способ брикетирования металлической стружки

Формула изобретения

Способ брикетирования металлической стружки, включающий ее дробление, механическое отжатие от смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), нагрев и горячее прессование, отличающийся тем, что металлическую стружку с заданным содержанием СОЖ 3-6% и плотностью засыпки 700-1000 кг/м³ нагревают до температуры 670-690°С со скоростью 7-9°С/мин в атмосфере пиролиза паров масла, осуществляемого в замкнутом пространстве с соотношением длины к ширине нагреваемого слоя, равным 5-8:1, после чего в нагретую стружку подают холодный металлический шлам с заданным содержанием СОЖ 2-5% в количестве 5-25% от массы смеси.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при подготовке стружковых и шламовых отходов металлообработки к металлургическому переплаву.

Известен способ холодного брикетирования стальной стружки [1], включающий ее дробление, механическое отжатие от смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), перемешивание с очищенным и обезвоженным шламом и прессование стружко-порошковой смеси. Соотношение стружки и шлама в брикете определяется коэффициентом заполнения брикета порошком, величина которого зависит от пластических свойств стружки, т.е. от ее способности создать плотный каркас для удержания шлама.

Недостатком способа является то, что он не применим к прессованию малопластичной труднодеформируемой стружки, которая после деформации в холодном состоянии восстанавливает свои форму и размеры. Брикеты имеют низкую прочность и разрушаются при транспортировке и загрузке в сталеплавильную печь. Шихтовые материалы загрязнены маслом. Имеет место большой угар металла при переплавке брикетов.

Известен способ изготовления горячих брикетов, заключающийся в нагреве металлосодержащего порошка до 250°С, продувке через него газообразного окислителя для повышения температуры до 650°С и последующего брикетирования [2]. Недостатком способа является то, что он применим только для брикетирования сухих шламов и не применим для шламов, содержащих СОЖ, которые при нагреве и продувке окислителем инициируют процесс быстрого окисления металла.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ горячего брикетирования стальной стружки [3 - прототип], согласно которому стружку подвергают дроблению, холодному прессованию, нагреву на воздухе до температуры горячей деформации и горячему деформированию. Предварительное холодное прессование стружки проводят с целью получения плотного брикета, способного противостоять внутреннему окислению при последующем нагреве и допрессовке.

Стружку нагревают в две стадии. Вначале осуществляют нагрев до 250-350°С со скоростью 10-20°С/мин для удаления влаги и разложения масла на летучие составляющие и свободный углерод. Затем температуру повышают до 700-800°С со скоростью 25-35°С/мин. При этом стружку предохраняет от окисления свободный углерод в виде твердых сажистых отложений на поверхности.

К недостаткам известного способа следует отнести малый защитный эффект атмосферы термодеструктируемой масляной фазы СОЖ на металле из-за неудачно выбранного температурного режима. При длительном нагреве в области температур 300°С в спрессованном брикете происходит возгонка масляной фазы и ее удаление на поверхность, где при контакте с воздухом она сгорает, т.е. безвозвратно теряется. При более высоких температурах (500-800°С) происходит разложение остатков масла с последующим обезуглероживанием и окислением слабозащищенного поверхностного слоя металла.

Способ не позволяет осуществлять брикетирование стружки малопластичных высокоуглеродистых или высоколегированных сталей, например, шарикоподшипниковой, пружинной или инструментальной. Стружка этих сталей не поддается предварительному холодному прессованию. При нагреве на воздухе в некомпактированном виде она окисляется. Мелкая стружка размером менее 1 мм с высокой удельной поверхностью активно сгорает, что препятствует введению в состав шихты шлифовальных, заточных, опиловочных и обкатных шламов.

Задача, решаемая данным изобретением, состоит в повышении качества брикетов и универсализации процесса горячего брикетирования стружки. Поставленная задача решается тем, что предлагаемый способ брикетирования металлической стружки, включающий дробление, механическое отжатие от СОЖ, нагрев и горячее прессование, отличается тем, что металлическую стружку с заданным содержанием СОЖ 3-6% и плотностью засыпки 700-1000 кг/м³ нагревают до температуры 670-690°С со скоростью 7-9°С/мин в атмосфере продуктов пиролиза паров масла, осуществляемого в замкнутом пространстве с соотношением длины к ширине нагреваемого слоя, равным 5-8:1, после чего в нагретую стружку подают холодный металлический шлам с заданным содержанием СОЖ 2-5% в количестве 5-25% от массы смеси.

Пример 1. Токарную стружку шарикоподшипниковой стали ШХ15 с исходным содержанием СОЖ (сульфофрезола) 15-20% после дробления на фракции 20-30 мм подвергали центрифугированию при частоте вращения ротора центрифуги 470 об/мин и диаметре барабана 1,12 м. Остаточное содержание СОЖ составляло 4,5%. Шлифовальный шлам той же марки стали с исходным содержанием СОЖ (эмульсола) 40-60% отстаивали на наклонной площадке в течение 3-4 дней, после чего содержание эмульсола понижалось до 10-15%. После отжатия на гидравлическом прессе под давлением 100 МПа содержание эмульсола составляло 3,5%.

Стружку нагревали в стальном муфеле вертикальной проходной газовой печи с плотностью засыпки 850 кг/м³ в атмосфере пиролитического разложения масляной СОЖ. Отношение длины зоны нагрева к внутреннему диаметру муфеля было равным 6,5. Параметры нагрева: температура стружки на выходе из печи 680°С, скорость нагрева 8°С/мин. Производительность печи и спаренного с ней пресса 2200 кг/час.

По окончании нагрева в стружку подавали при перемешивании холодный шлам. Количество шлама дозировали из расчета 15% от массы смеси. Смесь прессовали на гидравлическом прессе при температуре 600°С и давлении 360 МПа. Получали брикеты со следующими параметрами: диаметр 150 мм, высота 80-100 мм, плотность 6 г/см³, осыпаемость 2,0%, Содержание свободного углерода 0,6%. Поверхностное и внутреннее окисление брикетов отсутствовало.

Остальные примеры осуществляли согласно примеру 1. Результаты испытаний и режимы осуществления представлены в таблице.

Содержание масла в стружке в количестве 3-6% необходимо для создания надежной защитной атмосферы при нагреве. Нехватка масла (менее 3%) приводит к окислению брикетов (пример 5). В условиях отсутствия защитной атмосферы выделившийся в небольшом количестве углерод выгорает. Излишки масла (свыше 6%) приводят к увеличению длительности процесса возгонки масла в печи и снижению ее производительности.

Выходу защитных газов из замкнутого пространства препятствует сопротивление нагреваемого слоя стружки. Чем больше насыпная плотность стружки и отношение высоты слоя к размеру его поперечного сечения, тем выше сопротивление. Чем больше эти параметры, тем выше "живучесть" атмосферы и тем эффективнее процесс сорбции защитной пленки на поверхности стружки.

Таблица Результаты испытаний и режимы осуществления способа
Номер примера	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Температура нагрева на выходе из печи, °С	680	670	690	690	660	700	680	680	800
Содержание СОЖ в стружке, мас.%	4,5	3	6	6	2	7	4,5	4,5	15
Отношение длины рабочей зоны печи к внутреннему диаметру муфеля, L/D	6,5	5	8	8	4,5	8,5	6,5	6,5	-
Плотность стружки, кг/м	850	700	1000	1000	650	1050	1000	850	-
Скорость нагрева, °С/мин	8	9	7	7	10	6	8	8	до 300°С - 20 от 300 до 800°С - 25
Содержание СОЖ в шламе, мас.%	3,5	5	2	3	6	-	3,5	3,5	-
Содержание шлама в брикете, мас.%	15	25	5	10	30	-	15	15	-
Плотность брикета, г/см	6,4	5,7	6,2	6.5	5,0	6,2	6,3	6,4	6,1
Прочность, определяемая как осыпаемость после трехкратного сбрасывания брикета с высоты 1 м на бетонную плиту, % по массе	1,5	3,0	1,5	1,5	7,2	4,0	2,5	1,5	12
Содержание свободного углерода в брикете, мас.%	0,6	0,5	0,7	0,7	0,3	0,2	0,6	0,6	0,1
Содержание оксидов железа в поверхностном слое, мас.%	нет	нет	нет	нет	5,0	5,0	нет	нет	40

Примеры 1 - 6,9 осуществляли на стали ШХ15; 7 - на стали Р6М5; 8 - на стали 45; 9 - прототип.

Как видно из примеров 1-4, полная защита стальных брикетов от окисления при температурах нагрева стружки 670-690°С обеспечивается при содержании в них свободного углерода не менее 0,5%. Это достигается при скорости нагрева 7-9°С/мин, плотности стружки 700-1000 кг/м ³ и отношении длины нагреваемого слоя к его ширине, равном 5-8:1. В случае, если значения данных параметров становятся ниже нижних пределов (пример 5), скорость нагрева превышает верхний предел 9°С/мин. Живучесть углеводородной атмосферы оказывается низкой, процесс защиты кратковременным. Брикеты начинают окисляться. При превышении верхних пределов (пример 6) скорость нагрева становится меньше своего нижнего предела 7°С/мин. Длительность нагрева увеличивается. Защитная атмосфера улетучивается до выхода стружки из печи. Металл обезуглероживается и окисляется.

Плотность брикетов равна 5,7-6,5 г/см³, а прочность соответствует требованиям ГОСТа 2787-86 (осыпаемость не более 3%). Повышение температуры нагрева стружки свыше верхнего предела 690°С/мин не приводит к существенному увеличению качества брикетов. При этом вероятность окисления наружного пористого слоя брикетов возрастает. Снижение температуры нагрева ниже нижнего предела 670°С/мин приводит к недопрессовке брикетов. Их осыпаемость превышает 3% (пример 5).

Наименьшее значение плотности брикетов 5,7 г/см³ получено при подаче в стружку 25% шлифовального шлама (пример 2). Это объясняется тем, что удельный вес абразивных включений шлама меньше удельного веса стали. Поэтому, чем больше шлама в брикетах, тем меньше их плотность. Добавка в стружку свыше 25% шлама (пример 5) приводит к получению брикетов низкой плотности 5 г/см³. Их осыпаемость превышает норму 3%. Наибольшее значение плотности 6,5 г/см³ получено при подаче в стружку 10% безабразивного опиловочного щлама (пример 4). Брикеты, спрессованные под давлением 360 МПа с наименьшим содержанием шлама 5%, имели плотность 6,2 г/см (пример 3). Уменьшение содержания шлама в брикете ниже 5% экономически нецелесообразно.

По сравнению с прототипом предложенный способ позволяет получать более качественные брикеты. Пористый поверхностный слой брикетов надежно защищен от окисления: снижена температура нагрева стружки и введена надежно контролируемая и регулируемая защитная атмосфера. Контакт газа с металлом более продолжителен. Процесс выделения защитного слоя идет на протяжении всего периода нагрева до температур 670-690°С.

Предложенный способ позволяет брикетировать стружку малопластичных труднодеформируемых сталей: шарикоподшипниковой, инструментальной и др., а также получать брикеты с добавками порошкообразных шламов: шлифовальных, обкатных, опиловочных, заточных и т.д. (примеры 1-8).

Использование в составе шихтовых материалов шламов, вывозимых до этого в отвал, существенно снижает себестоимость процесса брикетирования стружки. При этом решается экологическая проблема утилизации этих отходов. Химический состав шлама, может отличаться от химического состава стружки. Его подбирают при определении состава шихты.

Источники информации

1. Авт. свид. СССР №1375475, кл. В 30 В 9/32. Способ брикетирования металлической стружки. Бюл. изобр. №7, 1988.

2. Патент ЕПВ №0097292, кл. С 22 В 1/24. Способ и устройство для изготовления горячих брикетов без связующего. Бюл. №1, 1984.

3. Авт. свид. СССР №1253735, кл. B 22 B 3/14. Способ переработки металлической стружки. Бюл. изобр. №32, 1986 - прототип.