Переработка промышленных отходов

Технология и оборудование для подготовки металлолома к переплаву

Для использования в различных металлургических агрегатах металлолом необходимо переработать.

Под переработкой отходов металлов подразумевается тех­нологический процесс, в результате которого они приводятся в состояние, пригодное для использования в металлургическом и питейном производствах.

В зависимости от происхождения и состояния металлолома при его подготовке к переплаву используют следующие способы: пиротехнический контроль; сортировку; пакетирование; меха­ническую резку; дробление стружки; переплав; копровое и взрыв­ное дробление; термическое измельчение и др.

Пиротехнический контроль проводится при переработке лома цветных металлов, поскольку они широко используются для про­изводства боеприпасов, авиационной и ракетной техники и их отходы представляют потенциальную взрывоопасность. Проверка производится дважды: предприятием-сдатчиком при сдаче металлолома и предприятием-заготовителем при его приемке. Кроме того, металлолом проверяется непосредственно перед тгрузкой в плавильные агрегаты.

Работы по проведению контроля, транспортированию и обезвреживанию взрывоопасных предметов выполняются спе­циально обученными рабочими под руководством пиротехника. На проведение работ по разделке взрывоопасных предметов, самолетного лома и отходов военной техники администрация предприятия должна выдавать специальные наряды-допуски.

Поскольку сплавы цветной металлургии характеризуются большим разнообразием марок и сложностью химического состава, го вопросы сортировки их отходов приобретают первостепенное значение. Поэтому при переработке отходов цветных металлов производится видовая сортировка. Сведения о химическом составе отходов, их идентификация позволяют выпускать высокока­чественные вторичные сплавы с минимальными затратами.

Видовая сортировка отходов цветных металлов проводится по физическим и химическим признакам: по внешним харак­терным признакам (цвет, характер излома и др.); предметным признакам (наименование деталей); по клеймам маркировки деталей и изделий по ГОСТ, ТУ или заводской марке; результатам химического, спектрального, рентгеновского, радиационною анализа.

Сортировка отходов цветных металлов в цехах, на базах и площадках производится на сортировочных столах, конвейерах или конвейерных линиях, где сочетаются ручная и механи зированная сортировки. При ручной сортировке механизирую! вспомогательные операции: транспортирование, классификацию для выделения примесей и другие.

Для идентификации вида отходов сортировщик используп приборы или визуальный контроль.

Наиболее часто применяют стилоскопы СЛ-11А, СЛ-12 “Спектр” и другие приборы спектрального анализа. Кроме того, используют рентгеновские анализаторы КРАБ-ЗУМ и БАРС-3.

При механизированной сортировке применяются механи зированные столы, сортировочные конвейеры, сортировочные линии.

Механизированный стол (рис. 7.2) применяется для сор­тировки лома и отходов крупностью до 250 мм. Исходный материал краном загружается в приемный бункер 1 стола и цепями, укрепленными в нижней части бункера, равномерно выгружается на вращающийся на опорных роликах 2 стол 3. По окружности стола укреплены лотки 5, в которые сбрасывается рассортированный материал. Материал движется из-за давления лома, находящегося н бункере, и вращения стола. При попадании крупногабаритного лома бункер поднимается винтом, приводимым во вращение электроприводом 4.

Обработка крупнокускового лома цветных металлов с вы­делением железных включений производится на сортировочной линии, изображенной на рис. 7.3.

Исходные металлоотходы из бункера 1 пластинчатым пи­тательным конвейером 2 подаются на сортировочный конвейер 4. При этом они проходят через электромагнитный железо - отделитель 3, который отделяет железные включения и сбрасывает их в короб 5. Питательный и сортировочный конвейеры имею! автономные приводы 6.

Пакетирование — один из наиболее распространенных спо­собов подготовки металлолома. Его применяют для переработки

Листовой обрези, выштамповки, проволоки, бытового лома, метал­локонструкций и т. п.

Для пакетирования металлолома используют пакетировочные прессы отечественного производства. Особенность их работы н том, что прессование одновременно осуществляется в трех плоскостях, в результате чего получают прочные компактные пакеты. Пресс имеет камеру прессования с несколькими плун­жерами, гидравлическую аппаратуру с баком для масла, механизм загрузки камеры. Прессование и пакетирование металлолома приводит к снижению потерь металла на угар в процессе по­следующей плавки.

Модель пресса и его рабочие характеристики определяю! допустимую толщину листа металлолома и параметры пакетон спрессованного лома. Процесс включает следующие операции: загрузку лома в пресс; прессование в различных направлениях; складирование полуфабрикатов (пакетов). Пресс обслуживают кра нами, грузоподъемными электромагнитами и другой механи зированной техникой. Отечественная промышленность выпускаа гидравлические прессы мощностью от 1 до 31,5 МН. Харак теристики некоторых из них приведены в табл. 7.7.

Таблица Технические характеристики некоторых моделей пакетировочных прессов

На рис. 7.4 показана схема пресса Б 1642, применяемого для пакетирования металлолома.

Процесс прессования осуществляется следующим образом. Металлолом краном загружается в загрузочную камеру 6 пресса, откуда поступает в пресс-камеру 2. Крышка 3 закрывается с помощью механизма прижима 4, и лом прессуется. При этом формируется окончательная высота пакета. Затем с помощью механизма поперечного прессования 1 формируется ширина пакета. И, наконец, механизм продольного прессования 7формирует длину пакета. В это время давление в гидросистеме максимально. По окончании прессования включается механизм загрузочного устройства 8 и пакет с помощью механизма 5 выталкивается из камеры. После этого окно выдачи пакета закрывается, и пресс готов к очередному циклу работы.

Для уплотнения крупногабаритного металлолома широко применяются гидравлические пресс-ножницы (рис. 7.5). Пресс - пожницы могут работать как в режиме прессования, так и

Рис. 7.5. Пресс-ножницы гидравлические:

1 — загрузочная камера; 2 — узел подачи материала; 3 — маслостанция; 4 — нож; 5 — гидроцилиндры

» режиме резки. При пакетировании лом с помощью механизма подачи 2 подается в загрузочную камеру 1, где пакет формирует­ся по ширине. Затем металлолом прессуется по вертикали. После формирования пакет с помощью механизма окончательного прессования выталкивается из камеры штемпелем.

При работе пресс-ножниц в режиме резки поперечная стенка камеры, являющаяся ножевой балкой, поднимается, металлолом с помощью механизма подачи перемещается под ножи, при­жимается вертикально перемещающимся штемпелем механиз-

Ма предварительного прессования 5. Резка осуществляется механиI мом реза 7, работающего от гидропривода 8.

В табл. 7.8 приведены характеристики некоторых типов пресс ножниц.

Для окускования металлической стружки применяется брикетирование с помощью брикетировочных прессов, характерце тики которых приведены в табл. 7.9.

Для получения качественных брикетов стружку перед брикс тированием необходимо очистить от посторонних примесей и кус ков металла, а также промыть от масла и смазочно-охлаждающе!! жидкости. Стружку высоколегированных сталей необходимо отжечь для снижения прочности.

Пресс модели Б 6238 для брикетирования стружки показан на рис. 7.6.

Резка металлолома применяется для уменьшения габаритом металлолома. Процесс резки условно можно разделить на три стадии: упругая, а затем пластическая деформации; надрез (сдвш и образование трещины); полное разрушение материала.

Эти стадии сопровождаются изменением характера усилия н процессе резания, а также изменением поверхности раздели

Рис. 7.6. Пресс модели Б 6238 для брикетирования стружки: 1 - станина; 2- главный цилиндр; 3— поршень; 4__ штемпель; 5 — контейнер; 6 — трамбовка; 7 — матрица; 8 — стяжные шпильки, 9 масляный Насос; 10 — вспомогательный цилиндр; 11 — масляный бак

(у пластичных материалов разделение происходит без образования трещины, только за счет сдвига слоев).

Наибольшее влияние на процесс резки оказывают: проч­ностные свойства материала; геометрия, температура и рас­положение разрезаемого изделия по отношению к режущему инструменту; форма и состояние режущего инструмента; величина зазора между ножами; скорость приложения нагрузки (скорость резания); конструкция режущего оборудования (жесткость ста­нины, точность направляющих, наличие опоры и т. д.); величина трения между металлом и режущим инструментом.

Для резки стального проката, труб, армированных сталью кабелей и другого аналогичного металлолома применяются аллигаторные (рычажные) ножницы с усилием резания от 3,15 до 10 МН. В табл. 7.10 приведены характеристики некоторых аллигаторных ножниц.

Резка металлолома на аллигаторных ножницах производится поштучно, а потому они малопроизводительны. Схематическое устройство аллигаторных ножниц изображено на рис. 7.7

Аллигаторные ножницы состоят из подвижной и неподвиж

Рис. 7.7. Схематическое устройство аллигаторных (рычажных) нож­ниц модели Н2230:

/ — станина; 2 — челюсть; 3 — ролик; 4 — опора; 5 — привод; 6 — предохранительное устройство

Ной челюстей, на которых кре­нятся ножи, механизма регу­лирования зазора, опоры, кри­вошипно-шатунного механизма, нрижимного устройства, привода и предохранительного устройства.

Механический привод со­стоит из маховика, клиноре­менной и зубчатой передач.

Кривошипно-шатунный механизм преобразует вращательное дви­жение коленвала в качательное движение подвижной челюсти. Прижимное устройство предназначено для удержания разрезае­мого металлолома в процессе резки. Ролик служит для подачи металлолома на резку под нож.

Представляют интерес передвижные (на колесном шасси) аллигаторные ножницы с гидравлическим приводом.

Более совершенны гидравлические (гильотинные) ножницы. В различных конструкциях гильотинных ножниц применяются схемы режущей части, изображенные на рис. 7.8.

При использовании конструкции с одним режущим ножом (а) в процессе резки возникает крутящий момент, стремящийся развернуть изделие. Поворот разрезаемого изделия можно предотвратить путем его прижима к станине (к неподвижному ножу 2). При конструктивном решении по типу (б) за одно движение подвижного ножа 1 получаются два среза, а необходимость в прижатии разрезаемого лома к станине отпадает.

Гидравлические ножницы (рис. 7.9) представляют собой агрегат, состоящий из станины, загрузочного и подающею устройств, механизмов прижима и реза, гидро - и электропривод;! Конструкция ножниц позволяет резать металлолом порциями, объем которых определяется емкостью загрузочного устройств.! Процесс переработки металлолома на гидравлических ножницах состоит из следующих операций: подготовки лома (отборп кусков, не подлежащих резке); загрузки лома в ножницы; резки лома; сортировки нарезанных кусков по габаритам. Ножницы работают совместно с мостовым краном, оборудованным полип грейфером или электромагнитом.

Принцип работы ножниц состоит в следующем. Лом за гружается в загрузочный короб 7, который после заполнения поворачивается с помощью гидропривода. Из него лом высыпается в загрузочный желоб 2. Затем механизмом подачи 3 металлолом

Передвигается по желобу в ножницы. Величина хода ползуна механизма подачи регулируется с пульта управления. Перед срабатыванием режущих ножниц лом уплотняется с помощью механизма прижатия 4, который удерживает лом во время резки. 11осле срабатывания механизма резки 5 нарезанный металлолом надает в приемный бункер, откуда убирается краном. В это время шгрузочный короб заполняется следующей порцией металлолома. Для облегчения процесса резки загрузочный желоб гидравлических ножниц оборудован крышкой, кроме того, ножницы снабжены механизмом предварительного смятия металлолома 6.

Технические характеристики некоторых различных моделей шдравлических (гильотинных) ножниц представлены в табл. 7.11.

Кроме ножниц различного типа для механической резки лома цистных металлов применяют пилы.

В зависимости от вида режущего инструмента различают пилы иисковые и ножовочные. Дисковые пилы применяются с подвижным (салазковые и маятниковые) и стационарно уста­новленным вращающимся диском (рис. 7.10).

У салазковых пил привод диска расположен на подвижной раме с направляющими (салазками). Жесткость направляющих станины и самих салазок исключает боковое биение диска, что инляет

1’ие. 7.10. Дисковые пилы: а — салаз - копые; б— маятниковые; в — стацио­нарные

У маятниковых дисковых пил привод диска расположен ни раме-маятнике, совершающей возвратно-качательные движения В салазковых и маятниковых пилах отходы неподвижно крепятся на столе, а вращающаяся пила подается на разрезаемые отходы.

На пилах со стационарно установленным диском отходы при резке подаются под вращающийся диск.

Дробление вьюнообразной стальной стружки осуществляется на стружкодробильном агрегате (рис. 7.11). Стружка загружается с помощью крана порциями по 200—300 кг в разрывное устройств где происходит ее разрыхление и предварительное дробление

Рис. 7.11. Стружкодробильный агрегат модели СДА-7:

/ — ленточный транспортер; 2 — молотковая дробилка; 3 — молоток;

4 — ловушка

После этого стружка с помощью ленточного транспортера 1 подается в молотковую дробилку 2, а оттуда дробленая стружка с помощью другого транспортера подается в сборочный контейнер.

Иногда с целью подготовки к утилизации стружки из ле-

Iированной высокопрочной стали используют переплав. Процесс осуществляется в дуговых печах небольшой емкости от 1,5 до 5,0 т И результате переплава получают слитки усредненного состава.

Для дробления отходов цветных металлов получили рас­пространение молотковые, роторные, ножевые, щековые и виб - рощековые, конусные и конусно-инерционные, валковые и другие пробилки, а также мельницы.

Часто отходы (особенно в виде конкретных изделий) имеют сложное конструктивное исполнение, когда соединены в единое целое детали из различных материалов: полимеров, металлов, стекла и др.).

Для разделки таких отходов целесообразно применять криогенную технологию, поскольку различные материалы по­ртному реагируют на охлаждение и последующее нагружение.

Стали и полимеры при понижении температуры в условиях ударного нагружения проявляют склонность к хрупкому раз­рушению, а алюминий, медь, свинец сохраняют пластичность и имжость. Поэтому при измельчении этих материалов в условиях

Iиубокого охлаждения поведение их различно: стали, полимеры,

Резины — измельчаются, а цветные металлы — не измельчаются После дробления смесь разделяется с помощью классификации или сепарации. Таким способом можно перерабатывать смс шанный лом черных и цветных металлов, а также лом кабельных изделий.

Для охлаждения отходов используют турбохолодильные машины (ТХМ), которые обеспечивают температуру рабочей среды (воздуха) (—100)—(—120) °С. Для более низкого (крио генного) охлаждения отходов используют жидкий азот.

Удельная себестоимость получения холода достаточно вы сока, особенно при использовании жидкого азота. Для снижения затрат на охлаждение отходов используют последовательное применение ТХМ и жидкого азота.

Время охлаждения отходов зависит от плотности их укладки в камере, условий обдува, начальной температуры металла и температуры охлаждающего воздуха.

Производительность технологической линии охлаждения отходов определяется в основном холодильной установкой.

Копровое дробление применяется для переработки крупногаба ритного массивного стального или чугунного лома и скрапа. При этом способе используются мощные копровые установки, ха­рактеристики которых приведены в табл. 7.12. Схематически копровые установки различных типов показаны на рис. 7.12, 7.13.

І’ис. 7.12. Эстакадный копер:

/ - копровая баба; 2 — і рузоподъемный элек­тромагнит; 3 — крано - иая тележка; 4 — бой - иый мостовой кран; 5 — мостовой кран для пода­чи и уборки лома; 6 — шабот; 7 — фундамент; .V — железобетонная за­щитная стенка; 9 — за­грузочное окно; 10 — пальная защитная стенка

Эстакадные копровые установки имеют загрузочную эстакаду, по которой перемещается мостовой кран, бойное место и второ!! ярус с перемещающимся по нему бойным краном. Подача лома п удаление готовой продукции с бойного места осуществляется мостовым краном. Подъем и сбрасывание копровой бабы про изводится бойным краном. Установка монтируется на специальном фундаменте и имеет обшивку, ограничивающую разлет осколкон, образующихся при дроблении.

В зависимости от вида измельчаемого лома загрузка бойного места производится поштучно (крупные изложницы) или пор циями (тонкостенное литье). .

Энергия, расходуемая на дробление на копровой установке, зависит от массы и формы копровой бабы, а также высоты ее падения. Существенное влияние на эффективность измельчения оказывает форма бабы. Наиболее оптимальна грушевидная кои ровая баба с плоским дном.

Копровые бабы изготавливают из стали, содержащей 0,1­0,2 % углерода, и термически закаливают. Долговечность копровых баб невелика (до 6000—7000 т измельченного металлолома). Болес долговечны копровые бабы, изготовленные из стали, содержащей 12—18 % марганца.

Помимо копровых установок для дробления чугунного лома используются гидравлические прессы (УРИСК), снабженные манипулятором (рис. 7.14).

Манипулятор перемещается по рельсовым путям и осу­ществляет захват изложницы, транспортировку ее к прессу, установку и фиксацию изложницы в рабочем положении, вра­щение ее вокруг вертикальной оси и перемещение ее вдоль и поперек продольной оси пресса. Изложница устанавливается с помощью грузоподъемного механизма в зону действия ма­нипулятора 4 и захватывается им. После этого манипулятор, установленный на грузовой тележке 6, захватывает изложницу и перемещает ее к прессу 1. Подвижный клин 2 перемещается по направлению к изложнице, движение которой ограничивается упором 3. В результате от изложницы откалывается кусок стенки. Манипулятор поворачивает изложницу и подводит к упору другую ее стенку. Подвижный клин вновь перемещается до упора и изложницу и отламывает от нее кусок другой стенки. Процесс повторяется несколько раз. Оставшаяся неразломанной часті.

И шожницы транспортируется на разламывание на копровую ус­тановку.

Использование гидравлических прессов для разделки чугунных и чложниц позволяет исключить тяжелый ручной труд и повысить производительность оборудования.

Для переработки крупных стальных и чугунных массивов используют взрывное дробление, которое осуществляют во взрывной н ме. Этот способ требует специальных навыков, т. к. использует материалы и технологию повышенной опасности.

Взрывная яма представляет собой бронированное сооружение с мощной крышкой. В металлических массивах высверливают шпуры (отверстия), в которые закладывают заряды. Измельчение металла происходит за счет энергии взрыва заряда.

Взрывом осуществляется предварительная разделка лома. Для дальнейшего измельчения применяют копровые установки.

При проведении взрывных работ необходимы: тщательное соблюдение технологии проведения работ; правильный выбор и расчет мощности зарядов; обеспечение мер безопасности; при вильное транспортирование и хранение взрывчатых веществ.

Работы должны осуществляться специально обученнымн людьми, имеющими документы на право ведения взрывных рабсп

Для взрывания металлолома используют бризантные взрым чатые вещества (тринитротолуол, ТЭН, гексоген, их смеси и неко торые другие).

Разнообразие форм лома, подлежащего измельчению, при вело к разработке различных методов ведения взрывных раб<н Массивный лом, например валки, взрывают шпуровыми зарядами Относительно тонкостенный лом (маховики, станины) взрывани накладными зарядами.

Пустотелый лом (изложницы) взрывают вложенными или подвесными зарядами с использованием воды (гидровзрын) Данный способ осуществляется следующим образом. Отходи изложниц помещают внутри специального металлического ре зервуара, который заполняется водой. Таким образом, вода находится не только внутри изложницы, но и снаружи ее; прп этом вода в резервуаре служит упругой средой, воспринимающей давление ударной волны. Это позволяет: увеличить выход габа ритных кусков отходов; уменьшить расход взрывчатых вещестм; снизить сейсмичность процесса; устранить опасный разлет куском отходов.

Способ фрагментирования с применением энергии взрыва м водной среде используют также для переработки отходов с резки отличающимися пластическими и прочностными свойствами компонентов, например сростков металл—стекло.

На рис. 7.15 показана схема устройства взрывной ямы для подрыва изложниц в воде.

Стены и основание 1 взрывной ямы изготовлены из желе зобетона и имеют толщину 0,8—1,4 м. Стальные плиты (3, 5, 6), имеющие толщину 10—30 см, крепятся болтами 4. Гашение удар ной волны осуществляется деревянными балками 2, вместо ко торых возможно применение резиновых прокладок (резиновой крошки) или песчаной засыпки. Для откачки воды по трубе К) предназначен насос 9. Заряд подвешен в изложнице 11.

Термическое измельчение металлолома заключается в местном расплавлении кусков лома. Различные термические методы измельчения делятся на: кислородную резку; плазменную; кислородно-дуговую и шпурение с помощью кислородного копья.

Наибольшее распространение получила газовая резка, которая используется для разделки лома из нелегированных и низколегированных сталей, имеющего толщину до 500 мм. В частности, широко применяют газовую резку для разделки антомобилей, судов, вагонов, контейнеров, рельсов и другого крупногабаритного лома. Процесс газовой резки состоит из трех стадий: подогрева металла в газовом пламени до температуры иоспламенения, окисления (сгорания) металла в кислородной струе и выдувания кислородной струей жидких продуктов из зоны резки.

Для разогрева металла ацетилено-кислородное пламя на­правляют на поверхность металла, а после разогрева до температуры около 1150 °С через мундштук горелки подают кислород, в результа - 1С чего металл начинает интенсивно окисляться. Продукты химической реакции окисления расплавляются, а нижележащие слои металла нагреваются до температуры воспламенения.

При больших толщинах металла расход кислорода велик так как он необходим не только для окисления металла, но и для выдувания продуктов горения и расплавленного металла и I разреза.

Газовую резку нельзя применять для разделки высоколс тированных стальных изделий, так как присутствующие в пн составе легирующие элементы образуют в результате окислении тугоплавкие оксиды, которые не поддаются плавлению при температурах, достигаемых при газовой резке (около 1600 ”( ')

Для измельчения лома из легированных сталей применяю! плазменную резку, которая позволяет измельчать лом с толщиноИ стенок до 150 мм.

Плазменная струя образуется за счет возникновения электри ческой дуги в газовом потоке. Газ подогревается дугой до такою состояния, что его молекулы частично ионизируются. Энергин образующейся плазменной струи складывается из энергии дуги и энергии, накопленной плазмой.

Температура в ядре плазмы достигает 30000 °С, что приводит к мгновенному расширению газа, выходящего вследствие этого из мундштука плазменного резака с очень высокой скоростью.

Схема установки для плазменной резки показана на рис. 7.16.

Вольфрамовый электрод 1 присоединен к отрицательному полю­су источника постоянного тока 2, медный корпус мундштука 3 присоединен к положительному полюсу. К нему же присоединен измельчаемый кусок лома 4. Электрическая дуга создается генерато­ром 5 вследствие высокого напряжения между катодом и мундштуком. Ча счет возникновения электрической дуги в газовом потоке обра­зуется плазменная струя 9. Дуга ионизирует выходящий из мундштука газ 10 , поданный через штуцер 6.

Мундштук предохраняется от расплавления охлаждающей во­дой, подаваемой через штуцер 8. При сближении плазменного резака с куском лома дуга переходит на последний за счет создания с помощью сопротивления 7 более высокого напряжения между шектродом и ломом.

Кислородно-дуговую резку применяют реже, но она также позволяет измельчать лом из легированных сталей. Правда, толщина стенок такого лома не должна превышать 80 мм. Для создания дуги используется постоянно плавящаяся проволока, служащая в качестве отрицательного электрода, а положительным электродом является металлолом.

Сущность процесса шпурения кислородным копьем (рис. 7.17) состоит в постоянном сжигании в кислородном пла­мени стальной трубы, по которой подается газ (копье). Для создания кислородного копья используют стальные трубы с внутренним диаметром 3 и 6 мм.

Резка цветного металлолома огневыми методами сопровождаете» большими потерями металла, имеет низкую производительность и относится к работам повышенной опасности. Она применяется и основном для фрагментирования крупногабаритных отходом (самолетный лом, гребные винты и т. п.) при таких объемах переработки, когда применение других методов экономически нецелесообразно.