Содержание к диссертации
Введение
Г. Анализ современного состояния по применению различных методов очистки сточных вод . 7
Г. 1.. Современные способы очистки, обеззараживания промышленных стоков: и защиты окружающей среды 7
1.2. Теоретическое: и экспериментальное исследования по интенсификации процесса сорбции. 38*
1.3. Постановка задачи- по активации защиты; окружающей? среды; от негативного воздействия сточныхвод; 50
2. Научное обоснование применения новых методов защиты окружающей і среды от сточных вод . 53
2.1. Теоретическое обоснование эффективности метода озонирования в процессах очистки и обезвреживания сточных вод. 53
2.2. Теоретическое: обоснование активированной! диффузии при: адсорбции водных растворов радионуклидов и органических веществ. 60
2.3: Исследование возможности использования; активированной диффузии при адсорбции водных растворов радионуклидов и органических веществ... 69>
2.4 Анализ современных сорбционных материалов и І технологий, применяемых для очистки сточных вод промышленных предприятий. - 76
3; Разработкам технологий- защиты окружающей? среды от сточных вод; на; примере металлургического предприятия : 87
3:1. Общая характеристика предприятия ОАО«Кольчугцветмет» (КМЗ)... 87
3.2: Краткая характеристика технологии производства предприятия. 90!
313. Основное производство предприятия, формирующее состав? сточных вод.
3.4. Анализ экологического состояния предприятия. 97
3:5; Состав сточных вод4 предприятия; и характеристика і оборудования; для; очистки сточныхвод; 105
3.6. Существующие технологии систем-. водоочистки и охрана; окружающей среды на предприятии. 106?
4. Разработка комбинированных эффективных методов очистки и обеззараживания сточных вод . 115
4.1. Анализ электрохимического метода очистки сточных вод. 115
4.2. Обоснование эффективности применения комбинированного озоно электрохимического метода очистки . 118:
43. Результаты лабораторных исследований: 121
4:4. Оценка перспективности и рекомендация к промьппленному использованию. 128?
4.5. Выбор эффективного способа очистки сточных вод от радионуклидов < и;
рекомендация по его использованию применительно к КМЗ: 129
5. Научно-техническое и> материаловедческое сопровождение создания экологически>безопасных технологий; и оборудования систем водоочистки и водоподготовки металлургического производства . 140 і
5.1 Краткий! анализ состояния вопроса и? обоснование необходимости проведения работ. Постановка задачи исследования.
5.2 Экспериментальная І аппаратура и методики, используемые при выполнении исследований по данному разделу 141
5.3 Выбор марочного' состава; и исследование структурных характеристик рекомендуемых материалов . 149
5.4 Оценка физико-механических свойств и работоспособности исследуемых материалов: 156;
5.5 Оценка коррозионной стойкостиі и газопроницаемости рассматриваемых сталей,, как конструкционного материала для; технологических систем; водоочистки металлургического производства. 1703
5.6. Промышленное внедрение и технико-экономическая эффективность, выполненных материаловедческих разработок. 189
6. Экономическая эффективность применения озоно-электрохимического метода очистки сточных вод применительно к КМЗ . 194
Выводы. 199
Литература. 202
- Теоретическое: и экспериментальное исследования по интенсификации процесса сорбции.
- Анализ современных сорбционных материалов и І технологий, применяемых для очистки сточных вод промышленных предприятий.
- Обоснование эффективности применения комбинированного озоно электрохимического метода очистки
- Выбор марочного' состава; и исследование структурных характеристик рекомендуемых материалов
Введение к работе
В настоящий» исторический момент интенсивного развития? производства и увеличения использования природных ресурсов отсутствует обоснованный подход к водопользованию, в связи с чем і сложилось очень серьезное положение в целом на Земле с сохранением необходимых запасов чистой воды. Лозунг — «водач это жизнь» имеет обратную сторону «грязная вода - это смерть»! Если не уменьшится, интенсивное: антропогенное,, негативное: воздействие на природу, то это приведет к мировой катастрофе.
Еслиі бы не существовало в. природе самой совершенной очистки загрязненной воды путем самоочищения,, то уже через 5 лет при современном уровне производства произошло бы глобальное загрязнение всей воды на земном шаре, включая и океаны.
На; примере Санкт-Петербурга и Ленинградской области можно проиллюстрировать серьезность сложившегося положения с чистой водой [81,82]:
В- целом І не более: 65% сточных вод, образуемых предприятиями, очищаются от вредных загрязнений. В частности; такие металлургические объединения, как: АО «Кировский завод», НПО9 «Краснознаменец», Государственный Обуховскиш завод: до недавнего; времени сбрасывали сточные; воды без всякой очистки, а Волховский алюминиевый завод, АО «Завод сланцы», АООТ «Выборгский ЦБК» и многие другие очищали; свои стоки лишь наполовину [83,84];
При этом в донных осадках Ладожского озера и реки Невы накопилось огромное количество ядовитых отходов; Потребуется; не менее : 50 лет до восстановления прежнего качества невской и ладожской воды, при условии отсутствия их пополнения:
Все это привело, к тому, что предельно8 допустимая- концентрация (ГЩК) загрязняющих веществ ъ разных районах Ладожского озера превышена в 5-10 раз, а питерская водопроводная вода в настоящее время по индексу загрязненности превышает в 4-7 раз предел, установленный государственным стандартом [84,85].
Водоносные горизонты испытывают все возрастающую техногенную нагрузку от проникающего загрязнения. В настоящее время установлено, что загрязнение подземных и наземных вод происходит более интенсивно, чем предполагалось ранее. Конвекционные подземные потоки действуют более интенсивно,, чем; диффузионный процесс, а это раньше не учитывалось.
Эффект межслойной» диффузии на границе вода-воздух объясняет интенсивный перенос загрязняющих веществ. Это было обнаружено на побережье г. Сочи, при сильном ветре с моря, поверхность которого была загрязнена нефтяными І разливами. Аэрозоль, появившейся! над пляжем, содержал бензиновых паров в 8-10 раз больше, чем в центре Москвы.
Одним из самых опасных загрязнителей окружающей среды являются предприятия? металлургического комплексам Применяемые в настоящее время методы, для предотвращения загрязнения? или недостаточно эффективны, или требуют высоких капитальных вложений т дорогостоящего оборудования. Для решения этой проблем наиболее эффективен комплексный подход в создании» новых нетрадиционных методов очистки сточных вод, применением новых высокоэффективных сорбентов,- а также в применении новых, материалов, обеспечивающих надежность оборудования, работающих в условиях воздействия; агрессивных физико-химических сред.
Значимость исследований по этому вопросу с каждым годом; возрастает. Применение новых методов? очистки; сточных вод на Кольчугинскомі металлургическом заводе (КМЗ) рассматривается! в настоящей работе в качестве прототипного.
КМЗ» является одним і из ведущих, многопрофильным Ї металлургическим предприятием, сбрасывающим недостаточно очищенные сточные воды в р. Беленькая и р. Пекша. В связи с ростом производства в последние годы увеличился уровень загрязнения;в этих речках, что влияет на здоровье населения г. Кольчугино и близлежащих населенных пунктов. Актуальным является снижение концентрации? загрязняющих веществ в сточных водах до безопасного уровня и улучшение экологического состояния водных систем в целом.
На; КМЗ? осваивается новая технология; по получению особо чистых сплавов из цветных металлов, при этом появилось возможность практически полной: очистки их от радионуклидов. С целью. охраны окружающей среды от радиоактивного загрязнения через сточные воды нужно применить новые технологии: и материалы. Этим вопросом: в диссертации уделено значительное внимание.
Изложенное подтверждает актуальность разработки і и внедрение новых эффективных методов обезвреживания: ш очистки- сточных вод с целью охраны окружающей среды. На; практике используются различное оборудование и технологии для очистки сточных вод. Их анализ показывает, что возможно еще более интенсифицировать процесс очистки и обезвреживания сточных вод.
В частности, показано, что одним из таких путей; является использование активированной диффузии при адсорбции из водных растворов радионуклидов и органических веществ, которая приводит к увеличению; поглотительной способности адсорбентов и к последующей капсуляции - «депонирования» адсорбтивов? в объеме их пористости. Показано, что таким образом можно повысить сорбцию углей в 4-7 раз.
Исследованы и выбраны для широкого промышленного использования современные сорбенты с высокой грязеёмкостью.
Разработан и проанализирован новый комбинированный метод очистки сточных вод — озоноэлектрохимический; Этот метод позволяет в 1,5-2 раза уменьшить время обработки сточных вод; и существенно уменьшить металлоемкость оборудования, что приведет к снижению веса установки в
Высокая оценка достигнутых результатов на КМЗ позволяет более широко рекомендовать разработанную технологию аналогичным предприятиям с целью эффективной очистки и обезвреживания их сточных вод.
На защиту выносятся следующие научные положения:
1) Эффективность применения новой электрохимической технологии с одновременным озонированием, обеспечивающей высокую степень очистки сточных вод на металлургическом предприятии.
2) Результаты лабораторных и промышленных исследований по эффективности новых сорбентов для очистки сточных вод.
3) Эффективность использования активированной диффузии при адсорбции водных растворов радионуклидов и органических веществ;
4) Новое материаловедческое сопровождение систем водоподготовки, водоочистки и научно обоснованный выбор состава сплава стали, обеспечивающей эффективную защиту окружающей среды от радиационного загрязнения.
Цель диссертационной работы заключается в уменьшении; загрязнения водных систем сточными: водами до безопасного уровня ив восстановлении природно-экологических систем.
Задачи исследований:
• Обосновать необходимость повышения эффективности по защите окружающей среды от воздействия сточных вод.
• Проанализировать эффективность, существующих методов очистки сточных вод в различных отраслях, включая металлургическую.
• » Проанализировать производственную деятельность КМЗ, оказывающую негативное влияние на окружающую среду, его технологию, методы очистки сточных вод, применяемых предприятием, а также экологическую обстановку района.
• Определить эффективность озоно-электрохимического метода очистки сточных вод. Провести комплексное исследование рекомендуемых нержавеющих марок сталей и сплавов, обладающих высокой коррозионной стойкостью, низкой газопроницаемостью надежной защитой окружающей і среды от радиационного загрязнения. Определить пути увеличения эффективности сорбции различных сорбентов.
• Разработать организационные и технологические рекомендации г по внедрению технологий по очистке сточных вод и. внедрению новой коррозионно-стойкой стали для оборудования водоочистки и водоподготовки, а также разработать рекомендации для: использования новых сорбционных материалов.
Теоретическое: и экспериментальное исследования по интенсификации процесса сорбции.
Активные угли; - пористые промышленные адсорбенты, состоящие в основном из углерода: Их получают из различных видов органического сырья: твердого топлива1 различных вводов метаморфизма (торфа, бурого и каменного угля; антрацита), дерева и продуктов его переработки (древесного угля; опилок,, отходов бумажного производства),, отходовt кожевенной промышленности: и? др.. Угли; отличающиеся высокой механической прочностью, производят из скорлупы кокосовых и других орехов, а также из косточек ПЛОДОВ:
Активные угли І как промышленные сорбенты имеют ряд особенностей; определяемых характером их поверхностной структуры. Поверхность кристаллов углерода электронейтральна,, и адсорбция s углей, в основном, определяется дисперсионными силами воздействия; Как правило, структура угля представлена гаммой пор всех размеров, причем адсорбционная емкость и скорость адсорбции компонентов газов и растворов определяются содержанием микропор в единице массы или объема гранул. В процессе адсорбции микропоры заполняются. адсорбатом.
Улучшение равновесной и кинетической характеристик у наиболее микропористых углей приводит к повышению эффективности работы углеродных адсорбентов в промышленных условиях. При выборе типа адсорбента для промышленных установок учитывают два отличительных свойства активных углей: гидрофобность и горючесть.
Адсорбция воды на углях протекает по необычному механизму. Изотермы адсорбции воды на активных углях имеют S-образную форму. Дисперсионные силы взаимодействия молекул воды с углеродной поверхностью очень малы. Начальные участки изотерм воды определяются ее адсорбцией на хемосорбированных поверхностью углей прочных кислородсодержащих радикалах. Эти радикалы получили название «поверхностных оксидов».
Поверхностные оксиды и адсорбированные на них молекулы воды являются адсорбционными центрами, к которым за; счет водородных связей? происходит присоединение других молекул воды. Число адсорбционных центров по мере повышения давления І возрастает, образуются и s непрерывно увеличиваются ассоциатьь молекул воды, в результате чего адсорбционная способность резко увеличивается; В г конечном і итоге весь; адсорбционный? объемs микропор» заполняется водой; Объем поглощенной! углем воды прш высоком относительном давлении (Р=0,9МПа) близок к предельному адсорбционному объему микропор. Поэтому можно сказать, что с увеличением г микропористости t емкость активных углей? в воде значительно увеличивается.
Так как активный уголь — единственный гидрофобный тип промышленных адсорбентов, это качественно предопределило его использование в очистке сточных вод. Отрицательной способностью промышленных углей является их горючесть [97].
Адсорбционные процессы
Адсорбцией называется процесс концентрирования вещества на поверхности раздела фаз или в объеме пор твердого тела.
Адсорбент — это тело, в объеме которого происходит поглощение вещества. Поглощаемое вещество называется адсорбтивом, а после его поглощения - адсорбатом.
Адсорбционный процесс подразделяется, на: физическую адсорбцию (вызывается силами молекулярного взаимодействия) и хемосорбцию (процесс происходит за счет химического взаимодействия).
Молекулярным; взаимодействием управляют так называемые дисперсные силы, образуемые. флуктуирующими диполями адсорбтива. При соприкосновении адсорбтива с адсорбентом возникает взаимное приближение за счет упорядочения диполей. Это явление можно усилить? за? счет электростатической или индукционной ориентации. Это будет рассмотрено ниже;
Процесс адсорбции является экзотермическим; Мы будем рассматривать только физическую адсорбцию применительно к поставленной в диссертации; задаче. Теплота физической адсорбции не.- превышает 80 — 120 J кДж/моль. G повышением температуры молекулы приобретают наибольшую подвижность и физическая адсорбция из локализированной может скачкообразно перейти в І объемную.
В« данной работе рассматриваются твердые; сорбенты как наиболее: приемлемые для? крупномасштабного! процесса очистки сточных вод/ Все сорбенты, как правило, обладают повышенной пористостью, и в зависимости от размера пор зависит их характеристика и процесс адсорбции. Єуммарньїй объем микропор (размеры от 0,5 до 1,0 нм) обычно находится в пределах 0,4 — 0,5 см /г. Зачастую размер микропор соизмерим с промежутком; между частицами сорбента. Более крупные поры называются мезопорами. Мезопоры осуществляют подвод адсорбтива к микропорам. Самые крупныё поры (более 200 нм) называются макропорами, которые осуществляют основной подвод адсорбтива. По преобладающему размеру структурного класса адсорбенты подразделяются на: макропористые, мезопористые и микропористые. В мегопорах адсорбентов фазовый переход происходит по механизму капиллярной конденсации.
Анализ современных сорбционных материалов и І технологий, применяемых для очистки сточных вод промышленных предприятий.
Профессор Петрик В.И. создал способ холодной деструкции графитовых соединений: и І В; процессе его? применения открыл« явление образования наноструктурных углеродных комплексов [86,87,88,89]1
Техническая суть этого? открытиям заключается- ві следующем. Без существенных изменений: внешних характеристик графита, в его межслоевые пространства вводятся молекулы взрывчатых веществ. ВЇ подготовленный таким образом графит добавляется несколько капель специального раствора и графит начинает преобразовываться, увеличиваясь в объеме в 500 раз. В\ его структуре происходит разрушение не только с вандер-вальсовых, но и ковалентных связей, что приводит к: образованию наноструктурных углеродных комплексов (углеродных соединений, содержащих наноструктуры).
Созданное таким образом вещество, не имеющее аналогов; в мире и; обладающее уникальными, сорбционными; свойствами; автор назвал «Углеродная смесь высокой реакционной способности (УСВР)». Углерод играет особую роль в природе. В растительных и; животных организмах его содержание составляет 18%. Содержание углерода в земной коре - 6,5 10 6 тонн. При этом" значительное его количество (около 10 3 ) входитв состав горючих ископаемых (голь, природный газ, нефть и др.). Углекислый газ атмосферы содержит 640й тонн углерода, гидросфера — 10м тонн.
Поэтому открытие профессора В.И; Петрика явления образования: наноструктурньгх углеродных комплексов, создание способа холодной деструкции графитовых соединений и технологии промышленного производства! углеродной смеси, высокой реакционной1 способности, представляет собой стратегически важное достижение.
Сегодня определены эффективные области применения УСВР:
5. обезвреживание токсичных отходов? и і деструкция боевых отравляющих веществ;
6. высококачественная доочистка питьевой воды;
7. локализация и тушение пожаров токсичных и горючих жидкостей на суше и водной поверхности;
8. ликвидация аварийных проливов- нефти? и нефтепродуктов на суше и водной поверхности; соответствующая рекультивация грунтов;
9. создание медицинских препаратов; .удаление: табачного дыма полиароматических углеводородов, которые являются сильнейшими канцерогенами; 11.влагоудержание в песчаных и солонцовых почвах; 12.тешювая и антикоррозийная защита тепловых магистралей и котлового оборудования; ІЗ.очистка сточных вод.
Научные исследования выявили уникальные сорбционные свойства углеродной смеси высокой реакционной способности. Не менее уникальны особенности производства и регенерации УСВР.
В необходимых случаях для запуска реакции и производства УСВР не требуется специального оборудования. Углеродная смесь высокой реакционной способности может быть произведена на палубе судна, на буровой платформе, в ракетной шахте, на территории бензоколонки, то есть практически где угодно.
Возможно многократное использование УСВР. Обладая огромной поглощающей способностью (при удельной поверхности около 2000 квадратных метров на один грамм!) углеродная смесь высокой реакционной способности полностью освобождается от захваченного материала центробежным отжимом. При этом отжатое вещество (нефть или иное) не теряет своих свойств.
7 Адсорбционная: способность углеродной смеси? высокой реакционной! способности превосходит аналогичный показатель, используемого? в противогазах лучшего угля катализатора КТ-1: 141 по иприту более чем в 20 раз;:
15. по зарину, зоману и люизиту более чем в 25 раз;
16. по V-газам более чем в 45 раз-Использование фильтров из углеродной смеси высокой; реакционной способности для доочистки питьевой воды привело к следующим изменениям её качества:
Обоснование эффективности применения комбинированного озоно электрохимического метода очистки
Принципиальная схема макета) лабораторной! установки представлена? на? рис: 4 Л. Она? включает в; себя электрохимический8 аппарат:! с источником питания постоянного тока 2, емкости с исходной: ш обработанной водой: 3,4 соответственно, насос 5; генератор озонам (разрядный І блок 6 с охлаждением, блок осушки воздуха 7,. источник повышенного напряжения и частоты), емкость - сборник гидроксида 8, эжектор 9, трубопроводную обвязку необходимые приборы и арматуру. Исходная вода из емкости 3 самотеком подается в электрохимический аппарат Г, где происходит насыщение гидроксидом железа. Одновременно в электрохимический аппарат Г, вводится озоновоздушная смесь при помощи эжектора 9. Эжектор является также интенсивным статическим массообменным устройством, способствующим быстрому растворению озона в воде. Воздух забирается из атмосферы и» проходит предварительную обработку в; блоке осушки воздуха 7. Электрохимический аппарат 1 имеет циркулярный контур с насосом 5, основное назначение которого - обеспечение нормальной: работы эжектора 9. Обработанная вода направляется в емкость 4 Отработанная озоновоздушная смесь с флотошламом; отводится из верхней части электрохимического аппарата в емкость — сборник гидроксида 8, где происходит отделение отработанной озоновоздушной смеси от флотошлама. Озоновоздушная т смесь далее сбрасывается в атмосферу при помощи вытяжки. Электрокоагулятор предназначен для одновременной озоноэлектрохимическош обработки воды и представляет собой вертикальную колонку диаметром;75 мм, высотой 1300 мм и объемом 5,5 литров.
Электрокоагулятор состоит из следующих основных частей:
- корпус 1;
- плоское днище 3;
- цилиндрический (активный) электрод 4;
- плоский (неактивный) электрод 5;
- уровнемер 6;
- система патрубков для; ввода озоновоздушнош смеси; 7, для? отвода озоновоздушной смеси и флотошлама 8; для подачи воды на обработку 9, для организации циркуляционного контура насоса. Электрокоагулятор имеет две пары электродов для организации обработки воды активным \ и неактивным f электродами. Первая пара; -цилиндрический (активный) электрод 4 — корпус Г.
Вторая пара - плоский (неактивный) электрод 5 — днище 3.
Цилиндрический электрод 4 изготовлен из обычной стали — СтЗ и при электрохимической обработке воды он растворяется с образованием гидроксида.
Плоский электрод 5 изготовлен из? нержавеющей стали; для формирования мелкодисперсных пузырьков равномерно распределенных по сечению электрокоагулятора. Неактивный 5 электрод не предназначен для растворения и образования коагулянта.
Цилиндрический электрод расположен по оси корпуса 1
электрокоагулятора и, таким образом, делит на две части - центральную
(внутреннюю часть цилиндрического электрода) и периферийную,
находящуюся в зазоре между цилиндрическим электродом 4 и корпусом
1. В верхней части цилиндрического электрода имеются прорези для организации циркуляции газожидкостного потока внутри электрокоагулятора за счет динамического, напора газожидкостного потока и разности плотностей газожидкостной смеси внутри цилиндрического электрода и в зазоре между цилиндрическим электродом 4 и корпусом 1 в электрокоагуляторе.
1. Производительность, л/мин 0,5-1,0
2. Объем электролизера, л 5,5
3; Режим работы периодический
4. Потребляемая мощность от сети, кВт 1,1
5. Степень очистки оттяж. металлов,\%. не менее 95
6. Рабочее давление, Мпа. 0,1
7. Температура срабатываемой СВ., С. 0,5 -30,0
8. Рабочее напряжение озонатора; кВ: до 6-8
9. Частота разрядного тока, кГц. 2,0»
10. Напряжение на электролизере, В. до 22
11. Плотность анодного тока, А/см . 0,01-0,02
12. Напряжение питания макета, В: 380/220
13. Занимаемая площадь 2 м2
Для определения эффективности і комплексного воздействия озоно-электрохимического способа на ионы тяжелых металлов была выполнена серия лабораторных экспериментов.
Анализ проб воды на содержание ионов \ тяжелых металлов проводился по стандартным методикам..
В первой серии экспериментов исследования проводились на модельной среде - растворе медного купороса в водопроводной воде.
Исходная концентрация сульфата меди в модельной среде менялась от 56-68,4 мг/л. Время обработки исследовалось в диапазоне от 7 до 17 мин. Концентрация озона в озоновоздушной смеси изменялась от 2,1 до 17,0 мг/л. Плотность тока активного и неактивного электродов задавалась, исходя из І опыта эксплуатации аналогичных устройств в промышленности - 0,01 А/см2 и 0,004 А/см2 соответственно. Модельная среда имела значения рН, равное рН промышленных стоков (рН=6,8). .
Результаты исследований приведены в таблице 4Л.
Анализ приведенных в таблице данных показывает, что повышение : времени обработки до 12 минут приводит к значительному увеличению обезвреживания! до1 99,9%. Дальнейшее же увеличение времени мало влияет на степень обезвреживания и может только привести? к неоправданно завышенному объему оборудования.
Повышение концентрации, в І озоновоздушной} смеси с 2,1 г/м3 до 17,0 г/м3 не привело к ожидаемому увеличению качества обезвреживания. Для модельнойї среды оптимальной концентрацией; озона в озоновоздушной смеси является значение 2,1 г/м .
Неактивный электрод; как показали эксперименты, не дает высокой степени; обезвреживания! (не более 60%), однако і он может быть использован как первая стадия очистки сточных вод от гидроксида.
При составлении результатов комбинированного воздействия; на ионы тяжелых металлов. оказалось, что совместное применение выше, чем просто электрохимический метод.
Выбор марочного' состава; и исследование структурных характеристик рекомендуемых материалов
Исследования, связанные с проведением \ экспериментальных работ по решению поставленных задач, в том числе с разработкой, выбором и опытно-промышленном освоением перспективных марок сталей и сплавов (рис. 5.1) для экологических нужд металлургического производства, выполнялись на металле лабораторных и промышленных плавок. Химический состав металла опытных плавок выбирался с учетом имеющегося опыта создания . высокотехнологичных нержавеющих сталей, их сварочно-технологических и служебных свойств) в условиях металлургического и машиностроительного переделов, а также реальной возможности промышленного производства необходимых: полуфабрикатов и заготовок в условиях отечественной: металлургической промышленности;
Выплавка металла производилась. в индукционных металлургических электропечах емкостью от 50 до 100 кг. Слитки массой 25 кг обрабатывались на лабораторном и промышленном технологичности на стадии металлургического и машиностроительного переделов.
Всесторонне и глубокое изучение структурного состояния материала, вклада структурных элементов в формирование его физико-химических, технологических и служебных свойств позволяет установить качественные и количественные зависимости между структурой и важнейшими свойствами и получать металл с требуемым комплексом прочностных, коррозионных и других эксплуатационных характеристик, обеспечивающих высокую работоспособность материала в составе технологического оборудования водоочистных инженерных сооружений и систем (рис. 5.3).1 Современное оборудование и устройства систем водоочистки и водоподготовки металлургического производства предъявляют весьма высокие требования к применяемым і конструкционным материалам в связи с экстремальностью условий эксплуатации связанными с постоянным повышением: параметров работы элементов и узлов промышленных технологических систем (сосуды, трубопроводы, емкости и др.): температуры, давления рабочей среды, характера; нагружения; и т.п. Поэтому одними из основных критериев выбора материала и определения целесообразности его применения; в реальных изделиях является достаточный уровень, механических свойств рекомендуемых сталей и сплавов в различных условиях нагружения.
Вопросы установления взаимосвязи наиболее важных механических свойств с соответствующими параметрами структуры и состава стали и сплава, получение оптимального сочетания этих характеристик с учетом предъявленных к конструкции технических требований, а также отработка технологии производства и термической обработки металла с целью получения: оптимального структурного состояния, представляют значительный! практический интерес- и во многом определяют возможности промышленного использования нержавеющих сталей в оборудовании и системах, работающих в сложных условиях динамического? нагружения и- длительного контакта с коррозионно-активными средами промышленных стоков.
В настоящем разделе работы рассматривается влияние марочного состава, термической обработки! и других факторов на формирование наиболее важных механических свойств, определяющих работоспособность материала в конструкции в: условиях статического и t динамического нагружений.
На рис 5.4 представлены результаты определения механических свойств; рассматриваемых нержавеющих сталеш при испытании на разрыв. Установлено, что, подбирая режимы термической обработки металла, можно существенно изменять прочностные и; деформационные характеристик сталей. Показано, что наибольшая пластичность стали обеспечивается: при отжиге металла при интервале температур 750-800 С. Такая обработка приводит к более; активному образованию специальных карбидов и. нитридов, а также обеспечивает выравнивание концентрации легирующих элементов по всему сечению зерна. При ЭТОМ: обеспечивается оптимальное сочетание основных механических свойств и коррозионной стойкости металла: Следует отметить весьма высокое значение такой важной расчетной характеристики как оптимальное сужение (75-80%), отражающей предельную способность металла к пластической деформации. Фрактограммы зоны разрушения образцов, наблюдаемые в растровом электронном; микроскопе: (рис 5.5), показывают,, что излом; имеет вид мелкоямочного разрыва; с сильно деформированными и вытянутыми зернами в направлении приложения нагрузки,, что свидетельствует о высокой деформационной способности стали.
Одной; из наиболее важных характеристик, используемых для оценки качества и надежности материала, является; его сопротивление хрупкому разрушению: Простым и стандартным методом оценки стали; хрупкому разрушению является: испытание образцов- с надрезом на ударный изгиб при различных температурах. Определение составляющих ударной вязкости: по методике профессора» А:П. Гуляева [53] показало; что работа, затрачиваемая на упругую и пластичную деформацию образца до появлениям трещины критического размера; существенно зависит от остроты надреза; (рис.5.6).
