ПРЕДПОСЫЛКИ СПОСОБА.

Оцинкованный лом как правило  закупается металлургическими компаниями со значительной скидкой (дисконтом) по сравнению с стальным ломом. Связано это с  дополнительной необходимостью  при переработке такого лома улавливать ядовитые высокоактивные пары цинка согласно  экологических и  технологических нормативов.

Таким образом, существует большой интерес к разработке экономичного способа удаления цинка из оцинкованного лома для целей возврат цинка в технологический процесс  и реализация очищенного лома  без дисконта на цинковое покрытие.

Анализ предлагаемых способов решения в открытой печати показал, что основной вектор решения проблемы направлен в сторону развития гальванических, электролитических и химических способов, таких как: растворение цинка травильными растворами, растворение раствором карбоната аммония, растворение цинка каустической содой, восстановление в виде хлорида цинка,  ускорение удаления цинка окислителями, удаление с помощью электролиза в едком электролите.

Такие решения эффективны на  небольших разовых товарах, но совершенно не подходят для промышленной утилизации, когда по объёму работ бракуются целиком стальные рулоны с не качественным оцинкованным покрытием.

При этом  хочу подчеркнуть, что на данный момент ни один процесс очистки  стального листа от цинкового покрытия не переведен в реальную производственную сферу.

Для понимания объёма работ и визуализации количества цинкового покрытия можно провести небольшой эксперимент, показывающий бесперспективность развития гальванических, электролитических и химических способов массового производства.

Газовой горелкой нагреваем небольшое пятно оцинкованного стального листа до температуры плавления цинка и скребком счищаем с него цинк.  Визуализируется достаточно большой объём цинка для маленького пятна. А теперь умножим его в тысячи и десятки тысяч раз  и поймём бесперспективность гальванических, электролитических и химических способов. Они заключаются в технологиях сначала растворить, затем обратно выделить такой объём цинка с больших площадей. Количество энергии, химических реагентов и их рециркуляция обесценивают все выше предлагаемые гальванические, электролитические и химические способы утилизации цинковых покрытий.

СУЩНОСТЬ СПОСОБА.

Способ предполагает одновременное сверх высокотемпературное и кинетическое  воздействие на обе поверхности оцинкованного стального листа  внутри  детонационной камеры продуктами детонационного горения со скоростями уровня 2000м/с и температурой во фронте уровня  3000°С.Такое воздействие совмещает сразу два технологических этапа:  сверхвысокоскоростной нагрев цинкового покрытия до жидкого состояния и одновременный перевод его в аэрорированное состояние (сдувание) с последующим улавливанием продуктов аэрорирования (цинка) классическими способами.

На технологиях улавливания аэрорированного цинка останавливаться не будем. Такие аспирационные установки широко  известны и в конструктивном плане давно отработаны.

ОПИСАНИЕ СПОСОБА

          Удаление оцинкованного покрытия с поверхности стального листа продуктами детонационного горения  достигается в результате:

— одновременного сверхвысокоскоростного детонационного нагрева поверхностей стального листа  с обоих сторон до температур плавления цинка .

— одновременного воздействия на расплав  кинетической энергией продуктами детонационного горения топливовоздушной смеси .

— импульсного периодического следования волн детонационного горения. При этом энергетическая эффективность способа зависит непосредственно от частоты следования .

Основой способа удаления цинкового покрытия является детонационная горелка, которая способна обеспечить высокоэнергетические, высоко кинетические, следующие друг за другом потоки волн детонационного горения для заявленных целей.

Конструктивные решения детонационных источников энергии под заявленные цели выбираются на основании рациональной классификации всех возможных и будущих источников детонационного горения, которая заявлена в  главе 6 настоящей книги.

          Схематически реализация способа очистки стального листа от цинкового покрытия представлена на рис. № 8.18.1.

Рис. № 8.18.1. Детонационный термокинетический способ очистки стального листа от цинкового покрытия

Стальной лист перемещается внутри и поперёк оси трубчатой камеры детонационного воздействия. Трубчатая камера с одной стороны соединена с выходной частью детонационного источника энергии (высокочастотной детонационной горелки). С другой стороны трубчатая камера соединяется с аспирационной установкой, например, мокрого улавливания. Для продолжительной работы в условиях промышленного производства трубчатая камера должна быть оборудована водоохлаждаемым кожухом (на рисунке не показан).

Такое конструктивное исполнение позволяет сформировать в локализованной  габаритами трубчатой камере, с обеих сторон стального листа —  два идентичных высокотемпературных и кинетических  потока продуктов детонационного горения от  источника детонационной энергии (горелки).

Необходимо отметить особенность распространения волны детонационного горения:

В импульсном режиме одна волна детонационного горения распространяется со скоростями уровня 2000 м/с и температурой во фронте уровня  3000°С. В единичных импульсах такие сверхвысокие температуры с точки зрения нагрева поверхности оцинкованного стального листа нивелируются сверхзвуковой скоростью распространения. Т.е. одной волной детонационного горения нагреть поверхность стального листа до температур плавления цинка невозможно. Здесь нужно использовать следующие друг за другом в импульсном режиме волны детонационного горения. Это может быть достигнуто, например, классическими трубчатыми детонационными источниками энергии.

Классические трубчатые источники волн детонационного горения хороши для проведения опытно-конструкторские работ для целей подтверждения заявленного способа удаления цинкового покрытия, работа которого представлена на рис. № 8.18.2.

Рис. № 8.18.2.  Размещение стального листа в волне детонационного горения.

Как уже было заявлено выше  — трубчатые источники энергии хороши, но обладают существенным недостатком. Это низкая частота следования волн детонационного горения, ограниченная 100 Гц. В случае обязательной продувки камеры детонационного горения между импульсами – частота уменьшается до 20-50 Гц.

Наиболее перспективное решение в заявленном способе видится применение квазиимпульсных детонационных источников энергии, способных обеспечить частоты следования волн детонационного горения уровня 1 кГц, которые достаточно подробно изложены в 6 главе настоящей книги.

Например,  полусферическая детонационно-резонансная горелка, согласно рис. № 8.18.3.

Рис. № 8.18.3.  Детонационно-резонансная полусферическая горелка для заявленных целей

          Для примера, в главе 6 настоящей книги  представлены различные типы спиновых источников детонационного горения с механическими и электромагнитными системами клапанов управления детонационного горения.

Такие источники волн детонационного горения работают  на частотах 1-10 кГц, что вполне достаточно для промышленной очистки оцинкованного стального листа  от цинкового покрытия.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ

Для приблизительной оценки эффективности заявленного способа предлагается  вариант для случая использования простейшего трубчатого детонационного источника энергии, работающего на частоте следования волн детонационного горения в 100 Гц.

— Камера детонационного воздействия представляет собой трубу с внутренним диаметром 0,1 м и длинной 1.5 метра (ширина стального листа).

— Объём камеры детонационного воздействия 0,0078 м3. Для такого объёма нужно 0,004 м3 газа для одного импульса детонационного горения.

— Две очищаемые поверхности  стального листа, расположены внутри трубы и  имеют общую площадь – 0,3 м2.

— Стальной лист, например,  оцинкован по классу П с двух сторон слоем в 60 микрон и имеет общее значение массы цинка при пересчёте на площадь  в  0,3 м2 — 256 грамм.

— Установим, что каждый импульс следования волны детонационного горения нагревает поверхность стального листа на 2 градуса. Для нагрева поверхности стального листа до температур плавления цинка в 420 градусов нужно 210 волн детонационного горения, и это примерно 2.1 секунда работы с частотой следования волн детонационного горения —  100 Гц. Также дополнительно необходимо по времени работы примерно 1- 2 секунды для кинетического перевод поверхностного расплава цинка в аэрорированное состояние (сдувание). Время аэрорирования должно быть точно установлено экспериментальным путём для предотвращения сгорания цинка во взвешенном состоянии. Технологии аспирации рассматривать не будем.

— На основании выше изложенного можно утверждать, что источник волн детонационного горения должен работать с частотой в 100 Гц и продолжительностью 5 секунд.  Этого времени работы и количества импульсов достаточно, чтобы полностью аэрорировать весь цинк массой в 256 грамм с поверхности стального листа площадью  0,3 м2. Время работы в 5 секунд обеспечат 2 м3 газа при цене за  1 м3- 25 рублей.

Таким образом цинковое покрытие с площади в 1 м2 стального листа в количестве 768 грамм аэрорируется за 15-20 секунд при основных затратах в 150 рублей на газ (вопросы аспирации не рассматриваются).

ВЫВОД

— Заявленный способ  является полной противоположностью предлагаемым на современном этапе гальваническим, электролитическим и химическим способам утилизации больших объёмов цинковых покрытий, которые в условиях крупного промышленного производства  для удаления цинкового покрытия с больших площадей не эффективны.

— Способ позволяет утилизировать (удалять) большие объёмы бракованной продукции производства оцинкованного листа до первоначального стального рулона до покрытия.

— Утилизация цинка происходит наиболее оптимальным способом с точки зрения экономических и временных затрат.

— Наиболее перспективно для заявленных целей  использование спиновых детонационных источников энергии с механическими и электромагнитными системами клапанов управления детонационного горения.

— Реализация на металлолом  очищенного таким способ рулона стального листа осуществляется без значительного дисконта на цинковое покрытие.

— Появляется возможность непосредственно вернуть очищенный рулон стального листа обратно для повторного горячего оцинкования.

— Правильность идеи подтверждается практическими работами на простом детонационном стенде, рис. № 8.18.4.

Рис. № 8.18.4. Стенд исследования воздействия волн детонационного горения на цинковое покрытие стального листа.