Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ
1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ВТОРИЧНОГО АЛЮМИНИЯ
1.1 Тенденции развития ресурсной базы производства алюминия в России и за
рубежом 7
1.2 Техника и технологии металлургии вторичного алюминия 14
1.3 Традиционные методы переработки алюминиевых шлаков 27
1.4 Перспективы создания технологий получения вторичного алюминия из низкосортных алюминий содержащих отходов 38
1.5 Цель и задачи исследования 46
2 МАТЕРИАЛЫ, МЕТОДИКИ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ СВОЙСТВ АЛЮМИНИЙСОДЕРЖАЩИХ ШЛАКОВ
2.1 Алюминий содержащие шлаки, их свойства и классификация 48
2.2 Изучение процессов плавления шлаков в лабораторных условиях 55
2.3 Математические модели процессов теплообмена в роторных наклонных печах 75
2.4 Выводы 88
3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА В РНП ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ АЛЮМИНИЕВЫХ ШЛАКОВ
3.1 Краткое описание исследуемой конструкции роторной наклонной печи и схемы ее расчетной модели 90
3.2 Влияние конструктивных параметров на теплообмен в РНП 91
3.3 Анализ тепловой работы печей РНП при различных режимных параметрах 105
3.4. Выводы 110
4. ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ АЛЮМИНИЕВЫХ ОТХОДОВ В РОТОРНЫХ НАКЛОННЫХ ПЕЧАХ
4.1. Совершенствование процессов подготовки шлаков для переработки в РНП 111
4.2. Опытно - промышленная роторная наклонная печь. Результаты опытных плавок 113
4.3 Экологические аспекты технологии переработки шлаков в РНП 130
4.4. Расчет экономических показателей при переработке шлаковых отходов в РНП 133
4.5. Выводы 141
Введение к работе
Непрерывный рост объемов потребления алюминия обуславливают увеличение алюминийсодержащих шлаков производства, как первичного, так и вторичного алюминия [1-4]. Во всем мире на основных алюминиевых заводах и в производстве вторичного алюминия ежегодно образуется 3,5 1О6 т шлаков [5]. Как правило, эти продукты представляют собой системы, в которых металлический алюминий (или сплавы на его основе) находится в виде застывших корольков, капель, пластин, перемешанных с окислившимся алюминием. При длительном хранении, количество оксидов в шлаках увеличивается и безвозвратные потери алюминия непрерывно возрастают. В зависимости от условий формирования в шлаках могут присутствовать карбиды и нитриды алюминия, а также ряд других оксидов. Солевая часть шлаков представлена тем набором солей, которые использовались в технологическом процессе (хлориды натрия и калия, различные фториды).
Существующие технологии переработки таких низкосортных (с содержанием алюминия менее 30%) шлаков имеют ряд серьезных недостатков и не обеспечивают экономически эффективного извлечения металла из них, поэтому их складируют на полигонах промышленных отходов. Под действием атмосферных условий алюмосодержащие шлаки разлагаются, в результате чего происходит безвозвратная потеря ценного металла. Этот процесс сопровождается выделением вредных веществ, которые ухудшают экологическую обстановку в прилегающем регионе. В настоящее время подготовлены законопроекты ряда европейских стран, согласно которым эти шлаки переводятся в разряд опасных, и их захоронение будет запрещено[6].
Поэтому проблема совершенствования процессов получения алюминия с минимально возможным образованием шлаков и последующей их экологически и экономически эффективной утилизации является исключительно актуальной. Одним из перспективных направлений утилизации низкосортных шлаков является их переработка в роторных наклонных печах (РНП). Технологии, использующие РНП, впервые были предложены несколько лет назад в США [7]. После дующие разработки таких печей в Канаде, Германии, Великобритании показали экономическую и экологическую эффективность обработки отходов вторичного алюминия в роторных наклонных печах.
Однако многие особенности процессов переработки низкосортных шлаков в РНП до настоящего времени не исследованы. Нет обоснованных рекомендаций по выбору наиболее рациональные конструкций и тепловых режимов работы агрегатов, реализующих данную технологию, не выявлены наиболее рациональные составы шлаков и флюсов, нет технико-экономического обоснования применительно к условиям России. Это затрудняет распространение данной технологии в нашей стране.
Объектами исследования данной работы являются алюминийсодержащие шлаки, металлургические плавильные печи и процессы, протекающие в них. Разработка и создание новых роторных наклонных печей, изыскание их рациональных режимных и конструктивных параметров являются трудоемкими и дорогостоящими мероприятиями, поэтому наиболее целесообразным средством решения этих задач являются методы математического и физического моделирования. Однако, наиболее полную информацию о процессах протекающих в рабочих объемах печей, перерабатывающих шлаки, можно получить только на реальном агрегате.
Цель диссертационной работы состоит в разработке научно обоснованной технологии переработки низкосортных алюминийсодержащих шлаков в роторных наклонных печах.
Предметом защиты являются следующие основные положения диссертационной работы, включающие результаты научных исследований, практические рекомендации и технические разработки:
1. Методики и закономерности процессов переработки шлаков в роторных наклонных печах, включающие в себя:
методику и результаты исследований процессов переработки алюминийсодержащих шлаков во вращающихся наклонных титлах;
результаты промышленного освоения техники и технологии переработки алюминиевых шлаков в роторных наклонных печах;
результаты математического моделирования теплообмена в РНП и выявленные закономерности изменения основных показателей тепловой работы в зависимости от режимных и конструктивных параметров технологии;
результаты технико-экономической оптимизации РНП;
результаты исследования адсорбционных свойств новых материалов применительно к условиям работы РНП;
новые способы и конструкции печей для экономически эффективного и экологически безопасного извлечения алюминия из низкосортных отходов.
2. Современная классификация алюминийсодержащих шлаков.
3. Математическая модель теплообмена в роторных наклонных печах.
4. Имитационная экономическая модель поиска оптимальных параметров проектируемых роторных наклонных печей на основе оптимизации затрат, включающих транспортные и эксплуатационные издержки. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 165 наименований, принятых обозначений и приложений. Основное содержание работы изложено на 164 страницах машинописного текста, содержит 29 таблиц и 122 рисунка.
