Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТАЛЬНОГО ПОРОШКА ИЗ ОТХОДОВ ШЛИФОВАНИЯ
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТАЛЬНОГО ПОРОШКА ИЗ ОТХОДОВ ШЛИФОВАНИЯ

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТАЛЬНОГО ПОРОШКА ИЗ ОТХОДОВ ШЛИФОВАНИЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Существо способа заключается в том, что отходы шлифования стали ШХ - 15 предварительно промывают водой, 1% -ным раствором серной кислоты и водой; промывку ведут в плотном, предварительно утрамбованном слое отходов в бочке с перфорированным днищем при фильтрации жидкости через слой отходов под действием силы тяжести. Обезвоживание отходов проводят до влажности 20 - 25% по весу. Отходы выгружают на виброгрохот с ячейками размером 4 мм, диспергируют при просеве, загружают на сетчатые поддоны высотой 50 мм и помещают в вакуум-фильтр с вентилятором и электрокалорифером для подогрева воздуха. В зависимости от исходного содержания масла в отходах концентрацию серной кислоты в водном растворе изменяют. 2 з.п.ф-лы, 2 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2014960
Класс(ы) патента: B22F9/04, B22F1/00
Номер заявки: 4899756/02
Дата подачи заявки: 08.01.1991
Дата публикации: 30.06.1994
Заявитель(и): Тамбовцев Ю.И.
Автор(ы): Тамбовцев Ю.И.
Патентообладатель(и): Общество с ограниченной ответственностью "Производственно- коммерческая фирма "Эльдан"
Описание изобретения: Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения стального порошка из отходов шлифования.
Известен способ переработки отходов шлифования, содержащих воду и масло, заключающийся в том, что отходы предварительно отстаивают в воде в течение нескольких суток, промывают, обезвоживают до влажности 4-20% и подвергают рыхлым слоем отстою на воздухе [1].
Недостатками этого способа являются длительность процесса отстоя, необходимость в значительных площадях под отстой отходов в воде, досушки материала с остаточной влажностью около 4%.
Цель изобретения - повышение производительности процесса.
Цель достигается тем, что в способе получения стального порошка из отходов шлифования, включающем промывку отходов в воде, обезвоживание, размещение их на сетчатом поддоне рыхлым слоем и выдержку в воздушной атмосфере, перед промывкой водой отходы промывают водным раствором серной кислоты, обезвоживание проводят до влажности 20-25% с последующим диспергированием, а при выдержке в воздушной атмосфере осуществляют фильтрационную сушку путем пропускания через рыхлый слой теплоносителя.
Кроме того, при размещении на сетчатом поддоне в слой отходов, обладающих повышенной сыпучестью, вводят известняк.
Кроме того, в качестве теплоносителя используют газообразные продукты восстановительного отжига металлоотходов.
В последнем случае повышается эффективность способа за счет утилизации бросового тепла с одновременной очисткой газа и насыщением отходов сажей, необходимой для довосстановления содержащихся в них металла в ходе того же отжига.
После обработки по предложенному способу дальнейшая переработка отходов может иметь несколько вариантов. По первому из них отходы дробят, просеивают, сепарируют, отжигают, размалывают и рассеивают. Этот вариант применим при содержании абразива в отходах свыше 30-50%.
По второму из вариантов отходы дробят, чем достигают их большей плотности при отжиге, т.е. более высокой производительности. Во время отжига сера удаляется за счет взаимодействия с известняком, а довосстановление металла идет за счет сажи, уловленной фильтрующим слоем при пропускании через него дымовых газов, образующихся в ходе этого отжига. Одновременно отходы спекаются. Спеки либо переплавляют с распылением расплава в порошок, либо размалывают, просеивают и сепарируют. Этот вариант применим для отходов, содержащих масло с серой, не более 10-20% абразива, а также для отходов с высоким содержанием кислорода в металле. Сушка с низкотемпературным разложением масла и частичной его полимеризацией дает возможность за счет более эффективного дробления отходов получать при отжиге достаточно плотные спеки, плотностью, превосходящей в несколько раз плотность спеков из отходов, подвергнутых сушке и дроблению, минуя процесс низкотемпературного разложения масла. Более высокая плотность спеков требуется для их эффективного переплава.
П р и м е р 1. Обработке подвергались отходы шлифования стали марки ШХ 15 с Минского ГПЗ-11. Предварительно отходы промывались водой и 1%-ным водным раствором серной кислоты и водой. Воды для промывки требовалось 30 л на 80 кг отходов. Промывку вели в плотном, предварительно утрамбованном слое отходов в бочке с перфорированным днищем в режиме идеального замещения путем фильтрации жидкости через слой отходов под действием силы тяжести. В ходе промывки отходы не изменяли свой объем, после промывки они содержали то же количество жидкости, что и до промывки, - 20-25% по весу. Затем отходы выгружались на виброгрохот с ячейками размером 4 мм, диспергировались при просеве, загружались на сетчатые поддоны высотой 50 мм и помещались в установку типа вакуум-фильтр с вентилятором мощностью 5,5 кВт и электрокалорифером для подогрева воздуха мощностью 6,5 кВт. Единовременно в сушилке находились три поддона с загрузкой от 7,5 до 12 кг отходов каждый.
Начиная с 30% воды и выше, отходы представляли собой пастообразный материал.
При содержании воды 20-25% они напоминают войлок и просеиваются через сито с ячейками размером не менее 2,5 мм.
При содержании воды 10-15% сыпучесть отходов возрастает, и они просеиваются через сито с ячейками с размерами не менее 1,6 мм.
При содержании воды 7-8% отходы просеиваются через сито с ячейками размерами не менее 1 мм.
При содержании воды свыше 30% отходы пропускают через сита, не забивая их, только при размерах ячеек не менее 4-6 мм.
В ходе сушки сетки с ячейками размером 0,3 мм частично забивались при влажности 20-25% и полностью - при влажности 30% и более. Сетки с ячейками размером 1 мм наглухо забивались отходами при влажности свыше 30%.
В процессе сушки диспергированных отходов влажностью свыше 30% по мере удаления (выжимания) влаги они уплотнялись, объем их уменьшался в 1,5-2 раза.
В процессе сушки диспергированных отходов влажностью 20-25% объем их не изменялся вплоть до окончания сушки.
В процессе сушки диспергированных отходов влажностью менее 15% их объем уменьшается в ходе сушки приблизительно в 1,3-1,5 раза из-за возрастания их сыпучести по мере сушки.
В ходе сушки отходов, не промытых раствором серной кислоты, на сетках с ячейками 1 мм при исходной влажности 20-25% наблюдался унос (в виде пыли) до 5% отходов от их веса, на сетках с ячейками 0,3 мм - до 1-2%.
Содержание масла в высушенных отходах определялось следующим образом. Их навеску помещали в вакуум-печь и при температуре 200-300оС испаряли находящееся в отходах масло. Затем отходы вновь взвешивались и по разнице массы определялся процент масла в них.
Оптимальную концентрацию серной кислоты в ее водном растворе определяли таким образом. Параллельно исходные отходы подвергались воздействию 0,1; 0,25; 0,5; 1; 2; 3; 4; 5%-ными растворами серной кислоты с целью определения минимального процента, при котором из них начинает выделяться водород. При этом в зависимости от исходного содержания масла в отходах оптимальная концентрация кислоты изменялась: при содержании масла 1% - 0,25%-ный раствор серной кислоты; 2% - 0,5%-ный раствор; 4% - 1%-ный раствор; 8-9% - 5%-ный раствор кислоты.
Содержание воды в исходных отходах составило 40-50%, но после отстоя и утрамбовки находилось в пределах 20-25%.
С учетом этих особенностей сушки отходов стоит задача: 1 - удалить или полимеризовать масло (превратив его в твердое вещество) в ходе сушки; 2 - уменьшить унос пыли в ходе сушки. Попутно решается задача, раз уж создается фильтрующий слой, очистки дымовых газов в ходе отжига и спекания стальных порошков с утилизацией тепла и улавливанием сажи, пропуская их вентилятором через этот слой.
Отходы шлифования Минского ГПЗ-11 содержали 3% масла. Часть их промывалась только водой, другая часть их промывалась последовательно 1%-ным водным раствором серной кислоты и водой. Результаты фильтрационной сушки приведены в табл.1.
Со знаком х - отходы, подвергнутые промывке 1%-ным водным раствором серной кислоты (125 мл на 1 кг отходов) и затем водой (375 мл на 1 кг отходов). Масса высушенных отходов 6 кг.
Было определено, что для инициирования процесса разложения масла, сопровождающегося повышением температуры отходов, катализатором которого является железо, необходима такая концентрация H2SO4, при которой начинает выделяться водород, т.е. удаляется окисная пленка на частицах металла.
При 8-9% масла концентрация кислоты 5%, максимальная температура отходов 74оС при отстое в течение 4 ч.
При 4% масла эта концентрация кислоты 1%, максимальная температура отходов 82оС при отстое в течение 2 ч.
При 2,5-3% масла - 0,5% H2SO4, tmax = =82oC при отстое в течение 2 ч.
При 2,5-3% масла и промывке 1%-ным раствором H2SO4 tmax = 90oC при отстое в течение 2 ч.
В ходе низкотемпературного разложения масла после предварительной фильтрационной сушки происходило изменение содержание воды и масла.
Исходное содержание воды 10,4% и 9% масла.
Конечное содержание воды 6% и 8,3% масла. Промывка 5% H2SO4.
Исходное содержание воды 11% и 2,4% масла.
Конечное соответственно 2,4% и 1,3%, 0,5% H2SO4.
Исходное содержание воды 13,1% и 2,5% масла.
Конечное 5% и 1,1%. 1% H2SO4.
Исходное содержание воды 12,6% и 3,9% масла.
Конечное 6,7% и 1,9%. 1% H2SO4.
При исходной влажности 16%, исходное содержание масла 2,6%, 0,5% H2SO4 убыль массы отходов достигала 14% за 15 ч отстоя, плотность после утряски высушенных отходов 2,7 г/см3.
Той же самой плотности после утряски можно достичь для этих же отходов после промывки их 0,5%-ным раствором H2SO4 и водой, фильтрационной сушки в течение 10 мин и 1-часового отстоя с подъемом температуры до 90оС.
После промывки водой и сушки отходов эта плотность достигала 1,8 г/см3.
После промывки 1% -ным раствором кислоты и водой время фильтрационной сушки можно сократить, прекращая сушку при влажности 5-6%. Например, при исходной влажности отходов 25% это время в два раза меньше, чем при полной сушке предварительно не промытых раствором кислоты отходов. Это прекращение сушки нужно делать, особенно при содержании масла в отходах 4-5%, чтобы обеспечить необходимую влажность для завершения низкотемпературного разложения масла за время отстоя примерно в течение одного часа, когда температура отходов возрастает до 90оС. В этом случае содержание органики в отходах уменьшается примерно в два раза, а остатки масла полимеризуются. При полной фильтрационной сушке этих отходов (без ее прерывания) преобладающим является процесс полимеризации масла.
Согласно табл. 1 видно, что возрастание скорости сушки достигается при исходной влажности диспергированных отходов в пределах 20-25%, причем максимальная интенсивность сушки достигнута при сушке отходов, промытых водным раствором кислоты и водой.
П р и м е р 2. Сушке подвергались отходы шлифования быстрорежущей стали Минского инструментального завода, содержащие после сушки 30-40% абразива. Исходная влажность отходов колебалась от 30 до 50% в бункерах для сбора отходов, но после отстоя на сетчатых поддонах достигала 20-25%.
После отстоя в воде в течение двух суток одна часть отходов, содержащих 3-5% масла, промывалась водой путем фильтрации ее через их уплотненный слой.
Другая часть отходов промывалась 1%-ным водным раствором серной кислоты с выделением водорода, а затем водой, путем фильтрации раствора и воды через их уплотненный слой. После отстоя в течение 2 ч достигалась влажность отходов 20-25% по высоте слоя отходов. Смазочно-охлаждающая жидкость, удаляемая в ходе промывки, представляла собой 5%-ный раствор кальцинированной соды, масло попадало в отходы в результате утечки из гидросистем станков. Диспергирование осуществлялось на виброгрохоте с ячейками сита 4 мм. Масса высушенных на поддоне отходов была 6 кг.
После диспергирования отходы помещались на сетчатый поддон размером 600 х 600 мм, размеры ячеек 1 мм. Вентилятором мощностью 5,5 кВт под поддонами создавали разрежение. Через калорифер мощностью 6,6 кВт, размещенный над поддонами, засасывался воздух, нагретый до 50оС. Через каждые 5 мин фильтрующий слой взвешивался вместе с сетчатыми поддонами (без разрушения структуры фильтрующего слоя) и сушка проводилась до тех пор, пока не прекращалось изменение веса слоя.
Ниже приведены результаты термообработки отходов шлифования путем создания из них фильтрующего слоя заданной порозности: после диспергирования объем слоя возрастал в 1,5-2 раза.
В табл. 2 приведены результаты сушки отходов быстрорежущей стали. Согласно ей при влажности 30% резко замедляется скорость фильтрационной сушки из-за неустойчивости фильтрующего слоя, который разжижается, уплотняется и забивает сетку поддона. Без промывки отходов 1%-ным раствором серной кислоты время сушки имеет более выраженный минимум при влажности 15-20%, чем в случае промывки, когда при сушке в отходах выделяется дополнительное количество тепла за счет разложения и полимеризации масла. Однако одинаковое время сушки при исходных влажностях 15-20% говорит о более интенсивном процессе сушки в случае исходной влажности 20%, что свидетельствует о том, что сформированный при более низкой сыпучести слой, имея большую порозность, сушится боле интенсивно за счет большего расхода теплоносителя и меньше уплотняется в ходе сушки, когда сыпучесть отходов должна возрастать с уменьшением их влажности. Но при выгрузке из поддонов отходов, сушка которых началась при исходной влажности 20-25%, они представляли собой рыхлые брикеты, особенно прочные в случае обработки отходов, промытых раствором серной кислоты. В последнем случае вообще не зафиксирован унос материала в ходе сушки, т.е. фактически сушке подвергались пористые брикеты.
В ходе неполной сушки отходов, промытых 1%-ным раствором серной кислоты, было обнаружено, что удаленные из сушилки отходы при влажности порядка 6-7% начинали дымиться, температура их подскакала до 90оС. В течение одного часа их отстоя на поддонах они полностью осушались. При этом оказалось, что количество органики в них уменьшилось примерно в 2 раза по сравнению с количеством ее в материале до его сушки. В таком материале, но подвергнутом полной сушке без отстоя, убыль органики достигала только 10-20%, хотя эти отходы обладали сыпучестью в несколько раз большей, чем после сушки свежих отходов, взятых прямо из-под станка и промытых водой. Например, при промывке 10-ю л водного раствора серной кислоты 80 кг отходов шлифования, при исходной их влажности 25%, в зависимости от процента растворенной кислоты (после реакции низкотемпературного разложения масла, протекающей после предварительной неполной сушки до влажности 7%, отстоя и дробления в шаровой мельнице в течение 10 мин) плотность после утряски была следующей: ρ = 2,9 г/см3 при промывке 1%-ным раствором H2SO4, и она не изменялась при концентрации кислоты более 1 %; ρ=2,3 г/см3 при 0,5 % H2SO4 и ρ = 2 г/см3 - при 0% H2SO4. Исходное содержание масла было 3,2%. Содержание органики при ρ = 2,9 г/см3 достигало 1,5%. При ρ = 2 г/см3 оно не изменилось.
Наличие остатков масла сказывается на глубине магнитного разделения, которая при ρ = 2,9 г/см3 была 99,5%, при ρ = 2,3 г/см3 - 98,3%; при ρ = 2 г/см3 - 93%. При этом немагнитные примеси в концентрате имели размеры менее 100 мкм.
Сушка осуществляется пропусканием нагретых газов через фильтрующий слой отходов с втягиванием их под разрежением в патрубок вентилятора. При кратковременном перекрытии патрубка шибером поддоны перемещаются на один шаг в направлении выгрузки из сушилки.
Промывка металлоотходов раствором серной кислоты разрушает масляную пленку и инициирует процесс низкотемпературного разложения масла, ускоряет фильтрационную сушку, а также обеспечивает самоотвердение фильтрующего слоя и сохранение его структуры вплоть до окончания фильтрационной сушки.
Промывка материала водой обеспечивает удаление кислоты из слоя.
Доведение исходной влажности отходов до 20-25% обеспечивает устойчивую структуру фильтрующего слоя в ходе его сушки после последующего диспергирования материала.
Диспергирование отходов увеличивает их объем в 1,5-2 раза, что ускоряет процесс сушки.
Введение в материал в ходе формирования фильтрующего слоя известняка позволяет удалить серу из отходов (серу, содержащуюся в масле) в ходе последующего восстановительного отжига отходов и дополнительно закрепить структуру фильтрующего слоя, особенно при содержании абразива более 60% от веса отходов.
Пропускание через фильтрующий слой отходов дымовых газов насыщает его сажей, необходимой для последующего его восстановительного отжига, а также утилизирует их тепло.
Формула изобретения: 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТАЛЬНОГО ПОРОШКА ИЗ ОТХОДОВ ШЛИФОВАНИЯ, включающий промывку отходов в воде, обезвоживание, размещение их в сетчатом поддоне рыхлым слоем и выдержку в воздушной атмосфере, отличающийся тем, что перед промывкой водой отходы промывают водным раствором серной кислоты, обезвоживание проводят до влажности 20 - 25% с последующим диспергированием, а при выдержке в воздушной атмосфере осуществляют фильтрационную сушку путем пропускания через рыхлый слой теплоносителя.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при размещении на сетчатом поддоне в слой отходов, обладающих повышенной сыпучестью, вводят известняк.
3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве теплоносителя используют газообразные продукты восстановительного отжига металлоотходов.