Spôsob úpravy tavenia liatiny aditívom na báze kalov z výroby oxidu hlinitého

Číslo patentu: 288397

Dátum: 03.08.2016

Autori: Balco Karol, Nosáľ Emil, Hroncová Emília, Ladomerský Juraj

Je ešte 1 strana.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Zhrnutie / Anotácia

Spôsob úpravy tavenia liatiny v kupolových peciach aplikáciou aditíva, ktoré je zmesou kalu z výroby Al2O3 s hydraulickým spojivom, ako je portlandský cement. Aditívom sa v štandardnej vsádzke na výrobu liatiny v kupolovej peci nahradí časť ferosilícia a vápenca.

Text

Pozerať všetko

Technické riešenie sa týka zlepšenia metalurgickej technológie a kvality jej produktov, pridávaním do taviacich pecí aditíva na báze odpadov kalov z výroby oxidu hlinitého.Kovová vsádzka na výrobu liatiny, ktorá má byť roztavená v metalurgických peciach, sa obvykle skladá zo zlievarenského vratu, zlomkovej liatiny, oceľového šrotu a surového železa s legujúcimi prísadami, ako je ferrosilícium, ferofosfor alebo feromangán. Doteraz metalurgia železných kovov na zlepšenie procesov tavenia a úpravy kovov využíva veľký rozsah rôznych legovacích prísad, ferozliatin, očkovadiel, modifikátorov,termických zmesí, ktoré sú vyrábané prevažne z primárnych surovín alebo vlastného hutníckeho odpadu Cochran Steven C. Gray iron casting composition with controlled iron-chromium Carbide content, US Patent 3977867. (31-Aug-1976). Burton, Edward D. Foundry coke. United States Patent 4294610. 1978. Skúmajú sa ich výhody a nevýhody Improved cupola melting with Silicon Carbide and ferrosilicon. httpzl/goliath.éCneXt.CoIn/coms 2/gi 0199-462185/Improved-Cupola- mélting-with-silicon.html. Dostupné na internete august 2010.Je preukázané, že využívanie primárnych surovín negatívne ovplyvňuje environmentálne dopady výroby liatiny na životné prostredie Jones, A.J. The Industrial Ecology of the Iron Casting Industrie. 2007. Zvyšuje sa záujem o vyššie využitie odpadov v metalurgických procesoch. V stave techniky existuje mnoho viacstupňových spôsobov, pri ktorých sa červený kal transformuje na užitočný produkt. Napr. podľa patentov GB 2454231 A (2009), resp. GB 2454231 B (2012) sa červený kal spolu s pieskom a jemným koksom podrobuje vysokoteplotnému redukčnému taveniu v elektrickej oblúkovej peci pri teplote 1610 °C. Produktom tavenia je surové železo a troska. Surové železo môže byť využité pri výrobe ocele po odliatí do bloku a prevoze do oceliarne, ďalej na výrobu ferosilícia alebo práškového železa v druhej elektrickej peci. Tekutá troska je využiteľná na výrobu sklených vlákien.V kuplových peciach na výrobu liatiny je kovová vsádzka tavená spaľovaním koksu. Na zlepšenie tavby a zvýšenie kvality vyrobeného kovu sa pridávajú aj troskotvorné prísady a tavidlá (napr. S 102 reap. CaC 03). Liatina viac než ktorýkoľvek iný materiál podlieha rôznym vedľajším vplyvom fyzikálnej a chemickej povahy, a preto všetky výpočty vsádzok sú len orientačné. Pri výrobe iných druhov liatiny či požiadavke dosiahnuť iné fyzikálne a mechanické vlastnosti je potrebné upraviť zloženie vsádzky alebo upraviť liatinu odliatu do panvy. Preto pri výrobe liatiny sa pravidelne odoberajú vzorky na kvantometrické vyhodnotenie chemického zloženia a podľa požadovaných parametrov sa upravuje zloženie.V rôznych oblastiach výroby liatiny sa využívajú špecifické aditíva s cieľom získania čo najlepších vlastností výrobku Ductile Iron (part one). httpz/lilrasoio.com/viewtopic.phpf 51 t 171. Dostupné na internete august 2010. Podľa patentu US 3214267 A pri atypickej vsádzke (s malým podielom surového železa a vysokým podielom oceľového šrotu) sa zloženie vsádzky doupravuje priamo v kuplovej peci očkovadlom na báze grafitu a lcrenúka s malým podielom iných látok spojených poltlandským cementom. Obdobne aj US patent 4 171 219 popisuje spôsob aditivácie liatiny lisovaným prostriedkom obsahujúcim - 55 SíC, 25 - 35 Al 203, S 102 a CaO vrátane 10 - 25 cementu ako pojiva. Variabilita hmotnosti oxidov je značná 2 - 30 A 1203, 7 - 30 S 102, 5 - 25 Ca 0. Podľa patentu GB 1 105 028 je možné upravovať vlastnosti liatiny aj pri odlievaní do formy aplikáciou ferosilícia aplikovaného vo forme vosku.Pri výrobe liatiny v kuplovej peci sa všetky nečistoty zachytia v troske, ktorá je tvorená hlavne oxidmi S 102, CaO, Al 203 a FeO. Aj výmurovka metalurgických pecí je abrazívne a chemicky opotrebovávaná a prechádza do trosky. Napr. v kuplových peciach výmurovka v taviacom a ohrievacom pásme vydrží len jednu kampaň. Podľa patentu WO/1996/034988 pri výrobe liatiny v elektrických peciach je pre kvalitu výroby liatiny dôležitý vyvážený pomer kremika a redukčných činidiel. Podľa patentu W 0/2006/ 133355 sa zvyšuje kvalita liatiny malým prídavkom bóru (10 až 150 ppm). Je patentované multiprvkové očkovadlo na výrobu liatiny obsahujúce 40 - 80 Si, do 10 Ca a/alebo Sr a Ba, menej než 4 Al, do 10 Mn a/alebo Ti a Zr,do 10 kyslíka v podobe jedného odxidu alebo viacerých oxidov kovov a zvyšok Fe, ktoré sa aplikuje pri odlievaní liatiny alebo pred liatím do formy (W 0/ 1995/024508).Zvýšiť zhodnocovanie kalu z výroby oxidu hlinitého, ktorý je nebezpečným odpadom, je významným environmentálnym prínosom. Pokusov o zhodnocovanie kalu z výroby oxidu hlinitého je veľký počet, ale len niekoľko postupov nadobudlo prevádzkovú realizáciu. Najnádejnejšie výsledky sa dosahujú po odstránení hlavnej nebezpečnej zložky kalu hydroxidu sodného. Napr. červený kal po dealkalizácii postupom podľa patentu autorov Zhaokun Luan, Qi Wang a Zhiping Jia CN 101468866 (A) sa priamo používa ako vstupná surovina pri výrobe cementu.Z uvedenej analýzy vyplýva, že dosiaľ nie je známe priame využitie kalu z výroby oxidu hlinitého priamo pri výrobe liatiny v kuplových peciach. Keďže teploty redukcie oxidov železa (efektívne nad 1600 °C, keďžeteplota topenia čistého železa je nad 1537 °C) sú Vyššie než teploty V kuplovej peci (pod 1550 °C - najvyššia teplota je V pásme nad výfučňami 1400 až 1500 °C, V nisteji 1350 až 1450 °C) a kuplové pece majú krátke redukčné pásmo, z termodynamickej analýzy fázového zloženia liatiny sa javil prídavok kalov z výroby oxidu hlinitého ako nefunkčný balast. Zrejme z tohto dôvodu neboli skúmané iné možné ovplyvňovanie procesu tavenia liatiny a jej vlastností. Kaly z výroby oxidu hlinitého sa svojím chemickým zložením a svojimi fyzikálnymi a mechanickými vlastnosťami výrazne líšia od všetkých uvedených synteticky a termicky pripravovaných aditív na Výrobu liatiny. Podľa nášho vynálezu aplikácia skusoveného kalu z výroby oxidu hlinitého do vsádzky kuplovej pece priaznivo ovplyvňuje tavenie liatiny, produkt tavenia, znižuje rozsah opotrebenia výmurovky pece a V konečnom dôsledku transformuje nebezpečný odpad na inertnú trosku.Doteraz nie je známa ani jedna priama výroba železa vo vysokých peciach s prídavkom červeného a hnedého kalu. Je to dôsledkom toho, že zloženie kalov je na rozdiel od rôznych druhov železnej rudy veľmi komplikované. Tieto kaly sa vyznačujú prítomnosťou veľkého počtu prvkov, rôznorodých chemických a mineralogických štruktúr a s tým súvisiacou náročnosťou redukcie oxidických foriem železa. Okrem toho sú aj obavy z oveľa výraznej šieho poškodzovania žiaruvzdornej výmurovky vysokej pece.Tiež nie sú známe iné komerčné priemyselné aplikácie červeného a hnedého kalu V inom metalurgickom procese, hoci Výskum a Vývoj prináša možnosť výroby železa viacstupňovými technikami kombináciou termických aseparačných procesov Dong-Yan Liu and Chuan-Sheng Wu, 2012 Stockpiling and ComprehensiVe Utilization of Red Mud Research Progress. Materials, 5, 1232-1246 doi 10.3390/ma 5071232. Sú patentované samostatné postupy výroby surového železa z červeného kalu V elektrických oblúkových peciach,napr. GB 2454231 A (2009), resp. GB 2454231 B (2012). Tým, že tieto kaly sú veľmi stabilné a jednotlivé zložky ťažko separovateľné, samostatná výroba surového železa by bola veľmi náročná na elektrickú energiu. Vysoké prevádzkové náklady by sa mohli znížiť len efektívnym využitím vznikajúcej trosky, ktorej množstvo by predstavovalo vo väčšine prípadov viac než 70 z celkovej hmotnosti vstupnej suroviny.Uvedené nedostatky do značnej miery odstraňuje spôsob, ktorý na úpravu tavenia kovu V kuplových peciach využíva kal z výroby oxidu hlinitého (tzv. červený alebo hnedý kal V závislosti od technológie výroby aplikovaných surovín), ktorý predstavuje nebezpečný odpad ukladaný na skládky odpadov.Spôsob úpravy tavenia liatiny rieši zlepšenie a zníženie surovinovej náročnosti (na primárne suroviny) metalurgickej technológie úpravou vsádzky pre jednotkový proces tavenia a úpravy liatiny. Úprava vsádzky tavenia liatiny sa dosahuje priamym pridávaním aditíva - skusoveného kalu z výroby oxidu hlinitého V podieloch od 0,5 do 2,5 hm. na hmotnosť vsádzky do kuplovej pece.Aditívum s prevažným podielom kalu z výroby oxidu hlinitého je vo forme brikiet alebo iných tvarovaných výrobkov (podľa použitej formy). Aditívum je netermickým spôsobom Vyrobené zmiešaním kalu z výroby oxidu hlinitého s hydraulickým spojivom, napr. portlandským cementom (v pomeroch 85 - 90 15 10 hmotn.), prípadne aj s prídavkom aktivátora, obsahujúcim minimálne jednu z uvedených látok (SiOZ,Na 2 O.nSiO 2, Na 2 SiO 3.5 H 2 O, CaO, Ca(OH)2, CaClz) V množstve až do 1 hmotn. z celkovej hmotnosti zmesi, alebo aj zmesným odpadom z drvenia a mletia elektrických a elektronických zariadení, obsahujúcim až do 30 hmotn. zmesi plastov, 5 - 55 hmotn. železných kovov, 2 - 25 hmotn. neželezných kovov a až do 30 keramiky a skla V množstve 1 - 10 hmotn. z celkovej hmotnosti zmesi a následnom briketovaní a Vytvrdzovaní. Jeho Výrobu upravuje úžitkový Vzor PÚV 00109/2010.Priamym dávkovaním aditíva do kuplovej pece sa upravuje tavenie liatiny V kuplovej peci a zvyšuje sa redukčný efekt tavby minimálne tým, že dôjde k- týmto chemickým zmenám - Vyšší obsah Si V liatine a úspora ferosilícia, zanedbateľný prípal P do kovu,nebol zistený výraznejší prípal Ti z kalu do kovu Ti pravdepodobne prešiel do trosky, vo vyrobenej liatine stúpol obsah Al V kovovej forme- miernemu zlepšeniu štruktúry liatiny - posun k jemnejšiemu grafituMechanizmus vplyvu aditíva na znižovanie opotrebovania výmurovky sa nám zatiaľ nepodarilo teoreticky jednoznačne vysvetliť.Prehľad obrázkov na výkresochNa obrázku 1 je znázornený stav výmurovky po oprave. Na obrázku 2 je znázornená schéma merania rozmerov výmurovky pred opravou.Uvedený príklad podstatu úžitkového vzoru bližšie vysvetľuje, ale nevyčerpáva všetky možnosti spôsobu úpravy vsádzky na tavenie a spracovanie liatiny s aditívom na báze odpadov z výroby oxidu hlinitého. Prevádzkové skúšky aplikácie kalu z výroby oxidu hlinitého sa uskutočnili v kuplovej peci o týchto projektovaných parametroch- prietok fúkaného vzduchu Max. 150 m 3.min- priemerný taviaci výkon 7,8 t.h 1- potreba chladiacej vody na plášť pece max. 30 m 3.h 1- doba tavenia pri jednej kampani max. 15 h- prietok odťahovaných spalín max. 50 000 m 3.h 1- odťahovanie plynov cez kuplovňu 30- odťahovanie plynov cez rekuperátor 70- spotreba koksu na vsádzku 12 -23- spotreba vápenca na vsádzku 3Na výrobu liatiny sa používalo surové železo, vlastný vratný materiál zlievárne a oceľový šrot podľa prevádzkového poriadku. Aditívum (definované v podstate technického riešenia) bolo pridávané v priebehu celého dňa do vsádzky výroby sivej liatiny v kuplových peciach v množstve 7,5 kg na 1000 kg vsádzky, t. j. 0,75 hmotnostných na vsádzku. Pred odpichom bola liatina analyzovaná a v prípade potreby sa uskutočnili korekcie chemického zloženia pri odlievaní liatiny do panvy. Počas tejto celodennej skúšky sa vytavilo 55 ton tekutej liatiny.Po regenerácii výmurovky pece boli zmerané vnútorné rozmery pece (obrázok l). Po ukončení tavenia a vychladnutí bol opätovne odmeraJiý stav výmurovky pece (obrázok 2). Z presne meraného stavu bol vypočítaJiý stav opotrebenia výmurovky (tabuľka 1).Tabuľka 1. Výsledok relatívneho zníženia opotrebenia výmurovky kuplovej pece pri prídavku aditíva 0,75 hmotnostných na vsádzku v porovnaní s opotrebením výmurovky počas štandardnej výroby sivejliatiny. Vzdialenosť od dna cm V w 1 w Standardny rezim Upraveny rezim10 7 368 5 263 Median opotrebenia výmurovkyRelatívne zníženie opotrebeniaIŠtandardný režim prebieha za štandardných prevádzkových podmienok kuplovej pece. zUpravený režim prebieha pri pridávaní aditíva (skusoveného kalu z výroby oxidu hlinitého vo vhodných podieloch) do kuplovej pece.Uvedený pokus bol dlhodobo opakovaný s rôznymi prídavkami aditíva (Cca 0,25 - 2,00 hmotnostné na vsádzku), pričom sa potvrdili tieto výsledky. Po opakovaných denných skúškach (11 dní) s dávkovaním aditíva v množstvách 0,25 až 2 hmotnostných na vsádzku bolo zistené priemerné znížené opotrebenie výmurovky z pôvodných 26,930 na 14,968 , čo znamená relatívne zníženie opotrebovania výmurovky o 44,42 (tabuľka 2).Tabuľka 2. Zhrnutie opotrebovania výmurovky taviaceho pásmaPriemerné opotrebenie výmurovkyCelkové vytavené nmožstvo kovu tUpravený režimz Relatívne zníženie opotrebeniaPríklad je vyhodnotením dlhodobých prevádzkových skúšok spôsobu úpravy tavenia liatiny aditívom na báze kalov z výroby oxidu hlinitého (definované v podstate technického riešenia). Celkove sa uskutočnilo ďalších 14 celodenných skúšok. Denne sa vytavilo cca 50 až 70 ton tekutej liatiny. Aditívum bolo pridávané do vsádzky výroby sivej liatiny v kuplových peciach v množstve 0,25 až 2,5 na vsádzku. Bolo analyzované chemické zloženie vytaveného kovu a veľkosť grafitu.Výsledky prevádzkových skúšok ukázali, že aplikácia aditíva do kuplovej pece priaznivo ovplyvnila metalurgický proces výroby liatin takto- bol potvrdený redukčný vplyv na tavenie (vyšší obsah Si v liatine a nižší rozptyl svedčia o lepšom využití FeSi 75 pri tavení a jeho menšom prepale) spotreba FeSi 75 klesla z 1,095 kg.t 1 vsádzky na 0,805 kg.t 1, čo predstavuje zníženie spotreby relatívne o 26,5 (tabuľka 3)- spotreba vápenca klesla o 13- prípal fosforu v dôsledku redukčného tavenia je zanedbateľný (tabuľka 4)- nebol zistený výraznejší prípal Ti z kalu do kovu Ti pravdepodobne prešiel do trosky, a tým priaznivo ovplyvnil opotrebovanie výmurovky (tabuľka 5)- bol potvrdený redukčný vplyv Al rozpusteného v natavenej liatine pri použití aditíva vo vyrobenej liatine obsah Al v kovovej forme stúpol relatívne o 27,3 hmotn., kým obsah celkového Al stúpol relatívne len o 9,0 hmotn. tieto zmeny v obsahoch Al mohli byť vyvolané rozkladom iných foriem hliníka než Alzog(na jeho redukciu sa vyžadujú teploty nad 2000 °C), napriek tomu signalizujú znížený obsah kyslíka v tavenine - redukčné tavenie, čo môže mať následne vplyv na zníženie spotreby ferozliatin (tabuľka 6)- jednoznačne vyšší obsah Algog vo vsádzke jej úpravou aditívom zvyšuje bazicitu trosky, čo sa priaznivo prejavilo v opotrebovaní výmurovky, ktorá sa znižovala relatívne o cca 25 až 65 (tabuľka 1)- pri hodnotení štruktúry bol podiel feritu nezmenený, veľkosť grafitu vykazuje mierne zlepšenie - posun k jemnejšiemu grañtu, čo je pri výrobe liatin žiadaný jav (tabuľka 7). Zo súhrnných analýz grañtu vyplýva,že 57 tavieb v upravenom režime s aditívom malo grañt veľkosti 7 - 8, kým pri štandardných tavbách tento podiel predstavoval len 36 .Tabuľka 2. Výsledky meraní obsahu Si v liatineŠtandardný režim Upravený režimzVsadzka kg 1887165 845304 Spotreba FeSi 75 kg 20665 6804 Priemerný obsah Si 1,4615 1,5125 Merná spotreba FeSi 75 kgtl 1,095 O 0,8049 Relatívne zníženie spotreby FeSi 75 26,5Tabuľka 3. Výsledky meraní obsahu P V liatineštandardný režiml Priemerný obsah fosforu 0,05375 0,05538

MPK / Značky

MPK: C21C 1/08, C21B 5/02

Značky: liatiny, výroby, tavenia, spôsob, oxidů, aditívom, báze, úpravy, hlinitého, kalov

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/9-288397-sposob-upravy-tavenia-liatiny-aditivom-na-baze-kalov-z-vyroby-oxidu-hliniteho.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Spôsob úpravy tavenia liatiny aditívom na báze kalov z výroby oxidu hlinitého</a>

Podobne patenty