Спосіб виробництва брикетів на крохмалевмісному сполучному

Спосіб виробництва брикетів на крохмалевмісному сполучному, який включає змішування сировинного дріб'язку із сухим крохмалевмісним сполучним, зволоження утвореної суміші, пресування її та сушіння одержаних брикетів, який відрізняється тим, що утворену суміш зволожують 1,5-15-відсотковим водним розчином каустичної соди та зволожену суміш витримують перед пресуванням протягом 5-60 хвилин. Винахід належить до галузі чорної металургії, зокрема до брикетування дрібнофракційних сировинних матеріалів і промислових відходів і може бути використаний при виробництві брикетів для металургійного переділу із залізорудних і марганцевих концентратів, відсів феросплавів, пилів і шламів різних металургійних виробництв, прокатної окалини, коксового дріб'язку та ін., а також може бути застосованим при одержанні паливних брикетів з вугільного дріб'язку. Відомий спосіб одержання паливних брикетів, що включає змішування з нагріванням горючого дріб'язку, продукту, що містить крохмаль, і води, пресування утвореної маси з одержанням брикетів і їх подальшим підсушуванням [1]. Недоліком цього способу є високі енерговитрати на підготовку суміші до пресування. Поєднання процесів змішування й нагрівання компонентів суміші вимагає тривалої витримки її в змішувачі, поки не буде досягнута температура клейстеризації, а, отже, в'яжучі властивості крохмалевмісного сполучного. При нагріванні шарів суміші, що постійно переміщуються, погіршуються умови теплопередачі, зростають втрати тепла за рахунок конвекції, що збільшує енерговитрати. Енерговитрати збільшуються також у зв'язку з необхідністю використання для одночасного нагрівання й змішування великогабаритного, металомісткого устаткування зі значним енергоспоживанням. Як найближчий аналог прийнятий спосіб виробництва металургійних брикетів, що включає нагрівання сировинного дріб'язку, наступне змішування її із крохмалевмісним сполучним і зволоження, доведення сполучного до клейстеризації, пресування суміші, що утворюється, і сушіння брикетів [2]. Недоліком найближчого аналога є енерговитрати на підготовку суміші до пресування за рахунок витрат тепла на нагрівання сировинного дріб'язку перед змішуванням із крохмалевмісним сполучним. Крім того, необхідність підтримки протягом деякого часу температури, що забезпечує клейстеризацію сполучного, ускладнює процес підготовки суміші до брикетування, тому що потрібен контроль ступеня нагрівання й збереження температурного режиму суміші. (19) UA (11) 94677 (13) C2 (21) a201007048 (22) 07.06.2010 (24) 25.05.2011 (46) 25.05.2011, Бюл.№ 10, 2011 р. (72) МАЙМУР БОРИС МИКИТОВИЧ, ПЕТРЕНКО ВАЛЕНТИНА ІВАНІВНА, КОРОБЦОВ ОЛЕКСІЙ ВІКТОРОВИЧ (73) ІНСТИТУТ ЧОРНОЇ МЕТАЛУРГІЇ НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ (56) UA, 69890, C2, 15.09.2004 UA, 34692, A, 15.03.2001 RU, 2378325, C2, 10.01.2010 RU, 02118561, C1, 10.09.1998 3 Задача, розв'язувана винаходом, полягає в зниженні енерговитрат і спрощенні підготовки суміші до пресування. Розв'язання поставленої задачі забезпечується тим, що суміш сировинної маси і сухого крохмалевмісного сполучного, що утворюється, зволожують 1,5-15-відсотковим водним розчином каустичної соди, зволожену суміш витримують перед пресуванням протягом 5-60 хвилин. Технічний результат, що досягається при використанні винаходу, полягає в тому, що знижуються енерговитрати і спрощується процес підготовки суміші до пресування, тому що відпадає необхідність контролю й підтримки температурного режиму суміші. Порівняння способу, що заявляється, із найближчим аналогом показує, що він відрізняється тим, що суміш, що утворюється, зволожують 1,515 - відсотковим водним розчином каустичної соди, зволожену суміш витримують перед пресуванням протягом 5-60 хвилин. Отже спосіб, що заявляється, відповідає критерію "новизна". Порівняння з іншими технічними рішеннями в даній галузі техніки не дозволило виявити в них ознаки, що відрізняють рішення, що заявляється, від найближчого аналога. Отже, має місце відповідність критерію "винахідницький рівень". Спосіб, що заявляється, включає змішування сировинного дріб'язку із сухим крохмалевмісним сполучним, суміш, що утворюється, зволожують 1,5-15 - відсотковим водним розчином каустичної соди, зволожену суміш витримують перед пресуванням протягом 5-60 хвилин, після чого проводять пресування і сушіння брикетів. Суть способу виробництва брикетів на крохмалевмісному сполучному, що заявляється, полягає в тому, що при зволоженні суміші сировинного дріб'язку й крохмалевмісного сполучного розчином каустичної соди в ньому відбуваються перетворення, аналогічні тим, що мають місце при запарюванні. Кристалічний крохмаль - високомолекулярний вуглевод, частки якого складаються з упорядковано розташованих макромолекул. Для ослаблення кристалічної структури крохмалю і переходу його в розчин потрібна певна енергія активації, що в способі - найближчому аналозі досягається за рахунок підвищення температури. Клейстеризація крохмалю забезпечує його в'яжучі властивості і пластичність суміші, приготовленої з використанням крохмалевмісного сполучного. При обробці суміші сировинного дріб'язку і сухого крохмалевмісного сполучного лужним розчином також відбувається ослаблення кристалічної структури крохмалю в результаті взаємодії активних груп молекул крохмалю з лугом, при цьому температурний поріг переходу кристалічного крохмалю в стан клейстеру знижується. Вже при концентрації лугу в розчині порядку 1% крохмаль може клейстеризуватися при кімнатній температурі. Діапазон концентрації каустичної соди в розчині 1,5-15% вибраний з наступних міркувань. Експериментально було встановлено, що оптимальна 94677 4 кількість каустичної соди (по сухій масі) становить 10% від ваги крохмалевмісного сполучного. Оскільки каустична сода вводиться в брикетовану суміш у вигляді розчину, то його концентрація визначається, з одного боку, вмістом крохмалевмісного сполучного, а з іншого боку, вологістю суміші, що забезпечує формування брикетів. Для одержання брикетів на крохмалевмісному сполучному, за яке найчастіше використовуються відходи борошномельного виробництва, залежно від властивостей брикетованого сировинного дріб'язку, звичайно потрібно 2-5 мас.% сполучного. Вологість брикетованої суміші також міняється при використанні різного за хімічним і гранулометричним складом сировинного дріб'язку. Так, наприклад, вологість брикетованих сумішей на основі відсівів феросплавів становить 3-3,5%, а сумішей на основі металургійних і вугільних шламів - 1012%. Виходячи із зазначених співвідношень компонентів брикетованих сумішей, для різних сировинних матеріалів шляхом варіювання кількості каустичної соди, що вводиться, експериментально був установлений діапазон концентрацій її водного розчину - 1,5-15%, що заявляється, який дозволяє одержати необхідні властивості брикетованої суміші і брикетів. Час витримки зволоженої суміші перед пресуванням - 5-60 хвилин - встановлений експериментально при пресуванні широкого кола брикетованих сумішей. При витримці менше ніж 5 хвилин у ряді випадків не встигають повною мірою пройти процеси взаємодії крохмалю з каустичною содою і його клейстеризацію, а при витримці понад 60 хв. ніяких змін у суміші, що поліпшують її пресувальність, вже не спостерігається. Приклад 1. У лабораторних умовах сировинний дріб'язок у вигляді сухого коксового дріб'язку крупністю менше 3 мм змішували із крохмалевмісним сполучним (борошном 2-го сорту) і зволожували розчином каустичної соди різної концентрації - 1,0; 1,5; 3,0 і 4,5% - до досягнення вологості суміші 10%. Співвідношення компонентів суміші по сухому відповідно було наступним: коксовий дріб'язок 96,9 мас.%, борошно - 3 мас.%, каустична сода 0,1 мас.%; коксовий дріб'язок - 96,85 мас.%, борошно - 3 мас.%, каустична сода - 0,15 мас.%; коксовий дріб'язок - 96,7 мас.%, борошно - 3 мас.%, каустична сода - 0,3 мас.%; коксовий дріб'язок 96,55 мас.%, борошно - 3 мас.%, каустична сода 0,45 мас.%. Приготовлені суміші витримували протягом 4, 5, 30, 60 і 120 хвилин, після чого пресували на випробній машині ЦД-10 у циліндричній пресформі діаметром 30 мм у брикети висотою 18 мм з тиском 100 МПа. Зміцнення брикетів виконували шляхом термічного сушіння при 150°С до залишкової вологості 0,5-1%. Міцнісні властивості брикетів оцінювали за міцністю на стиск (ст.) при прикладені руйнуючого зусилля до торцевої поверхні брикету. Міцність на стиск брикетів (ст.), отриманих за способом, що заявляється, наведена в табл.1. 5 94677 6 Таблиця 1 Міцність на стиск висушених брикетів з коксового дріб'язку, отриманих при зволоженні суміші водним розчином каустичної соди різної концентрації Час витримки суміші, хв. 4 5 30 60 120 1,0% 600 750 800 800 800 σст., кг/брикет, при концентрації розчину 1,5% 3,0% 950 1000 970 1000 1000 1050 1000 1100 1000 1100 Для порівняння виготовляли брикети з коксового дріб'язку за способом, описаним у найближчому аналозі. Сухий коксовий дріб'язок крупністю менше 3 мм нагрівали до температури 85°С, завантажували в змішувальну ємність і перемішували, додаючи борошно. Співвідношення компонентів: коксовий дріб'язок - 97%, борошно - 3%. При подальшому перемішуванні додавали воду з температурою 50°С у кількості 12% від сумарної маси коксового дріб'язку й борошна. Через 5 хвилин гарячу суміш, у якій відбулася клейстеризація сполучного, вивантажували зі змішувальної ємності й пресували при тиску 100 МПа. Суміш мала вологість 10% (2% введеної води випарувалося при тепловій обробці суміші). Міцність на стиск висушених брикетів, отриманих за способом-найближчим аналогом, становила 1150 кг/брикет. Міцність на стиск висушених брикетів, отриманих за способом, що заявляється, вже при обробці суміші 1,5-відсотковим розчином каустичної соди близька до ст. брикетів, отриманих за способом - найближчим аналогом, а при обробці 4, 5-відсотковим водним розчином навіть перевищує її. Приклад 2. 4,5% 1100 1185 1200 1200 1200 Сировинний дріб'язок у вигляді сухого відсіву силікомарганцю крупністю менше 3 мм змішували із крохмалевмісним сполучним (борошном 2-го сорту) і зволожували водним розчином каустичної соди різної концентрації - 4,5; 9, 15 і 16% до вологості шихти 3,2%. Співвідношення компонентів суміші по сухому відповідно було наступним: відсів силікомарганцю - 96,55 мас.%, борошно - 3 мас.%, каустична сода - 0,45 мас.%; відсів силікомарганцю - 96,68 мас.%, борошно - 2,99 мас.%, каустична сода - 0,33 мас.%; відсів силікомарганцю 96,49 мас.%, борошно - 2,98 мас.%, каустична сода - 0,53 мас.%; відсів силікомарганцю 96,46 мас.%; борошно - 2,98 мас.%; каустична сода - 0,56 мас.%. Підготовлені суміші витримували 4, 5, 30, 60 і 120 хвилин, після чого пресували в циліндричній прес-формі діаметром 30 мм у брикети висотою 18 мм з тиском 100 МПа. Зміцнення брикетів виконували шляхом термічного сушіння при 150°С до залишкової вологості 0,5-1%. Міцнісні властивості брикетів оцінювали за міцністю на стиск (ст.) при прикладанні руйнуючого зусилля до торцевої поверхні брикету. Міцність на стиск брикетів (ст.), отриманих за способом, що заявляється, наведена в табл.2. Таблиця 2 Міцність на стиск висушених брикетів з відсіву силікомарганцю, отриманих при зволоженні суміші водним розчином каустичної соди різної концентрації Час витримки суміші, хв. 4 5 30 60 120 4,5% 2300 2460 2500 2520 2520 ст., кг/брикет, при концентрації розчину 9,0% 15,0% 2350 2400 2450 2500 2480 2400 2500 2550 2500 2550 Для порівняння виготовляли брикети з відсіву силікомарганцю за способом, описаним у найближчому аналозі. Сухий відсів силікомарганцю крупністю менше 3 мм нагрівали до температури 85°С, завантажували в змішувальну ємність і перемішували, додаючи борошно. Співвідношення компонентів: відсів силікомарганцю - 97 мас.%, борошно - 3 мас.%. При подальшому перемішуванні додавали воду з температурою 50°С у кількості 4% від сумарної маси відсіву силікомарганцю і борошна. 16,0% 2400 2500 2400 2550 2550 Через 5 хвилин гарячу суміш, у якій відбулася клейстеризація сполучного, вивантажували зі змішувальної ємності й пресували з тиском 100 МПа. Суміш мала вологість 3,2% (0,8% введеної води випарувалося при тепловій обробці суміші). Міцність на стиск висушених брикетів, отриманих за способом - найближчим аналогом, становила 2480 кг/брикет. Наведені в табл. 2 значення ст. брикетів при всіх випробуваних значеннях концентрації водного розчину каустичної соди і часу ви 7 94677 тримки суміші практично збігаються зі значенням ст. брикетів, отриманих за способом - найближчим аналогом. З наведених прикладів 1 і 2 виходить, що при концентрації водного розчину каустичної соди менше 1,5% і витримці суміші менше 5 хвилин міцність брикетів нижче, ніж отриманих за способом найближчим аналогом. Збільшення концентрації розчину понад 15% і часу витримки суміші понад 60 хвилин вже не позначається на міцності брикетів. Як видно з наведених прикладів, при одержанні брикетів за способом, що заявляється, брикети не поступаються по міцності одержуваним за способом - найближчим аналогом, при цьому процес підготовки суміші перед пресуванням не вима Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 8 гає енергетичних витрат на нагрівання сировинного дріб'язку і спрощується за рахунок відсутності необхідності контролю ступеня нагрівання і збереження температурного режиму суміші сировинного дріб'язку і сполучного. З вищесказаного виходить, що використання способу виробництва брикетів на крохмалевмісному сполучному, що заявляється, дозволяє вирішити поставлену задачу і одержати необхідний технічний результат. Джерела інформації: 1. Деклараційний патент України №34692А. Опубл. 15.03.2001 г. Бюл. Промислова власність, № 2, 2001р. 2. Патент України № 69890. Опубл. 15.05.2006 г. Бюл. Промислова власність, № 5, 2006р. Підписне Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601