Способ утилизации металлов

1 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к области утилизации металлов и, более конкретно, к способу утилизации металлов из мелкозернистых металлических фракций. Уровень техники В различных процессах металлургической промышленности по разным причинам, в том числе вследствие измельчения и отсеивания,создаются большие количества мелкозернистых(пылевидного продукта), порошка или крошки. Зоны, в которых собираются мелкозернистые металлические фракции, находятся также, например, в газовых фильтрах и мокрых скрубберах. Манипулирование такими фракциями и их утилизация часто представляют собой трудные и дорогостоящие проблемы. Непрерывно увеличивается давление как со стороны общественности, так и со стороны промышленников, требующих найти новые решения этой задачи. Применявшийся ранее выход из положения,заключающийся в вывозе продукта на свалку,более не считается допустимым и во многих странах считается незаконным. Существующие технические приемы для преобразования и утилизации требуют больших затрат. С точки зрения экономики и охраны окружающей среды предпочтительным решением указанной выше проблемы накапливания пылевидного продукта часто является его утилизация. Однако в ряде случаев она сводится к одной из разновидностей обработки вне предприятия, включающей в себя транспортировку к соответствующим заводам или установкам и процессы, дополнительные по отношению к нормальной технологической цепочке. Из-за тенденции мелкозернистых фракций к возгоранию очень трудно вернуть их непосредственно в печь. Кроме того, вследствие низкой массы этих веществ они, смешиваясь с отходящими газами, легко увлекаются ими из печи, понижая таким образом выход продукта и представляя собой угрозу окружающей среде. Известное решение этих проблем заключается в гранулировании или брикетировании мелкозернистых фракций для последующей подачи их в печь. Однако такой подход сопровождается проблемой больших затрат на отдельную установку для гранулирования и связующий агент. В том случае, когда мелкозернистые фракции перемешивают в шламе или пульпе, как это имеет место при извлечении таких фракций из мокрых скрубберов, возникает проблема больших затрат на материал отходов и отдельную установку для сушки. Процессы утилизации металлов описаны в патентных документах ЕР-А 1-0618419, US-A5108496, US-A-6001148 и JP 8295956. Однако все эти документы относятся к процессам, в 2 которых исходный материал состоит из неметаллических фракций, таких как оксиды. Сущность изобретения Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в разработке способа утилизации металлов, находящихся в мелкозернистых металлических фракциях, который обеспечивает устранение или, по меньшей мере, ослабление воздействия указанных выше недостатков известных технологических приемов. Изобретение основывается на реализации того факта, что мелкозернистые металлические фракции обычно имеют известный состав и,следовательно, в форме металлов могут быть возвращены непосредственно в технологический процесс без существенного изменения их химического состава, в том числе с сохранением неокисленного состояния в течение максимально возможного периода времени. Таким образом, обеспечивается возможность создания эффективного технологического цикла внутри предприятия. Основные существенные признаки предлагаемого способа утилизации металлов в соответствии с настоящим изобретением приведены в п.1 формулы изобретения. Согласно изобретению способ утилизации металлов, находящихся в, по существу, мелкозернистых металлических фракциях, предусматривает следующие этапы: а) подачу указанных, по существу, мелкозернистых металлических фракций в пламя горелки,б) агломерирование указанных мелкозернистых фракций посредством тепла, выделяемого пламенем, без существенного изменения их химического состава, с получением, по существу, металлического агломерированного продукта, и в) утилизацию указанного агломерированного продукта. Предпочтительно, в указанную горелку подают окисляющий газ с содержанием кислорода, по меньшей мере, 21%, наиболее предпочтительно с содержанием кислорода, по меньшей мере, 90%. Указанные мелкозернистые металлические фракции могут представлять собой порошок ферросилиция, феррохрома или железа и иметь диаметр менее чем приблизительно 5 мм, предпочтительно менее чем приблизительно 1 мм. Предпочтительно, этап в) утилизации указанного агломерированного продукта предусматривает подачу указанного продукта в печь,например одного из следующих типов: дуговая печь, индукционная печь, отражательная печь или электронагревательная печь. Предпочтительно, процесс агломерации на этапе б) регулируют посредством изменения, по меньшей мере, некоторых из следующих параметров: температура и скорость указанного пламени, энергетическое содержание или плот 3 ность указанных мелкозернистых фракций, отношение окисляющего газа к топливу в указанной горелке, содержание кислорода в указанном окисляющем газе, расход кислорода и добавленного топлива, производительность подачи указанных мелкозернистых фракций и их характеристики, время прохождения указанных мелкозернистых фракций в указанном пламени, а также характеристики и конфигурация горелки,включая ее наклон. Процесс агломерации на этапе б), предпочтительно, ведут таким образом, что, по меньшей мере, некоторое количество указанных мелкозернистых фракций расплавляется только частично. Этап а) может предусматривать подачу указанных мелкозернистых фракций, по существу, к центральной зоне указанного пламени. Мелкозернистые фракции могут быть перемешаны в жидкости, а этап б) может предусматривать испарение указанной жидкости посредством указанного пламени. При использовании способа согласно изобретению разрешаются проблемы существующего уровня техники или их воздействие, по меньшей мере, ослабляется. За счет применения газа, обогащенного кислородом, можно удовлетворительным образом регулировать процесс плавления, избегая возгорания мелкозернистых фаз, введенных в указанную установку. К тому же применительно к способу и конструкции установки по изобретению было неожиданно обнаружено, что можно избежать избыточного окисления конечного продукта. Это позволяет осуществить утилизацию металлов легким и экономически эффективным образом. Перечень фигур чертежей Далее изобретение описывается в виде примера со ссылками на прилагаемые чертежи,из которых фиг. 1 представляет упрощенную схему установки для осуществления предложенного способа утилизации металлов из мелкозернистых фракций или пылевидного продукта,фиг. 2 представляет продольное сечение горелки, применяющейся в способе согласно изобретению,фиг. 3 представляет поперечное сечение горелки по фиг. 2,фиг. 4 иллюстрирует пылевидный продукт мелкозернистых фаз, применяющийся в способе согласно изобретению,фиг. 5 иллюстрирует агломерат, полученный в результате использования способа согласно изобретению. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения Далее будет приведено детальное описание способа согласно изобретению и установки для его осуществления. На фиг. 1 показана общая схема установки для утилизации металлов, обо 004020 4 значенной в целом, как 10. В центральной части установки находится горелка 20, установленная в боковой стенке печи 30 и представляющая собой так называемую кислородо-топливную горелку. Соответственно в горелку 20 по первой питающей линии 21 подают топливо, такое как мазут, пропан, природный газ или бутан, а по второй линии 22 - кислород. Под термином "кислород" в данном контексте подразумевают газ с содержанием О 2, превышающим 21%, предпочтительно так называемый технический кислород, имеющий содержание О 2 90-99,5%. Мелкозернистые фракции и пылевидный продукт подают по третьей питающей линии 23. Из дальнейшего описания будет очевидно, что способ по изобретению применим к продуктам,состоящим, по существу, из металла, с диаметром частиц менее приблизительно 5 мм. Таким образом, для применения в рамках способа по изобретению в качестве сырьевого материала возможно использование как мелкозернистых фаз, так и пылевидного продукта (под этими терминами обычно подразумевают, соответственно, продукты, полученные в результате дробления и спекания, и продукты, собранные на фильтрах), а также другие сырьевые материалы с эквивалентными свойствами, такие как порошок. Более подробно горелка 20 будет описана ниже со ссылками на фиг. 2 и 3. Третья питающая линия 23 присоединена также к подающему устройству, обозначенному в целом, как 40. Оно содержит бункер 42, в который подают мелкозернистые металлические фракции 50 (показанные на фиг. 4). Из бункера 42 указанные фракции направляются к компрессионной емкости 44 и, далее, к третьей питающей линии 23, присоединенной к горелке 20. Посредством такой схемы обеспечивается желаемая производительность подачи мелкозернистых фракций к горелке 20. В типичной установке, показанной на фиг. 1, печь 30 представляет собой так называемую дуговую печь. Она включает в себя несколько электродов 32, снабжающих печь электрической энергией, которую применяют обычным образом для плавления материала в печи. Соответственно в нижней части печи скапливается расплав 34, который образуется из материала, поданного в печь 30. Теперь, со ссылками на фиг. 2 и 3, будет дано подробное описание горелки 20. Она имеет главный узел, т.е. горелочную насадку 24, к которой присоединены три подающие линии 2123, показанные на фиг. 1. Для горелочной насадки 24 предусмотрено по существу круглое поперечное сечение (см. фиг. 3, где конфигурация подающих линий 21-23 видна более детально). Топливо подают через первую подающую линию 21, имеющую форму шести эквидистантно расположенных труб 21 а-f. Эти трубы размещены на одинаковом расстоянии от цен 5 тральной оси насадки 24. Кислород подают через кольцевой внешний канал 22, т.е. он окружает топливо, поданное через трубы 21a-f. В заключение через трубу 23, расположенную на оси горелки, подают мелкозернистые фракции. Как уже упоминалось, горелка 20 вмонтирована в боковую стенку печи 30. В предпочтительном варианте осуществления изобретения она может быть наклонена, т.е. ее можно располагать под различными углами относительно горизонтали и вертикали. Для получения желаемых характеристик процесса плавления можно применять различные ориентации. Далее более подробно будет описан способ утилизации металлов по изобретению. Сначала мелкозернистые фракции подают в бункер 42 подающего устройства 40. Указанные фракции, примененные в описанном процессе (см. фиг. 4), представляют собой металлические частицы с низким содержанием оксидов. Обычно эти фракции имеют диаметр частиц менее 1 мм и могут быть, например, порошком ферросилиция, феррохрома или железа. Из бункера мелкозернистые фракции проваливаются в компрессионную емкость 44, давление в которой устанавливают посредством газа, такого как сжатые воздух, азот или аргон,выполняющего также функцию газа-носителя. Под воздействием давления в компрессионной емкости 44 мелкозернистые фракции далее переносятся к кислородо-топливной горелке 20 со скоростью, которая определяется уровнем давления в компрессионной емкости 44, количеством мелкозернистых фракций в бункере 42 и другими факторами. В типичной установке инжектирование и плавление проводили в дуговой печи с расходом (производительностью) 3,5 т/ч. При этом расплавленные мелкозернистые фракции представляли собой превосходные заменители других сырьевых материалов, таких как добавки металлолома и сплавов. Работу кислородо-топливной горелки 20 регулируют за счет количества топлива и кислорода, подаваемых, соответственно, через первую и вторую подающие линии 21 и 22. Указанные линии присоединены обычным образом к источникам топлива и кислорода (не показаны). Со ссылками на фиг. 2 и 3 перейдем к подробному описанию работы горелки 20. Мелкозернистые фракции поступают через центральную питающую трубу 23 с расходом, регулируемым подающим устройством. Через шесть труб 21a-f, подающих топливо (см. фиг. 3), и кольцевой питающий канал 22 одновременно подают соответственно топливо и кислород,образующий оболочку для топлива. В результате в пламени 25, свойства которого, такие как длина, температура и т.д., регулируют расходом топлива и кислорода, образуется топливокислородная смесь. Чем больше содержание кислорода, тем выше температура, причем в 6 теоретическом варианте температура пламени составляет 1900-2500 С. При этом мелкозернистые фракции инжектируются в центральную зону пламени 25. Как видно из фиг. 2, инжектированные в пламя 25 мелкозернистые фракции агломерируются, т.е. образуются агломераты 60, превышающие размер частиц мелкозернистых фаз,поданных в горелку. Во время нескольких экспериментов, проведенных согласно способу по изобретению, типичный размер агломератов составлял 3-8 мм. Агломераты 60 феррохрома,имеющие указанные размеры и произведенные посредством способа по изобретению из пылевидного продукта или мелкозернистых фракций с диаметром частиц менее 1 мм, показаны на фиг. 5. Процесс агломерации регулируют с помощью нескольких параметров, из которых можно отметить температуру и скорость пламени 25,энергетическое содержание или плотность инжектированных мелкозернистых фаз, стехиометрию, т.е. соотношение газа-окислителя и добавленного топлива, содержание кислорода в газе-окислителе, расход кислорода и топлива,скорость инжектирования мелкозернистых фракций и их характеристики, время прохождения мелкозернистых фракций в пламени, а также характеристики и конфигурацию горелки,например, ее наклон. Чтобы свести к минимуму окисление мелкозернистых фаз, следует минимизировать плавление инжектируемого материала. Поэтому пламя желательно отрегулировать таким образом, чтобы плавилась только поверхность частиц мелкозернистых фаз, инжектированных через горелку. Предполагается, что при этом облегчается процесс агломерации, т.е. мелкозернистые фракции с жидкими поверхностями проявляют тенденцию к слипанию друг с другом,создавая таким образом желаемые агломераты. Можно полагать также, что топливо частично экранирует мелкозернистые фракции от кислорода, уменьшая тем самым уровень окисления. Образованные агломераты падают на дно печи 30, прибавляясь там к шихте 34. Генерируемое в печи тепло переводит агломераты в расплав, превращая их таким образом в пригодную для применения форму. Преимущество способа согласно изобретению заключается в том, что уровень окисления мелкозернистых фракций очень низок. Одной из возможных причин этого явления может быть экранирование мелкозернистых фракций от кислорода газом-носителем (переносчиком), который предпочтительно имеет низкое содержание кислорода, т.е. менее 21%. Далее, по поводу описанных предпочтительных вариантов способа должно быть понятно, что эти варианты можно изменять в пределах прилагаемой формулы изобретения. Так,хотя было приведено описание горелки 20, ис 7 пользующей топливо-кислородную смесь, можно применять и другие эквивалентные горелки,например, плазменные, при содержании кислорода, превышающем 21%. Кроме того, хотя в описании была представлена дуговая печь 30, способ согласно изобретению в равной степени применим и к другим типам печей, таким как индукционные, отражательные и электронагревательные печи. В качестве материала, поданного в печь,были описаны мелкозернистые фракции и пылевидный продукт с диаметром частиц, доходящим до 1 мм. Однако допустимы и металлические частицы с диаметром до 5 мм. Несмотря на то, что в описании отмечалось только частичное плавление мелкозернистых фракций, возможно также и их полное расплавление при условии, что желаемые агломераты получают без существенного изменения химического состава поданного металлического материала, т.е. при незначительном окислении или вообще без него. Кроме того, хотя в описанном варианте осуществления изобретения горелка расположена в боковой стенке печи, очевидно, что допускаются и другие пригодные положения, например, в верхней зоне печи. К тому же возможна также конфигурация с несколькими горелками. В описанном варианте осуществления изобретения мелкозернистые фракции подают в печь посредством подающего устройства. Однако для этой цели можно также использовать свободное перетекание, перенос посредством питающего зубчатого механизма и т.д. На чертежах показан сухой исходный материал. В том случае, когда мелкозернистые фракции перемешаны в жидкости, такой как вода или шлам, необходимо обеспечить наличие надлежащей питающей системы, которая содержит, например, шнековый питатель. В данном варианте после поступления в печь влажная компонента испаряется за счет высокой температуры пламени, что приводит к образованию отходящих газов, поднимающихся по объему печи 30 и выходящих далее через соответствующее выпускное отверстие (не показано). Затем мелкозернистые фракции описанным выше образом переводят в агломерированную форму. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ утилизации металлов, находящихся, по существу, в мелкозернистых металлических фракциях, включающий следующие этапы: а) подачу указанных, по существу, мелкозернистых металлических фракций (50) в пламя(25) горелки (20),б) агломерирование указанных мелкозернистых фракций посредством тепла, выделяемого пламенем (25), без существенного изменения их 8 химического состава, с получением, по существу,металлического агломерированного продукта (60) и в) утилизацию указанного агломерированного продукта (60). 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в указанную горелку подают окисляющий газ с содержанием О 2 по меньшей мере 21%. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в указанную горелку подают окисляющий газ с содержанием О 2 по меньшей мере 90%. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что указанные мелкозернистые металлические фракции (50) представляют собой порошок ферросилиция, феррохрома или железа. 5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что указанные мелкозернистые металлические фракции (50) имеют диаметр менее чем приблизительно 5 мм, предпочтительно менее чем приблизительно 1 мм. 6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что этап в) утилизации указанного агломерированного продукта (60) предусматривает подачу указанного продукта в печь. 7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что утилизацию на указанном этапе в) проводят в печи одного из следующих типов: дуговая печь, индукционная печь, отражательная печь или электронагревательная печь. 8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что процесс агломерации на этапе б) регулируют посредством изменения, по меньшей мере, некоторых из следующих параметров: температура и скорость указанного пламени (25), энергетическое содержание или плотность указанных мелкозернистых фракций (50),отношение окисляющего газа к топливу в указанной горелке (20), содержание кислорода в указанном окисляющем газе, расход кислорода и добавленного топлива, производительность подачи указанных мелкозернистых фракций и их характеристики, время прохождения указанных мелкозернистых фракций в указанном пламени, а также характеристики и конфигурация горелки, включая ее наклон. 9. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что процесс агломерации на этапе б) ведут таким образом, что, по меньшей мере,некоторое количество указанных мелкозернистых фракций (50) расплавляется только частично. 10. Способ по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что этап а) предусматривает подачу указанных мелкозернистых фракций (50), по существу, к центральной зоне указанного пламени (25). 11. Способ по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что указанные мелкозернистые фракции перемешаны в жидкости, а этап б) предусматривает испарение указанной жидкости посредством указанного пламени.