Введение к работе
Вопросам повышения качества, сортности алюминия всегда уделялось пристальное внимание как в России, так и за рубежом. Исследования в области разработки мер по снижению количества металлических примесей приобрели особую актуальность при возросшей потребности авиационной, оборонной промышленности, росте производства предприятий выпускающих электропроводный алюминий, увеличении цен на электроэнергию, необходимости производства алюминия с повышенной электропроводностью. Снижение содержания примесей Si, Ті, Fe, Мп и других элементов для многих предприятий, особенно с устаревшим оборудованием, требует существенных затрат, при этом основными мерами являются переход на более качественное сырье (глинозем) и внепечную обработку расплава, что существенно повышает себестоимость алюминия и усложняет технологический процесс. Указанные факторы ставят перед учеными и производственниками задачи по изысканию новых ресурсов и технологий, обеспечивающих минимизацию загрязнения первичного алюминия примесями, в том числе футеровочного происхождения, и снижение его себестоимости.
Значению примесей футеровочного происхождения в формировании качества алюминия и его химического состава начали уделять внимание еще в конце 60-х, начале 70-х годов XX века, причем с акцентом, в основном, на стойкость футеровок эти вопросы были рассмотрены в работах М.М. Рутма-на, В.Н. Сенина, Е.Е. Гришенкова и др. и касались кирпичных футеровок алюмосиликатных составов. Развитие огнеупорной промышленности, появление технологий, позволяющих выполнять монолитные футеровки ковшей и миксеров, разработка связующих и огнеупоров новых поколений потребовали дальнейшей теоретической и практической проработки проблемы взаимодействия футеровок с расплавами первичного алюминия.
Актуальность работы. В современных экономических условиях функционирования предприятий алюминиевой промышленности первостепенной задачей является повышение качества и снижение себестоимости первичного алюминия. Одним из направлений решения этой проблемы является разработка и реализация научно обоснованных подходов к выбору рациональных составов, конструкций и режимов тепловой работы футеровок ковшей и миксеров, обеспечивающих энерго- и ресурсосбережение, повышение стойкости и увеличение срока службы огнеупоров, минимизацию загрязнения расплава металлическими примесями.
Работа выполнена по гранту Министерства образования Российской Федерации «Фундаментальные исследования в области технических наук» № ТОО-5.7-1329, а также в соответствии с перечнем критических технологий Российской Федерации и приоритетными направлениями развития науки, технологий и техники Российской Федерации.
Цель работы. Разработка и внедрение: технологических рекомендаций по минимизации загрязнения алюминия примесями футеровочного происхождения в послеплавочный период:
составов, конструкций и режимов тепловой работы футеровок, обеспечивающих повышение их стойкости;
технологии утилизации отработанных огнеупоров.
Научная новизна.
-
На основе экспериментальных исследований впервые получена количественная оценка загрязнения первичного алюминия Si, Fe и Ті при непосредственном контакте расплава с монолитными, кирпичными футеровками ковшей и миксеров 13 известных и предлагаемых составов.
-
Проведены качественная и количественная оценка влияния температуры, времени контакта, наличия противосмачивающих добавок типа BaS04 и вида связующего на интенсивность химического взаимодействия расплава с футеровками.
-
Разработана технология изготовления монолитных и комбинированных футеровок разливочных ковшей на основе использования лома шамотных огнеупоров с применением связующего нового поколения - водной керамической вяжущей суспензии, определены режимные параметры тепловой подготовки футеровки.
-
Разработаны математические модели тепловой работы футеровок ковшей и миксеров алюминиевого производства для стационарных и нестационарных режимов тепловой работы.
Практическая значимость.
-
Полученные экспериментальные данные по влиянию составов футеровок, температуры и времени контакта металла с футеровкой позволяют прогнозировать изменение химического состава алюминия при транспортировании и обработке в ковшах и миксерах, осуществлять комплексный подход к выбору огнеупоров с учетом их стойкости, стоимости, влияния на качество металла.
-
Разработаны компьютерные программы, реализованные на языке программирования TURBO PASCAL 7.0, позволяющие осуществлять многовариантные прогнозные инженерные и исследовательские расчеты параметров тепловой работы футеровок ковшей и миксеров алюминиевого производства, работающих в стационарном и нестационарном тепловых режимах.
-
Разработана ресурсосберегающая, безотходная технология футеровки ковшей, основанная на использовании боя шамотных огнеупоров бывших в употреблении, позволяющая обеспечить эколого-экономическую эффективность при производстве первичного алюминия без снижения его качества.
Реализация результатов. На базе полученных результатов разработаны составы монолитных футеровок и защитных обмазок, технология их изготовления и нанесения, режимы сушки и разогрева, которые приняты к внедрению в практику эксплуатации двухтонных вакуумных и разливочных ковшей на ОАО «Новокузнецкий алюминиевый завод». Разработанные и реализованные на ПЭВМ математические модели внедрены в учебный процесс, в практику подготовки дипломированных специалистов по направлению 651300 - «Металлургия» при выполнении лабораторных работ, курсового и дипломного проектирования.
Предмет защиты и личный вклад автора. На защиту выносятся:
-
Результаты экспериментальных и теоретических исследований влияния составов монолитных футеровок, температуры и времени контакта с расплавом, антисмачивающих добавок на загрязнение первичного алюминия металлическими примесями Si, Fe и Ті.
-
Результаты экспериментальных исследований по химическому взаимодействию расплава с футеровками различных составов.
-
Технология изготовления монолитных и комбинированных футеровок разливочных ковшей на основе рециклинга лома шамотных огнеупоров с применением связующего - водной керамической вяжущей суспензии.
Автору принадлежит: проведение экспериментов по влиянию различных футеровок на загрязнение расплава металлическими примесями и химическое взаимодействие с алюминием; установление механизмов взаимодействия футеровок различного состава с расплавами алюминия; реализация на ПЭВМ математических моделей стационарной и нестационарной тепловой работы футеровок ковшей и миксеров.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на следующих конференциях: Научно-практической конференции «Взаимодействие образовательных, хозяйственных и административных структур в регионе» (Новокузнецк, апрель 2000г.); Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия на пороге XXI века: Достижения и прогнозы» (Новокузнецк, октябрь 2000г.); VII Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современная техника и технологии СТТ 2001» (Томск, февраль - март 2001г.); III Международной научно-практической конференции «Экономика, экология и общество России в 21-м столетии» (Санкт-Петербург, май 2001г.); Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия: реорганизация, управление, инновации, качество» (Новокузнецк, январь 2002г.); Региональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения» (Новокузнецк, апрель 2002г.); IV Международной научно-практической конференции «Экономика, экология и общество России в 21-м столетии» (Санкт-Петербург, май 2002г.); II Международной научно-практической конференции «Автоматизированные печные агрегаты и энергосберегающие технологии в металлургии» (Москва, декабрь 2002г.); Международной конференции «Технологии и оборудование для производства огнеупоров. Использование новых видов огнеупорных изделий в металлургической промышленности» (Москва, февраль 2004г.).
Публикации. Результаты диссертации опубликованы в 17 печатных работах в центральных журналах и сборниках, из них бстатей.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и приложений. Изложена на 146 страницах машинописного текста, содержит 46 рисунков, 23 таблицы, список литературы из 108 наименований.
Похожие диссертации на Обеспечение заданного качества алюминия в послеплавочный период на основе применения рациональных футеровок ковшей и миксеров
