Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современное состояние переработки и утилизации металлсодержащих отходов автомобилестроительных производств
1.1. Общая характеристика и структура машиностроительной промышленности 8
1.2. Характеристика отходов, образующихся в процессе автомобилестроительного производства 13
1.2.1. Схема и условия формирования отходов 13
1.2.2. Состав и свойства металлосодержащих отходов 26
1.2.3. Основные направления утилизация металлсодержащих отходов 28
1.2.4. Проблемы переработки чугунной стружки 30
1.3. Анализ существующих методов переработки металлической стружки 32
1.3.1. Холодное брикетирование на гидравлическом прессе 33
1.3.2. Центрифугование стружки с последующим брикетированием 33
1.3.3. Сушка стружки в барабанных печах с последующим брикетированием 34
1.3.4. Электрофизический метод брикетирования чугунной стружки 35
1.3.5. Переплавка чугунной стружки в печах ДППГУ 36
1.3.6. Брикетирование по технологии «ЭкоМашГео» 37
Выводы по главе ...38
ГЛАВА 2. Экспериментальные исследования процессов перерабоки и использования металлической стружки
2.1. Краткая характеристика смазочн о -охлаждающих жидкостей 39
2.2. Исследования процессов холодного брикетирования при подготовке металлической стружки к термической обработке 45
2.2.1. Изучение состава масло-эмульсионных примесей в чугунной стружке при подготовке к брикетированию 45
2.2.2. Определение предельного содержания масло-эмульсионных примесей в чугунных брикетах после холодного прессования в зависимости от исходного содержания ОСОЖ и давления прессования 52
2.2.3. Определение зависимости плотности, пористости и механической прочности брикетов от удельного давления прессования 64
2.3. Исследования процессов термической обработки чугунных брикетов 75
2.3.1. Изучение процессов удаления ОСОЖ из брикетов при нагревании 76
2.3.2. Изучение влияния газовой атмосферы на металл при нагреве 83
2.3.3. Исследования параметров прессования брикетов после нагрева в печи 86
2.3.4. Исследования по организации экологически обоснованного процесса сушки ОСОЖ-содержащих брикетов и сжигания масляных примесей 93
2.4. Исследования применения полученных брикетов в производстве чугуна 106
2.4.1 .Использование в шихте СЧ18 спеченных брикетов чугунной
стружке при 80% завалке при плавке в вагранке 107
2.4.2. Использование в шихте СЧ18 спеченных брикетов чугунной стружке при 80% завалке в индукционных тигельных печах
Выводы по главе 109
ГЛАВА 3. Внедрение результатов исследований. технико-экономическое обоснование предлагаемой технологии
3.1. Технологический регламент и технические условия на линию горячего брикетирования чугунной стружки 111
3.2. Технологический проект линии горячего брикетирования чугунной стружки на ОАО «ГАЗ» 114
3.3 Оценка эффективности инвестиционного проекта линии горячего брикетирования чугунной стружки на ОАО «ГАЗ» 125
Выводы 135
Список литературы 137
Приложения 150
- Схема и условия формирования отходов
- Краткая характеристика смазочн о -охлаждающих жидкостей
- Изучение процессов удаления ОСОЖ из брикетов при нагревании
- Технологический проект линии горячего брикетирования чугунной стружки на ОАО «ГАЗ»
Введение к работе
Сложившаяся в российской Федерации ситуация в области образования, накопления, использования (рециклинга), хранения и утилизации отходов промышленных производств ведет к опасному загрязнению окружающей среды, нерациональному использованию природных ресурсов и, как следствие, к значительному экономическому ущербу.
Отходы производства и потребления являются источниками загрязнения окружающей среды в глобальном масштабе и возникают как неизбежный результат потребительского отношения и непозволительно низкого коэффициента использования ресурсов.
На территориях страны в отвалах и хранилищах накоплено около 80 млрд. тонн твердых отходов металлургического, машиностроительного, горнодобывающего и химического производств, а также отходов топливно-энергетического комплекса. Ежегодно в Российской Федерации образуется около 7 млрд. тонн таких отходов в дополнение к накопленным. Фактически - это рукотворные техногенные месторождения, выведенные из хозяйственного оборота материальные ресурсы, многими видами которых страна практически не располагает.
По объему, составу и содержанию полезных компонентов, находящихся в промышленных отходах, техногенные запасы сравнимы с используемыми месторождениями природных ископаемых. В соответствии с существующей классификацией отходов по их химической природе, технологическими признаками образования, возможности дальнейшей переработке и использования основная масса промышленных отходов относится к 3-4 классу опасности, т.е. являются экологически опасными и требуют их обезвреживания и дальнейшего использования, переработки либо захоронения.
Обращение с отходами - это сложный всеобъемлющий комплекс мероприятий, который охватывает различные системы их сбора, переработку, утилизацию, обезвреживание и размещение. В реализации этих мероприятий принимают участие организации и службы различных уровней. Непонимание всей
сложности проблемы обращения с промышленными отходами часто ухудшает сложившуюся ситуацию в стране.
Причины сложившейся ситуации - в неэффективной координации деятельности по обращению с различными отходами и неумении или нежелании выбрать приоритеты при распределении весьма ограниченных финансовых ресурсов. Существующая практика обращения с отходами оказывает негативное влияние на окружающую среду и на здоровье человека, что в свою очередь отрицательно сказывается на уровне экономического и социального развития России. Традиционное решение эколого-техиологических задач является убыточным, не приносящим прибыли предприятиям.
Представленная работа посвящена разработке технологии утилизации и рециклинга отходов металлообработки на примере крупномасштабного автомобилестроительного производства ОАО «ГАЗ».
В ОАО «ГАЗ» осуществляется полноценный цикл создания готовой продукции: сборочное производство легковых и грузовых автомобилей, литейное и кузнечное производства, изготовление деталей методом порошковой металлургии, производство арматуры и колес, прессово-рамное производство, производство коробок скоростей, автомобильных узлов и агрегатов, изготовление пластмассовых деталей, тепловой и электрической энергии и многое другое. Все перечисленные техпроцессы являются основными источниками образования промышленных отходов на ГАЗе.
Одно из условий создания экологически безопасного предприятия -сокращение загрязнения окружающей среды отходами и экономии природных ресурсов за счет максимально возможного вторичного вовлечения отходов в хозяйственный оборот предприятия.
По результатам 2004 года на ОАО «ГАЗ» образовалось 371,6 тысяч тонн промотходов, в том числе: металлолома 197,495 тыс.т. и неметаллических отходов 174,105 тысяч тонн.
Анализ деятельности ОАО «ГАЗ» с точки зрения образования и переработки отходов показывает, что особенно актуальной является проблема переработки и
утилизации чугунной стружки, образующейся при механической обработке металлических изделий в механо-обрабатывающих цехах.
Необходимость целесообразного решения этого вопроса обусловлено следующими причинами:
отходы цехов металлообработки являются опасными промышленными отходами 3-4-го класса опасности и представляют угрозу окружающей среде;
чугунная стружка является для металлургического производства ценным, вторичным сырьем, требующим рациональной утилизации;
одной из основных проблем переработки и утилизации чугунной стружки является её загрязненность остатками смазочно-охлаждаюіцей жидкости (ОСОЖ);
- в настоящее время не существует эффективной экологически и
технологически приемлемой технологии переработки и утилизации чугунной
стружки.
Решение этой задачи позволит снизить экологическую напряженность на предприятии и вовлечет в производственным цикл вторичное сырье.
Таким образом, разработка и внедрение технологии переработки, утилизации отходов металлообработки является актуальной проблемой в области обращения с отходами.
Научная новизна работы заключается в следующем:
теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность решение важной эколого-технологической задачи сбора, обезвреживания, переработки, утилизации, чугунной стружки путем разработки и внедрения ресурсосберегающей технологии горячего брикетирования;
исследована степень поглощения различных компонентов СОЖ чугунной стружкой; установлен эффект концентрирования нефтепродуктов из ОСОЖ в стружке при её отстаивании и отжиме;
исследованы процессы отстаивания и отжима чугунной стружки от ОСОЖ; получены графо-аналитические зависимости параметров процессов;
осуществлено многофакторное планирование эксперимента по отжиму и термической обработки чугунной стружки; получены математические модели процессов;
получены брикеты из чугунной стружки, не уступающие по своим потребительским характеристикам передельным чугунам при содержании ОСОЖ в исходном материале 8-10%;
разработаны научно-обоснованные обобщенные рекомендации по рациональному обезвреживанию и утилизации чугунной стружки на основе технологии «горячего» брикетирования;
разработанная комплексная экологически безопасная технология переработки чугунной стружки, загрязненной смазочно-охлаждающей жидкостью.
Практическое значение работы;
В результате исследований установлена целесообразность обезвреживания и переработки О СОЖ-со держащих металлических отходов методом «горячего» брикетирования. Разработана экологически безопасная промышленная технология брикетирования чугунной стружки с исходным содержанием ОСОЖ 8-10%.
По результатам исследований на ОАО «ГАЗ» разработана и внедрена экологически чистая линия по переработке отходов металлообработки производительностью 11 тыс. тонн в год.
Вовлечение отходов металлообработки в производственный цикл в качестве вторичного сырья позволяет снизить потребность литейного производства в передельных чугунах на 40%. Это способствует повышению ресурсосбережения и экологичности производства, т.к. снижает объемы добычи металлических руд, а также уменьшает степень загрязнения окружающей среды и экологическую нагрузку на окружающую среду в целом.
Экономических эффект от внедрения технологии на ОАО «ГАЗ» и утилизация полученного продукта в собственном литейном производстве предприятия составляет 52,4 млн.руб. в год.
Схема и условия формирования отходов
В структуре машиностроительной промышленности РФ насчитывается 19 крупных комплексов 9 отраслей и более 1.00 специализированных подотраслей и производств. К комплексным отраслям, сходным по технологическим процессам и используемому сырью, относятся: тяжелое, энергетическое и транспортное (в т.ч. автомобильное) машиностроение; электротехническая промышленность; химическое и нефтяное машиностроение; станкостроительная и инструментальная промышленность; приборостроение; тракторное и сельскохозяйственное машиностроение; машиностроение для легкой и пищевой промышленности и др. [38]
Машиностроение относится к числу наиболее распространенных в территориальном отношении отраслей. Но в одних районах оно имеет профилирующее значение, а в других удовлетворяет внутренние потребности, дополняет промышленный комплекс. Более 85% продукции машиностроения и металлообработки производится в европейской части России. Важное значение имеет увеличение роли восточных районов. [18]
В Сибири и на Дальнем востоке отрасль представлена в основном предприятиями электротехнической промышленности, тракторного и сельскохозяйственного машиностроения, а также предприятиями по выпуску кузнечно-прессового и литейного оборудования. Целесообразность размещения предприятий машиностроения в этих районах обусловливается возрастающей потребностью в продукции, а также наличием энергии, топлива, металла, водных ресурсов, промышленных площадок, пригодных к строительству. В этих районах имеются огромные перспективы для развития энерго- и металлоемких отраслей. Размещение предприятий машиностроения находится в прямой зависимости от характера выпускаемой продукции: широты номенклатуры, массы изделий, масштабов производства продукции народнохозяйственного, общепромышленного, отраслевого или единичного применения. При этом на эффективность размещения влияет ряд факторов: научно-технический прогресс; специализация; кооперирование; концентрация; комбинирование производства; наличие трудовых ресурсов; близость к источникам сырья, материалов и к потребителям; объем транспортных работ и затраты на транспортировку.[18]
Среди перечисленных факторов важная роль принадлежит специализации и кооперированию, создающим новые возможности для размещения производства. Специализация облегчает организацию массового производства, содействует более рациональному использованию оборудования, повышает технический уровень. В отрасли широко распространена предметная (выпуск определенных конечных видов продукции - машин, оборудования), технологическая (производство литья, заготовок) и подетальная (выпуск деталей, агрегатов, секций) специализация. Размещение специализированных заводов тесно связано с размещением предприятий, с которыми они работают в кооперации. Кооперирование осуществляется как внутри отрасли, так и с заводами других отраслей, поставляющих металлы, изделия из пластмасс, стекла и др. Особое значение при этом имеет кооперирование внутри одного экономического района, что сокращает дальние перевозки и способствует комплексному развитию хозяйства. Кооперирование в противоположность специализации интегрирует размещение взаимодействующих между собой предприятий. На этой основе возникают машиностроительные комплексы, где различные заводы связаны совместным выпуском готовой продукции. Расширение сферы кооперирования в машиностроении приводит к увеличению числа предприятий-смежников, обеспечивающих работу головного завода. [18]
Размещение предприятий машиностроения зависит в значительной степени от трудоемкости изделий, уровня квалификации рабочих и служащих. Особенно важна роль квалифицированных кадров при размещении таких трудоемких отраслей, как электротехническая, радиотехническая, электронная, приборостроительная, станкостроительная и др. Создание специализированных машиностроительных заводов в средних и малых городах России позволяет более полно использовать трудовые ресурсы и значительно увеличить их экономический потенциал. Благоприятным фактором для дальнейшего развития производств, требующих квалифицированного труда, служит сеть научно-исследовательских учреждений, институтов. [38]
Машиностроение, как крупный потребитель металла, имеет широкие связи, прежде всего, с черной металлургией. Территориальное сближение этих отраслей дает возможность металлургическим заводам использовать отходы машиностроения и специализироваться в соответствии с его потребностями.
Отрасли машиностроения, производящие малотранспортабельную продукцию, размещаются в районах потребления. К ним относятся: сельскохозяйственное машиностроение, производство машин и механизмов для лесной промышленности, горного оборудования и др,
Особенности размещения предприятий машиностроения обусловливают большую роль транспортного фактора в осуществлении кооперированных поставок и обеспечении потребителей готовой продукцией. Вопросы специализации и концентрации машиностроительного производства в значительной степени решаются в зависимости от транспортных возможностей и величины транспортных затрат. При формировании машиностроительных комплексов добиваются сокращения транспортных затрат и дальности перевозок. Следует также учитывать влияние на географическое размещение машиностроительных предприятий энергоемкости и фондоемкости производства.
Среди отраслей машиностроения в зависимости от технико-экономических особенностей выделяют тяжелое машиностроение; общее машиностроение; среднее машиностроение; производство точных машин, механизмов, приборов и инструментов; производство металлических изделий и заготовок; ремонт машин и оборудования.
Краткая характеристика смазочн о -охлаждающих жидкостей
Смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ) - это эмульсия, коллоидная система, состоящая из двух фаз, одна из которых диспергирована в другой в виде мельчайших капелек. Для создания устойчивых эмульсий необходимо добавление третьего компонента (эмульгатора), способного сорбироваться на поверхности обеих несмешивающихся жидкостей.
Масляные эмульсии представляют собой коллоидные системы, дисперсной фазой которых являются минеральные масла, а дисперсной средой - вода. В качестве эмульгаторов в них присутствуют соли органических кислот (олеиновой, нафтеновой, сульфоиафтеновых и других), а стабилизаторами служат этанол, этиленгликоль, триэтаноламин. Основой для приготовления эмульсий являются эмульсолы, которые представляют собой эмульсии типа «вода в масле». В состав эмульсолов входят: минеральное масло, эмульгаторы и стабилизаторы. При смешивании (5-6%) эмульсола с (90 - 95%) воды с добавлением в некоторых случаях 0,03% соды, образуется стабильная эмульсия типа «масло в воде». Помимо указанных компонентов, в состав СОЖ входят различные стабилизаторы, а также небольшое количество присадок (антикоррозионные, бактерицидные, противоизносные, противозадирочные). [2, 14 ]
Средний срок использования СОЖ колеблется от двух недель до полутора месяцев, Основными причинами замены СОЖ при обработке металлов является наличие в них большого количества взвешенных веществ (металлическая пыль, частицы абразивных материалов), расслаивание СОЖ и их загнивание, загнивание можно предупредить с помощью бактерицидных добавок. В качестве таких добавок используется гексохлорофен, фурацилин, бактерициды типа «Вазин» и «Азии».
Отечественная промышленность выпускает большое количество эмульсолов различных марок, которые значительно отличаются по своему составу и физико-химическим свойствам. В зависимости от типа содержащихся в них эмульгаторов все смазочн о- охлаждающие жидкости на основе минеральных масел можно разделить на три группы: 1. СОЖ, содержащие ионогенные эмульгаторы; 2. СОЖ, содержащие неионогенные эмульгаторы; 3. СОЖ, содержащие одновременно ионо- и неионогенные эмульгаторы. В качестве эмульгаторов СОЖ содержит соли органических кислот (олеиновой, нафтеновой, сульфонафтеновой), в качестве стабилизаторов -этиловый спирт, этиленгликоль, триэтаноламин. Мицелла эмульсола, представляющего собой коллоидную систему, имеет следующее строение: ядро мицеллы состоит из мельчайших капелек масла, окруженных анионами органических кислот, вследствие избирательной адсорбции которых аполярная гидрофобная часть анионов эмульгатора (углеводородный радикал) ориентирована в сторону масляной глобулы, а полярная часть - в сторону дисперсионной среды. Катионы, которые в результате диссоциации отделились от остатка (аниона) органической кислоты, образуют плотный диффузный слой противоионов. Таким образом, на поверхности масляных глобул образуется двойной электрический слой.
Эмульсол как коллоидная система устойчив при наличии некоторого избытка масла. Для того чтобы эмульсол обладал способностью самопроизвольно образовывать с водой эмульсии, необходимо, чтобы он обладал свойствами гидрофильного геля, т. е. внешней фазой в коллоидной системе должен быть концентрированный раствор мыла. Для этого эмульсолы, кроме минеральных масел и нафтеновых мыл, обязательно должны содержать некоторое количество воды. Эмульсолы, состоящие из минеральных масел и более гидрофобных мыл олеиновой кислоты, обязательно должны содержать или второе, более гидрофильное мыло, например, мыло сульфокислоти, или спирт, являющийся в данном случае растворителем внешней фазы недостаточно гидрофильных мыл олеиновой кислоты. Эти компоненты эмульсолов называются стабилизаторами. Ко второй группе относятся СОЖ, содержащие ПАВ неионогеныого типа, например ОП, а именно СОЖ, приготовленные из эмульсолов ИХП-45Э и ИХП-130Э.
Механизм стабилизации этих эмульсионных систем можно представить следующим образом. Молекулы большинства поверхностно-активных соединений имеют линейное строение, т. е. их длина гораздо больше поперечного размера. Один конец молекулы ПАВ, состоящий из углеводородных радикалов, ориентируется в сторону масляных глобул и сорбируется на их поверхности. На другом конце молекулы находится гидрофильная группа, которая ориентирована в сторону дисперсионной среды. Таким образом, молекулы ПАВ образуют коагуляционную пространственную сетку.
При этом между частицами масляных глобул остается очень тонкая прослойка дисперсионной среды, которая препятствует сближению частиц и придает коагуляционным структурам характерные свойства: вязкость, ползучесть, прочность. Однако возникновение защитных слоев высокой прочности, обеспечивающих устойчивость эмульсий, связано не с формированием адсорбционных слоев эмульгатора самих по себе, а с образованием на границе раздела двух фаз сложных надмолекулярных структур в форме многослойных фазовых пленок.
Таким образом, эмульсионные системы, стабилизированные неионогенными эмульгаторами, очень устойчивы, хотя их адсорбционные слои не обладают ярко выраженной структурно-механической прочностью. Но при обработке деталей ювенальные поверхности металлов обладают необычными свойствами: они проявляют высокую активность к физической адсорбции я химическим реакциям, легко амальгамируются. [28, 81] Кроме того, эти поверхности, образующиеся при резании, излучают поток электронов, особенно интенсивный в момент вскрытия поверхностных слоев. В.Н. Латышев [60, 61] выдвинул предположение, что в результате взаимодействия молекул внешней среды с электронами, испускаемыми поверхностью стружки, образуются неустойчивые свободные радикальные частицы, свободные атомы и химические радикалы.
При низких температурах ювенальные поверхности имеют свободные валентности и поэтому образование радикалов может происходить вследствие механического разрушения молекул. Таким образом, особое состояние ювенальных поверхностей переводит молекулы СОЖ (воздух, кислород, вода, эмульсия) в метастабильное состояние, которое отличается от исходного состояния СОЖ. [132, 133]
Изучение процессов удаления ОСОЖ из брикетов при нагревании
Установлено, что повышение давления более 2500 кг/см2 не приводит к снижению количества ОСОЖ в брикете. Однако при этом происходит дальнейшее увеличение кажущейся плотности и снижение пористости за счет снижения объема воздуха в порах. Причем снижение объема воздуха обусловлено как его сжатием (в закрытых порах), так и его выходом из брикета через открытые поры. Исследования по определению соотношения открытой и закрытой пористости показали, что значение открытой воздушной пористости снижается в среднем до 5% при давлении 3500 кг/см2 и более. Т.е. при давлении до 3000-3500 кг/см2 окончание отжима ОСОЖ нельзя объяснить только закрытием пор, и существуют другие причины, оказывающие свое действие.
По мнению автора одним из факторов, препятствующих дальнейшему отжиму ОСОЖ из брикетов, является расклинивающий эффект, возникновение которого исследовалось Дерягиным и Ребиндером [35, 36, 47, 103, 131]. Они установили способность тонких слоев жидкости раздвигать (расклинивать) стенки трещин в твердом теле, при условии, что толщина слоя жидкости в твердом теле меньше некоторой величины ккрштч. Расклинивающее действие тем больше, чем прочнее связь между жидкостью и поверхностями тел, которые они разделяют. Взаимодействие между молекулами твердого тела и молекулами жидкости простирается на некоторое расстояние внутри слоя жидкости. Радиус молекулярного действия твердого тела невелик и измеряется долями микрометра. Если зазор между частицами тела настолько мал, что все молекулы жидкой прослойки находятся под действием молекул тела, то для вытеснения жидкости из зазора надо совершить работу против сил взаимодействия жидкости с молекулами твердого тела.
По исследованиям Б.В.Дерягина [36] расклинивающее давление возрастает с уменьшением толщины жидкой прослойки и становится максимальным, когда расстояние между пластинами твердого тела (рис.2.11-а) равно удвоенному диаметру молекулы. При дальнейшем снижении толщины жидкой пленки расклинивающее действие {Fpacmiw) ослабевает и сменяется притяжением (рис. 2.11-6).
Подобный эффект расклинивания наблюдается и при отжиме стружки. Однако достичь значения hKpumm повышением давления прессования в промышленных условиях не представляется возможным ввиду технологических ограничений (существующие пресса не позволяют достигать таких давлений). В лабораторных условиях также не удалось достичь преодоления данного эффекта. В противном случае мы бы наблюдали резкое повышение эффективности отжима ОСОЖ в результате снижения значений расклинивающих сил. Таким образом, дальнейшее повышение давления (свыше 6000 кг/см ) для увеличения массы отжимаемой ОСОЖ нецелесообразно по технологическим причинам.
Одним из важных параметров получаемых брикетов является их механическая прочность, т.к. дальнейшая переработка брикетов предполагает их перемещение, погрузку, транспортирование, при осуществлении которых брикеты должны сохранить свою форму и массу. Брикеты не должны разрушаться и осыпаться.
Получаемые брикеты по прочности должны отвечать требованиям и особенностям технологического процесса, в котором предполагается их использование. Знание показателей их механической прочности позволяет оценить способность брикетов выдерживать без разрушения определенные ударно-истирающие, ударные и раздавливающие нагрузки, которым они будут подвергаться в процессе эксплуатации. Именно показатели механической прочности брикетов во многом определяют их потребительскую ценность и, в целом, возможность использования на различных металлургических предприятиях со своей характерной инфраструктурой.
Брикеты в процессе эксплуатации, в первую очередь, испытывают ударные нагрузки на перепадах, при загрузке бункеров или каких-либо других аппаратов или при отгрузке потребителю и разгрузке у него. Раздавливающим нагрузкам брикеты подвергаются в случае накопления в бункерах или штабелях на складах и при перевозках в вагонах.
При высоте столба до 6 м нагрузка на нижний образец составит до 5,0 кг/см". Аналогичная картина наблюдается при нахождении кусковых материалов в металлургических печах шахтного типа. Например, установлено, что даже в высокошахтной доменной печи давление вышележащих слоев загрузки на кокс не превышает 3-5 кг/см . Таким образом, разрушение брикетов обусловлено, в основном, воздействием ударных нагрузок.
Для определения прочности на устойчивость к удару при падении используются разные методики, по которым партии брикетов сбрасывают на металлическую плиту с высоты 1,5-2 м и по выходу образовавшейся мелочи (класс крупности менее 5, 10 или 25 мм в зависимости от размера брикетов). Крупные брикеты (максимальный размер -100 мм) сбрасывают всего 1-2 раза, а брикеты небольшого размера (-25-30 мм) - не менее 4-5 раз. Однако во всех вариантах считается, что брикеты удовлетворяют требованиям на сопротивление сбрасыванию, еслн количество мелочи не превышает 5-Ю (или даже 15)%. Это означает, что крупные брикеты не должны подвергаться многократным перегрузкам, и этому должна полностью соответствовать технологическая схема процесса.
В настоящее время не существует государственной нормативно-технической базы, регламентирующей требования к брикетам, как элементу металлургической шихты, поэтому предприятия, производящие и потребляющие брикеты вынуждены разрабатывать технические условия на конкретные типы брикетов.
Для лабораторных исследований были взяты цилиндрические брикеты размерами 150 150 мм, полученные холодным брикетированием при давлении 2000, 4000, 6000 кг/см2, содержанием ОСОЖ - 3,8 %, масса 12 кг при средней плотности 5 кг/дм .
В первую очередь брикеты были исследованы на разрушающие нагрузки. При этом установлено, что прочность на сжатие у брикетов в зависимости от давления брикетирования составляет соответственно: 18,1±2,5; 25,7±2,4; 26,Ш,9 кг/см2.
Технологический проект линии горячего брикетирования чугунной стружки на ОАО «ГАЗ»
Удаление ОСОЖ из брикетов возможно произвести с помощью их термической обработки, в процессе которой поры брикеты открываются, а содержащиеся в них пары ОСОЖ выходят наружу. Минимальная остаточная концентрация ОСОЖ - 0,3% достигается при температуре более 800С и времени обработки 15+20 минут. При этом остатки СОЖ в брикете представлены не жидкими маслами, а низкомолекулярными соединениями углерода и чистым углеродом, который при дальнейшей переплавке брикетов будет способствовать науглероживанию металла, повышая его качество.
Обработка брикетов в кислородсодержащей атмосфере показала отсутствие окисления металла в теле брикета. Налет окалины наблюдается только на поверхности брикета и составляет не более 0,05% от его массы
Плотность брикетов при температурной обработке понижается до = 4,1 г/см ; пористость повышается до 50%. Для уменьшения пористости и повышение плотности рекомендуется использовать «горячее» прессование брикетов при температурах более 700С сразу после выгрузки брикетов из печи, где производилась термическая обработки. Это позволяет при относительно невысоких давлениях прессования =2000 кг/см добиться повышения плотности свыше 6,0 г/см . Достигнутая плотность брикетов обеспечивает его достаточную механическую прочность (предел прочности на сжатие более 2300 кг/см2; осыпаемость менее 1-2%) и позволяет свободно перегружать и транспортировать брикеты к месту переплавки. Одной из нерешенных проблем переработки чугунной стружки является проблема обезвреживания паров и продуктов разложения и горения ОСОЖ, удаленных из брикета на стадии термической обработки. В качестве возможного варианта решения этой проблемы предложено сжигание паров в печи параллельно с термической обработкой брикетов. Исследование такой возможности явилось следующим этапом работы. Как уже было показано выше, одной из проблем при организации переработки металлической стружки является процесс очищения ее от масла и СОЖ с соблюдением современных требований экологической безопасности. Предлагаемая термическая обработка брикетов в выбранных температурных режимах связана со сгоранием выделяемых при нагревании брикетов примесей. Т.к. основными горючими примесями в брикете являются нефтепродукты, то их попадание в кислородсодержащую атмосферу будет приводить к их окислению. При этом, очевидно, будут образовываться токсичные газообразные соединения - продукты неполного сгорания примесей, а также окислы азота (при высоких температурах и избытке кислорода). [25, 26] Осуществление процессов термической обработки брикетов возможно двумя путями: 1. Термическая обработка в бескислородной атмосфере. 2. Термическая обработка в кислородсодержащей атмосфере. В первом случае будет достигаться безокислительное термическое разложение масла с образованием низкомолекулярньтх углеводородов, сажи и свободного углерода. При этом не будет происходить и окисления металла в брикете, что является положительным моментом. Однако в данном случае возникнет трудноразрешимая задача, связанная с утилизацией и обезвреживанием газообразных продуктов термического разложения ОСОЖ. Химический анализ газов после безокислительной термической обработки брикетов показал высокое содержание продуктов разложения (табл. 2.17). [10] Во втором случае термическая обработка приводит к окислению продуктов разложения ОСОЖ кислородом воздуха и частичному окислению металла на поверхности брикета, что обусловливает образование окалины. Т.к. попаданию кислорода внутрь брикета препятствует повышенное парциальное давление газо-паровой смеси в порах брикетов, то окисления металла внутри брикета происходить не будет. Окисление продуктов разложения ОСОЖ будет является в данном случае положительным фактором, т.к. избавляет от необходимости их обезвреживания. Точнее обезвреживание будет происходить одновременно с термической обработкой. Однако при этом очень важна правильная реализация процесса сжигания, неправильное ведение которого может привести к образованию высокотоксичных продуктов окисления (например, бенз(а)пирен, оксиды азота и т.п.). [9, 25] В лабораторных условиях была проведена термическая обработка ОСОЖ-содержащих брикетов в окислительной среде с одновременным сжиганием продуктов распада ОСОЖ. Для этого брикет из чугунной стружки (плотностью 4,2 4,6 г/см , 0150 мм, высотой 130±5 мм, с содержанием масла 2,7%, воды 1,2%) помещали в печь при температуре около 800 С. В объем печи подавали атмосферный воздух со скоростью 0,5-1 м3/мин. Отбор проб отходящих газов осуществляли через патрубок отвода продуктов сгорания из печи. Результаты количественного химического анализа продуктов сгорания (табл. 2.18) показали наличие высоких концентраций токсичных газообразных веществ и нестабильность ведения процессов горения. Результаты анализа газов после обработки нескольких брикетов отличались в 1,5-3 раза, что в свою очередь определялось колебанием значения коэффициента избытка воздуха.
