрязнений в пламени газовой горелки с регулированием температуры продуктов сгорания и использованием их части в качестве теплоносителя и выгрузку очищенной стружки из печи, согласно изобретению, содержаниезагрязне-ний в стружке перед загрузкой в барабанную печь доводят до 2…3% по массе, регулируют концентрацию кислорода в теплоносителе, подаваемом в печь, в пределах 5...14% по объему изменением расхода воздуха на дожигание, охлаждают продукты сгорания бесконтактно, а его расход устанавливают в пределах 400...450 м 3/т стр ужки. Избыток загрязнений удаляют центрифугированием при нагреве стружки вторичным теплоносителем, который получают при бесконтактном охлаждении продуктов сгорания. Тем самым частично утилизируется тепло, затрачиваемое на процесс, создаются предпосылки для сбора и утилизацию масел и упрощается очистка стружки. Далее сущность изобретения поясняется кратким описанием установки для осуществления способа, технологическая схема которой приведена на чертеже, и примером осуществления способа со ссылками -- при необходимости - на позиции чертежа. Установка для осуществления предлагаемого способа очистки металлической стружки от органических загрязнений имеет: - установленную наклонно к горизонтали барабанную печь 1 с не показанным на схеме приводом вращения; - питатель 2 на "верхнем" конце печи 1 для подачи загрязненной стружки; - центрифугу 3 со сборником 4 отжатых масел и загрузочным транспортером 5; - коллектор 6, охватывающий "вер хний" конец печи 1, для сбора отходящих о т нее газов в виде смеси отработанного теплоносителя и летучих продуктов испарения и пиролиза органических загрязнений; - дожигатель 7, установленный непосредственно над коллектором 6 и оборудованный газовой горелкой 8 с магистралями для подвода горючего газа и воздуха; -двухступенчатый холодильник для бесконтактного (через стенку) охлаждения продуктов сгорания газового топлива и летучи х продуктов, образовавшихся при очистке стружки, имеющий первую ступень 9, например, в виде кожухотр убчатого теплообменника и экономайзера 10 (частичным потребителем тепла, рекуперативного в первой ступени, может быть центрифуга 3; прочее тепло может быть использовано на заводские нужды); - отводящий патрубок 11, подключенный с одной стороны к выходу экономайзера 10, а с другой - через циклон 12 для улавливания пыли и дымосос 13, к вытяжной трубе 14; - контур циркуляции теплоносителя, включающий: - два снабженных регуляторами расхода 15 и 16 патрубка 17 и 18 для отбора продуктов сгорания из камеры дожигателя 7 и прикорневой части патрубка 11 после экономайзера 10, - смеситель 19; к которому совместно подключены выходы патрубков 17 и 18. - второй дымосос 20, для которого смеситель 19 служит входным коленом, и - замыкающий трубопровод 21, подключенный к "нижнему" торцу барабанной печи 1. В общем случае предлагаемый способ на опытной установке осуществляют следующим образом. Неочищенную стружку сортируют на "сливн ую" (ви тую) и сыпучую. Сливн ую стр ужку дробят на несцепляющиеся частицы длиной до 50 мм и объединяют с сыпучей стр ужкой. Затем, в усредненной пробе определяют ее загрязненность маслами м другими органическими компонентами смазочно-охлаждающих жидкостей и при загрязненности о пределах 2,0...3,0% по массе непосредственно подают на термообработку в барабанную печь 1. При загрязненности менее 2,0% подыскивают партию стружки с загрязненностью более 3,0% и смешивают их с таким расчетом, чтобы попасть в указанный интервал 2...3%. При загрязненности стружки боле 3,0% ее перед подачей в печь 1 пропускают через обогреваемую центрифугу 3, регулир уя режимы нагрева и центри-фугирования таким образом, чтобы уложиться в указанный интервал. Получаемые при этом жидкие отходы из сборника 4 могут быть в зависимости от состава направлены на регенерацию или сжигание. Подготовленную загрязненную стружку питателем 2 подают в наклонную к выходному концу барабанную печь 1, где она пересыпается во встречном потоке газообразного теплоносителя, имеющего температуру на выходе из трубопровода 21 в пределах 300…450°С (причем тем выше, чем более устойчивы, к пиролизу органические соединения, входящие в состав загрязнений). По мере перемещения в печи 1 стружка нагревается, с ее поверхности испаряются летучие компоненты загрязнений, а затем оставшаяся на поверхности пленка подвергается окислительному пиролизу в контакте с наиболее горячим теплоносителем, содержащим 5...14% по объему свободного кислорода. Конкретную концентрацию кислорода выбирают тем больше, чем ближе к 3,0% степень загрязненности сырья и чем больше соотношение водород-углерод в эти х загрязнениях. Устанавливают же и поддерживают требуемую концентрацию свободного кислорода, в свежем теплоносителе изменением соотношении топливный газкислород на входе в горелку 8. Расход свежего теплоносителя поддерживают на уровне 400...450 м /ч очищаемой стружки, а избыток продуктов сгорания, образующихся при дожигании летучих продуктов испарения и пиролиза загрязнений в пламени горелки 8, после рекуперации тепла через патрубок 11, циклон 12, первый дымосос 13 и вытяжную трубу 14 сбрасывают в атмосферу. Температуру свежего теплоносителя регулируют изменением соотношения расхода отбираемых перед холодильником 9 горячих продуктов сгорания через патрубок 17 и регулятор 15 и расхода охлажденных (после экономайзера 10) продуктов сгорания через патрубок 18 и регулятор 16. Эти потоки соединяются в смесителе 17 и окончательно перемешиваются во втором дымососе 20. В результате удается получить очищенную стр ужку с защитным слоем сажи на поверхности ее частиц. Суммарное количество сажи оказывается в пределах 0,2...0,4% от массы стружки. Для проверки осуществимости способа были проведены эксперименты по газотермической очистке дробленной сыпучей стружки из материалов: сталь марок СТ 45, Х18Н9Т, ШХ15 и чугун марок СЧ-21-40, СЧ-2448, - загрязненных маслом и СОЖ в пределах 1,8 до 10%. Для экспериментов были подготовлены смеси стальной и чугунной стружки с исходной загрязненностью 1,8; 2,0; 2,6; 3,0 и 3,2% по массе. Содержание свободного кислорода в подаваемом в барабанную печь теплоносителе поддерживали на уровне 4,5, 9,5, 14 и 15% по объему, а расход - на уровне 390, 400, 425, 450 и 460 м 3/тонну очищаемой стружки. Температуру теплоносителя поддерживали на уровне 300...320°С (573...593 К). Всего по каждому набору параметров было проведено не менее пяти экспериментов, в которых определяли количество углерода на поверхности очищенной стружки в % от суммарной массы по весовому методу. Усредненные результаты приведены в таблице 1. Для сравнения эффективности предлагаемого способа и способа-прототипа проведена серия сравнительных экспериментов по переплаву стр ужки в электропечах. Усредненные результаты экспериментов приведены в таблице 2. Как видно из таблиц, предлагаемый способ в сравнении с избранным прототипом имеет следующие преимущества: - в те хническом отношении предлагаемый способ позволяет получить слой сажи на поверхности частиц стружки, - в те хнико-экономическом отношении удается в 3,0...3,6 раза снизить угар стружки при ее переплаве в электропечах с дополнительными газовыми горелками, и одновременно на 1,4 и более % уменьшить удельный расход электроэнергии, - в экономическом отношении при переработке 3500 тыс.тонн стружки в год (в масштабах УССР) можно получить до 120-150 млн.руб. годовой экономии.