Введение к работе
В работе приведены результаты экспериментальных и теоретических исследований магнитовибрирующего слоя (МВС) и динамики переработки шлифовального шлама в зависимости от времени сепарации и параметров электромагнитного воздействия. Предложена опытно-промышленная технология сепарации шламов шлифовального производства подшипников для получения продуктов переработки высокой степени чистоты и последующего применения в сварочном и литейном производствах.
Актуальность темы. Любое производство, связанное с обработкой металлов, сталкивается с проблемой утилизации шламовых отходов. На предприятиях машиностроения и металлургии, осуществляющих обработку металлов, ежемесячно образуются тысячи тонн металлсодержащих шламов. Особенно сложен по составу шлифовальный шлам, который представляет собой смесь мелкой металлической стружки, абразива, технических масел, смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) и т.д.
В то же время объем перерабатываемых промышленных отходов, в частности по Москве, составляет не более 10-15% от образующегося количества. Таким образом, сброс в отвалы металлсодержащих шламов приводит не только к безвозвратной потере значительного количества металла, но и создает серьезную экологическую проблему для городов, имеющих крупные градообразующие промышленные предприятия.
Проблема создания экологизированного ресурсосберегающего промышленного производства с каждым годом становится все более актуальной, что обусловлено сокращением и истощением природных запасов и увеличением их стоимости; ужесточением требований к экологической чистоте и безопасности производственных технологий.
В связи со значительным содержанием в металлсодержащих отходах машиностроительных и металлургических производств неметаллических включений и технических масел они не могут использоваться в качестве вторичного сырья без предварительной переработки. Частично решен вопрос утилизации стружки при использовании брикетирования. Однако, наличие на поверхности брикетированной стружки остатков технических масел и смазочно-охлаждающих жидкостей приводит не только к интенсивной коррозии металла, но и не исключает опасность самовоспламенения. Что касается шлифовальных шламов и отходов металлургических производств, то технологии их переработки и обогащения к настоящему времени недостаточно развиты для успешного внедрения на производстве.
На предприятиях, имеющих большие объемы шлифовального производства, в год скапливается до 1 тыс. тонн шлама. Решение вопроса известно – необходимо разложить шлам на составляющие. Экономическая целесообразность сепарации шламов шлифовального производства очевидна: тонна ультрадисперсного металла стоит от 60 до 250 тыс. руб., тонна абразива ~ 12 – 33 тыс. руб. Таким образом, утилизация шлифовального шлама может превратиться для предприятия в доходное производство.
Высказанные соображения обуславливают актуальность темы работы, посвященной разработке технологического процесса сепарации шламов шлифовального производства и дальнейшему возврату восстанавливаемых материалов.
Работа выполнена в соответствии с планом бюджетной работы кафедры физики ДГТУ по теме: «Магнитовибрационные технологии. Получение магнитных материалов»; комплексной научной программой «Вибротехнология»; научно-технической программой «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» по разделу 05 «Функциональные порошковые материалы» (№202.05.01.026); научно-исследовательской работой по теме: «Исследование механики взаимодействия твердых тел, подвергнутых вибрационному воздействию» (ГАСНТИ: 30.03.15).
Целью работы является разработка научных основ получения порошковых продуктов требуемого качества из шламовых отходов шлифовального производства с последующим их использованием, реализуемое магнитовибрационной технологией сепарации, а также разработка и проектирование соответствующего оборудования.
Для ее достижения необходимо решить следующие задачи:
-
Анализ принципов работы сепараторов, применяемых для переработки отходов лезвийной и шлифовальной обработки металлов.
-
Установление влияния параметров электромагнитного поля на состояние шлама в магнитовибрирующем слое (МВС), с целью определения режимов МВС, обеспечивающих эффективное разрушение конгломератов шлама.
-
Разработка последовательности технологических операций сепарации шлифовальных шламов подшипникового производства и проектирование опытно-промышленной установки, реализующей сепарацию шлифовального шлама в МВС.
-
Разработка рекомендаций по промышленному использованию полученных результатов и последующего применения продуктов сепарации шлифовальных шламов.
-
Впервые обоснована возможность применения МВС в качестве инструмента сепарации шлама шлифовального производства. Установлено, что при сепарации шлама в МВС с параметрами индукции постоянного поля 43 мТ и градиенте индукции переменного поля 0,648 Т/м сепарированная металлическая фракция шлама содержит менее 2% массы неметаллических включений за счет реализации процесса разрушения агломератов шлама в МВС, что значительно меньше, чем в магнитных сепараторах, эксплуатируемых к настоящему времени.
-
Теоретически обоснован и экспериментально подтвержден механизм разрушения агломератов шлама в МВС. Показано, что в отличие от сепараторов постоянного поля, в которых увеличение индукции поля приводит к повышению устойчивости агломератов, в магнитовибрационном сепараторе при градиенте индукции магнитного поля более 0,32 Т/м разрушение агломератов, состоящих из частиц размером 100 мкм и 30 мкм, происходит за счет виброреологического перехода сухого трения в вязкое, при градиенте индукции магнитного поля более 0,62 Т/м разрушение конгломератов частиц того же размера, происходит за счет действия неоднородного переменного магнитного поля.
-
Впервые предложены зависимости градиента индукции магнитного поля, при котором происходит разрушение агломерата от времени сепарации, размера частиц в агломерате и магнитных свойств металлической фракции шлама. Показано, что максимальная чистота металлической фракции более чем в 2 раза превышает аналогичный показатель сепараторов с вращающимся магнитным полем и достигается для агломерата из частиц 30 мкм и 100 мкм при градиенте магнитного поля 0,65 Т/м и длительности процесса сепарации 200с.
-
Установлено, что время дробления шлама в бильной мельнице оказывает существенное влияние на чистоту продуктов сепарации. Так, при увеличении времени дробления с 10с до 30с содержание абразива в металлической фракции уменьшается с 10% до 1% масс. Магнитная фракция шлама, прошедшего дробление, содержит в 2 раза меньше абразива, чем при сепарации без дробления при одинаковых параметрах МВС и времени.
-
По результатам исследования предложена последовательность операций технологического процесса сепарации шламов шлифовального производства, позволяющая получать продукты переработки высокого качества. Разработана конструкция основных элементов магнитовибрационного сепаратора.
-
Разработана методика выбора оптимальных режимов электромагнитного поля, обеспечивающих интенсификацию процесса разрушения агломератов шлама и, как следствие, повышение качества продуктов сепарации.
-
Металлическая составляющая шлама использована в качестве компонента обмазки высококачественных электродов УОНИ-13/55 для дуговой сварки, что привело к повышению эксплуатационных характеристик. Абразив, полученный из шлама шлифовального производства, использован в качестве облицовочного материала форм для литья по выплавляемым моделям.
Результаты, полученные в работе, были применены при разработке технологии получения обмазки сварочных электродов постоянного тока марки УОНИ-13/55 с добавлением 16% стального порошка шлифовального шлама стали ШХ15, а также получение облицовочного слоя одноразовых корковых форм для литья по выплавляемым моделям из выделенного электрокорунда в условиях предприятий ООО НПЦ «Сварочные материалы» и ООО ЭП «Синтез-91».
Основное содержание диссертации опубликовано в 9 статьях и тезисах, 1 из которых в ведущих рецензируемых научных журналах, 1 работа выполнена без соавторов. Результаты работы были доложены и обсуждены на следующих международных и Всероссийских конференциях: Международная научно-техническая конференция «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании 2007», Одесса, март, 2007; 5-ая Международная конференция «Сотрудничество для решения проблем отходов» Харьков, апрель, 2008; Пятая международная конференция по высоким технологиям и фундаментальным исследованиям, 28-30 апреля 2008 г., Санкт-Петербург, Россия.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ
