Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ организации и эффективности технологического процесса горячего цинкования 10
1.1. Цинковые покрытия 10
1.2. Анализ современного состояния технологического процесса горячего цинкования 16
1.3. Анализ влияния различных факторов на структуру, качество цинкового покрытия и образование цинкосодержащих отходов 23
1.4. Экономические аспекты горячего цинкования 34
1.5. Анализ технологических, экономических и экологических аспектов утилизации металлосодержащих отходов 36
1.6. Анализ организации технологических структур судостроительных и других предприятий, выполняющих горячее цинкование 40
1.7. Анализ материальных, сырьевых и энергетических потоков в технологии горячего цинкования 43
1.8.Анализ материальных, сырьевых и энергетических потоков в технологии изготовления изделий методом литья из цинковых сплавов 45
1.9. Анализ материальных, сырьевых и энергетических потоков в технологии производства оксида цинка 47
Выводы и постановка задач исследования 51
Глава 2. Исследование цинкосодержащих отходов. Разработка технологий переработки отходов. Исследование свойств и рафинирование вторичных продуктов 54
2.1. Анализ свойств и условий образования цинкосодержащих отходов 54
2.2. Технологический процесс переработки изгари цинка в плавильной печи 60
2.3. Исследование свойств вторичного цинка 65
2.4. Исследование коррозионной стойкости покрытий на основе вторичного цинка 69
2.5. Исследование свойств вторичного шлака цинка 72
2.6. Способ переработки вторичного шлака цинка в
хлорид цинка 76
2.7. Исследование продуктов утилизации отходов при изготовлении изделий из цинковых сплавов и производстве оксида цинка 82
Выводы 85
Глава 3. Разработка конструкции плавильной печи для переработки цинкосодержащих отходов предприятий, выполняющих горячее цинкование 87
3.1. Анализ существующих технологий и оборудования для переработки цинкосодержащих отходов 87
3.2. Разработка конструкции плавильной печи и ее достоинства 95
Выводы 101
Глава 4. Пути совершенствования технологических структур цинкопотребляющих производств судостроительных и других предприятий. Расчет экономической эффективности 103
4.1. Горячее цинкование 103
4.2. Производство оксида цинка 111
4.3. Производство изделий из цинковых сплавов 115
Выводы 118
Заключение 119
Литература 122
Приложения 128
- Анализ современного состояния технологического процесса горячего цинкования
- Технологический процесс переработки изгари цинка в плавильной печи
- Анализ существующих технологий и оборудования для переработки цинкосодержащих отходов
- Производство оксида цинка
Введение к работе
Эффективное использование материальных ресурсов является объективной необходимостью, обусловленной требованиями, предъявляемыми к их расходованию в рыночных условиях хозяйствования. В настоящее время сложилось острое противоречие между ростом потребностей промышленности в сырье и относительной ограниченностью многих ресурсов в виде как руд, так и энергоносителей.
На современном этапе развития экономики добыча полезных ископаемых удваивается каждые 10-15 лет и проблема эффективного, комплексного, безотходного использования природных ресурсов с получением в виде товарных продуктов всех ценных составляющих сырья и осуществления при этом целесообразного и согласованного взаимодействия производств различных отраслей промышленности приобретает исключительно важное значение.
По данным компетентных источников о состоянии недр Земли при современной производительности добычи полезных ископаемых запасы некоторых из них могут быть исчерпаны уже в ближайшие годы и десятилетия.
В то же время необходимо отметить, что процесс перехода на рыночную экономику сопровождался обособлением отраслей и предприятий, что противоречило интересам регионов и страны, а также существенно замедлило темпы потребления материалов промышленными производствами. Рынок ставит перед каждым производителем жесткие требования к снижению издержек производства, рациональному использованию материальных ресурсов на всех уровнях: региональном, отраслевом, внутрипромышленном. Необходимо признать, что по уровню материало- и металлоемкости многие виды машиностроительной промышленности России превышают зарубежные аналоги.
Снижение потерь и повышение комплексности использования сырья должны идти как по пути разработки новых технологических схем его переработки, так и по пути совершенствования организации извлечения полезных продуктов из промежуточных шлаков, промышленных отходов и вторичного сырья (так называемых вторичных ресурсов).
Ежегодно возрастает накопление ценных компонентов в машинах и оборудовании, бытовых приборах, предметах длительного пользования. Одновременно возрастает потенциальное количество амортизационного лома. Вторичные ресурсы - это сырье, которое не требует затрат на добычу. Для вовлечения их в переработку с помощью специальных установок, обычно, необходимо лишь осуществить незначительные погрузочно-разгрузочные работы. Это - главный экономический фактор, так как при получении ценных компонентов из рудного сырья около 70% всех затрат приходится на добычу и обогащение [38].
Ограниченность минеральных сырьевых ресурсов некоторых цветных металлов в Японии и странах Европы, а также стремление ряда стран (в первую очередь, США) к консервации собственных источников сырья, определяют устойчивую тенденцию повышения использования лома и отходов в общем объеме производства цветных металлов. Повышение спроса на лом и отходы зачастую увеличивает его экспорт заготовительными компаниями, что ставит потребительные компании этих стран в затруднительное положение. Сокращение экспорта в большинстве случаев явилось причиной снижения цен на лом и отходы [54]. В значительной степени повышение использования лома и отходов в общем объеме производства цветных металлов связано еще и с предупреждением разрушительного воздействия человека на окружающую среду.
Биосфера не приспособлена к столь большому объему загрязнений порой химически не свойственных ей, что приводит к накоплению этих загрязнений в природе и нарушению гармонии между основными экологическими системами и к дисбалансу внутри этих систем на самых различных уровнях и звеньях.
В то же время имеет место встречный процесс - коррозия. Потеря металлов от коррозии элементами оборудования, строительных конструкций, транспорта и т.д. колоссальна и сегодня сопоставима с объемами производства металлов металлургическими предприятиями из руд. В первую очередь речь идет о стальных конструкциях как наиболее распространенных. Это огромные материальные потери и дополнительная тяжелая нагрузка на окружающую среду.
Известно большое количество способов защиты стальных конструкций от коррозии. Из них наиболее долговечный, технологичный и достаточно дешевый - горячее цинкование. Цинковое покрытие имеет хороший внешний вид и позволяет увеличить срок службы стальных судовых трубопроводов и «дельных вещей» в 2-3 раза, надежно защищая их от атмосферной, морской и других видов коррозии.
Однако, по мнению автора, на процесс горячего цинкования со стороны исследователей обращается недостаточное внимание, хотя здесь имеются большие резервы, носящие проблемный характер. Среди назревших проблем следует отметить: необходимость стабилизации качества покрытия и повышение эффективности производства как за счет совершенствования самого технологического процесса горячего цинкования, так и за счет утилизации образующихся в процессе цинкования в больших количествах ценных промышленных отходов (дроссов), которые после переработки следует возвращать в основное производство.
Постоянное развитие цинковального производства во всех странах, а также возможность положительного решения поставленных научных проблем подтверждает актуальность и приоритетность выбранных автором научных направлений настоящей диссертационной работы. Поэтому исследования в данной области судостроительного производства весьма важны и целесообразны. Решение указанных проблем позволит качественно повысить уровень организации, эффективность и культуру производства, снизить нагрузку на окружающую среду.
Целью представляемой к защите работы является повышение эффективности использования цинка в судостроении путем разработки и внедрения ресурсосберегающих технологий и оборудования.
Для достижения указанной цели в работе поставлены следующие задачи:
- выполнить анализ материальных, сырьевых, энергетических потоков на судостроительных предприятиях выполняющих горячее цинкование и других ЦПП;
- исследовать номенклатуру, свойства, условия и скорость образования ЦСО;
- рассмотреть технологии переработки ЦСО и проанализировать возможность их использования на предприятиях судостроительной промышленности и других ЦПП;
- разработать технологии и оборудование для организации утилизации ЦСО в местах их образования, провести исследование свойств и пригодности продуктов утилизации к возврату в основное производство;
- выполнить оценку экономической эффективности организации утилизации ЦСО в местах их образования.
Теоретической и методологической основой диссертационной работы являются исследования отечественных и зарубежных авторов в области горячего цинкования. В качестве инструментов исследования использовались системный, статистический, логистический, спектральный и химический анализы, металлографический метод и метод ускоренных коррозионных испытаний, моделирование организационно-технологических структур.
Научные результаты и их новизна:
- выявлены и систематизированы факторы, влияющие на качество покрытия, расход цинка и эффективность работы предприятия, доказана целесообразность организации утилизации ЦСО в местах их образования с целью использования продуктов утилизации в основном производстве;
- впервые выполнены системные комплексные исследования и описание условий, скорости образования, структуры, состава, свойств ЦСО,
экспериментально подтверждена их пригодность к переработке в материалы применяемые в технологии горячего цинкования и литье цинковых сплавов;
- установлена зависимость между содержанием алюминия в расплаве ванны цинкования и соотношением образующихся ЦСО (изгари и гартцинка), что позволило обеспечить управление процессами их образования;
- доказана необходимость разработки специальной технологии, оборудования для переработки ЦСО в условиях предприятий, выполняющих горячее цинкование, с целью получения цинка, пригодного для возврата в основное производство;
- разработан технологический процесс получения цинка из изгари; впервые, в условиях предприятий, выполняющих горячее цинкование, в результате переработки образующихся ЦСО, произведен цинк высокого качества, коррозионными испытаниями подтверждено, что защитные свойства сформированного на его основе покрытия соответствуют требованиям нормативных документов;
- разработаны технологии рафинирования вторичного цинка и гартцинка;
- разработаны технологические режимы переработки ЦСО предприятий, выполняющих литьё цинковых сплавов;
- впервые исследованы свойства вторичного шлака, образующегося в процессе переработки ЦСО, разработан способ и экспериментально подтверждена возможность переработки шлака в хлорид цинка, используемый в технологии горячего цинкования;
- выполнен логистический анализ организационно- технологических структур ЦПП, предложены пути их совершенствования;
- сформулированы критерии выбора конструкции плавильной печи для переработки отходов ванн горячего цинкования.
Практическая ценность работы заключается в разработке ресурсосберегающих технологий, оборудования и организационно-технологических структур, внедрение которых обеспечило решение проблемы повышения эффективности использования цинка и сплавов на его основе на судостроительных и других Ці 111, культуры производства, сокращения количества опасных промышленных отходов, снижения нагрузки на окружающую среду.
Научные исследования и практические работы по отработке и внедрению разработанных технологий выполнялись в период с 1994 по 2006 годы в лабораториях ЦНИИ КМ «Прометей» и ООО «НПО «Феникс», на предприятиях Санкт-Петербурга, Белгорода, Новгородской и Московской областей, Карелии, Финляндии.
Основные результаты исследований диссертационной работы использованы в текущей деятельности предприятий, при их реструктуризации и техническом перевооружении на:
- ОАО «Балтийский завод», ОАО «Северная верфь», ОАО «БСК-335 завод» (Санкт-Петербург), ОАО «Вяртсильский металлургический завод» (Карелия), «KS-Sinkki» Оу и «Teknotyo-Kuumasinkitys» Оу (Финляндия) - горячее цинкование;
- ООО «НПО «Феникс» (Санкт-Петербург) - производство цинка и сплавов на его основе, литьё цинковых сплавов;
- ООО «Топливные системы» (Санкт-Петербург) - литье цинковых сплавов;
- ОАО «Любытинский завод минеральных красою) (Новгородская область), ЗАО «Акора» (Московская область), ЗАО «Цибел» (Белгород) - производство оксида цинка и лакокрасочных материалов;
«Экспериментально-опытный завод» ФГОУВПО С-Пб ГУ (Санкт-Петербург), «ZinkOff» Оу (Финляндия) - производство плавильных печей.
Разработанное для реализации технологии утилизации цинкосодержащих отходов оборудование запатентовано в двадцати и эксплуатируется в двадцати восьми странах мира: России, Украине, Финляндии, Швеции, США, Канаде, Норвегии, Дании, Исландии, Бельгии, Австрии, Великобритании, Ирландии, Голландии, Франции, Германии, Японии, Польше, Испании, Португалии, Италии, Эстонии, Израиле, Саудовской Аравии, Таиланде, Мексике, Чили, Новой Зеландии.
Анализ современного состояния технологического процесса горячего цинкования
Метод горячего цинкования применяется для защиты стальных изделий от атмосферной, водной и почвенной коррозии. Коррозия определяется как физико-химическая реакция между металлом и средой. Конечным результатом обычно является разрушение металла, нарушение среды и повреждение технической системы, в которую оба включены. Все металлы, с возможным исключением драгоценных, корродируют и разрушаются со временем. Следовательно, защита металлических, в том числе стальных деталей и конструкций от коррозии имеет большое экономическое значение.
Среди большого числа известных способов защиты от коррозии стальных изделий, включая и различные цинковые покрытия, горячее цинкование выгодно выделяется широким набором положительных свойств и качеств, среди которых следует отметить: - высокую технологичность процесса; - формирование высокоэффективного и долговечного покрытия; - сравнительно низкую стоимость покрытия; - быстроту получения на изделии готового покрытия; - возможность дальнейшей обработки, включая методы пластической деформации; - хороший внешний вид; - отсутствие необходимости обслуживания покрытия в процессе эксплуатации; - хорошая основа для нанесения дополнительных декоративных и специальных покрытий.
Именно этими обстоятельствами объясняется широкое распространение данного вида защитных покрытий. В шестидесятые годы правительства развитых стран и городские власти различными нормативными актами обязали дорожные, строительные и другие профильные организации устанавливать только оцинкованные металлоконструкции, что в значительной степени определило современный облик городов, позволило экономить средства и обусловило быстрое развитие этой сферы производства.
Спроектированные и построенные исключительно для целей горячего цинкования стальных труб судовых систем производства на ОАО «Северная верфь» и ОАО «Балтийский завод» сегодня загружены полностью, что обусловлено не только наметившимся подъемом судостроительной промышленности в регионе, но, в значительной степени, модернизацией Октябрьской железной дороги, строительством современной скоростной автомобильной дороги Скандинавия - Юг и кольцевой автодороги вокруг Санкт-Петербурга, бурным развитием мобильной телефонной связи, новыми концепциями городского и индивидуального строительства и др. При строительстве и модернизации этих объектов используются металлоконструкции, оцинкованные горячим методом.
Большой объем горячего цинкования выполняется предприятиями и Центрального региона, где сосредоточены наиболее габаритные ванны, длиной до 13 м, позволяющие оцинковывать изделия длиной до 20 и более метров. Качество покрытия, полученного в этих ваннах, следует оценить как хорошее. Однако в целом ряде случаев, при полном соблюдении технологии цинкования, качество покрытия снижается. В частности наблюдаются следующие негативные особенности покрытий: 1. пониженное качество сцепления цинкового покрытия с основой; 2. образование непокрытых или со значительным утонением толщины покрытия участков на оцинкованных изделиях; 3. значительное утолщение покрытия; 4. большой разброс покрытия по толщине (наплывы, включения гартцинка); 5. образование на поверхности покрытия отдельных и/или чередующихся блестящих, матовых, серых и с красноватым оттенком участков; 6. покрытие хрупкое, растрескивается при изгибе и ряд других дефектов. В данном исследовании не рассматриваются дефекты покрытия, которые являются результатом некачественной подготовки поверхности изделий (плохой механической очистки, обезжиривания, травления, флюсования и т.п.).
Необходимость исправления дефектного покрытия, иногда с полным удалением последнего, с повторной подготовкой поверхности и повторным цинкованием приводит к перерасходу цинка и других расходных материалов, резко снижают производительность и эффективность производства.
Типичная ситуация, когда сформированное покрытие имеет большую толщину, чем это предусмотрено конструкторской документацией или требованиями заказчика. Не задаваясь вопросом о причинах таких отступлений некоторые цинковальщики формируют стоимость своих услуг, исходя из веса нанесенного на изделия цинка, взвешивая их до и после цинкования. Однако такое решение проблемы не может считаться однозначно верным, поскольку ведет к перерасходу материальных ресурсов и завышению цены.
Еще одним фактором, существенно влияющим на эффективность функционирования предприятий, выполняющих горячее цинкование, являются потери цинка, связанные с образованием поверхностных (изгарь цинка) и донных (гартцинк) отходов, уносом цинка вместе с отходами при их удалении.
При традиционной организации процесса горячего цинкования до 15% цинка безвозвратно теряется в виде отходов, следовательно, такое расходование цинка нельзя считать высокоэффективным.
Снижение качества покрытия при соблюдении технологии горячего цинкования требует анализа причин и выявления факторов, определяющих нестабильность свойств и параметров цинковых покрытий.
Таким образом, решение проблем обеспечения качества покрытий и рационального использования цинка, является важной текущей задачей, связанной с повышением эффективности деятельности судостроительных и других предприятий, выполняющих горячее цинкование.
Технологический процесс переработки изгари цинка в плавильной печи
Выполненный анализ специальной и патентной литературы (см.главу 2 позволил установить, что существующие в настоящее время технологии оборудование для переработки цинкосодержащих отходов, не в полной мер учитывают специфику отходов производства горячего цинкования и ег организации на предприятиях судостроения и ряда других отраслей, обладаю существенными недостатками, не позволяющими решить задачу организаци утилизации ЦСО в условиях предприятий, осуществляющих горяче цинкование.
Плавка осуществляется при температуре в печи 530 ± 5С. Контроль и регулирование температуры выполняются в автоматическом режиме. Диапазон колебаний температуры ± 5С объясняется инерционностью срабатывания контролирующей системы термопара-прибор. Время выхода на рабочую температуру, благодаря оригинальной конструкции печи, составляет всего 25 - 30 минут. Автором совместно со специалистами фирмы «Sarlin», Финляндия, на одной из плавильных печей УПА-02, эксплуатирующейся в городе Ярвенпяя, Финляндия, фирмой «Teknotyo Kuumasinkitus OY», специализирующейся на производстве цинковых покрытий, были исследованы режимы работы печи на протяжении всей плавки. Результаты представлены в виде диаграмм на рис. 2.5. «По требованию потребителя в цинке, предназначенном для производства литейных и свинцовистых медно-цинковых сплавов и для горячего цинкования изделий и полуфабрикатов, массовая доля свинца для марки Ц2 не должна быть более 1,2%, для марки ЦЗ - не более 2,3%, массовая доля меди - не более 0,08%».
Свинец обладает значительно более высокой плотностью, чем цинк, и оседает на дно ванны цинкования. Более того, свинец вводится в ванну цинкования специально, при этом преследуется несколько целей. Во-первых, для облегчения удаления гартцинка. Гартцинк обладает более высокой плотностью, чем цинк, но меньшей, чем свинец, по этой причине он опускается в ванне на границу раздела цинк-свинец. Во-вторых, если материалом, из которого изготовлен корпус ванны, является сталь, свинец защищает днище ванны и сварные швы от разъедания цинком. В-третьих, в ваннах вертикального типа свинцом заполняют значительную часть объема ванны, с целью экономии цинка. В-четвертых, при использовании чистых марок цинка, таких как ЦВ, ЦОА, ЦО, свинец, а также олово вводят для повышения смачиваемости цинка, снижения его вязкости [47], а также для улучшения товарного вида покрытия, образования «узоров» кристаллизации [4]. Таким образом, повышенное содержание этих элементов не является препятствием для использования вторичного цинка в ванне цинкования, при утилизации изгари из которой он был выплавлен.
Железо накапливается в расплаве цинковальной ванны за счет растворения оцинковываемых стальных деталей, элементов оснастки и тиглей. Его содержание в расплаве по мере кампании ванны постоянно нарастает и вновь снижается в результате чистки ванны от гартцинка. Возможное незначительное превышение содержания железа во вторичном цинке, по сравнению с марочным цинком, является следствием высокого содержания железа в расплаве ванны в период снятия изгари, из которой он был выплавлен и по этому не может быть препятствием для использования такого цинка. Кроме того, железо из расплава удаляется с гартцинком.
Таким образом, вырабатываемый в результате утилизации изгари ванн горячего цинкования вторичный цинк пригоден для возврата в эти ванны без дополнительного рафинирования.
Тем не менее, в ряде случаев может требоваться покрытие, выполненное из расплава цинка более высокой чистоты. С целью определения возможности и степени рафинирования гартцинка и вторичного цинка, полученного в результате переработки изгари, а также затрат, связанных с рафинированием, была выполнена серия экспериментов.
Эксперименты выполнялись с использованием установки УПА-02 для переработки изгари и доработанной для целей экспериментов изложницей, в нижней части боковой стенки которой, было дополнительно выполнено сливное отверстие.
Выплавленный в результате переработки изгари металл сливали в изложницу, на дно которой предварительно насыпали алюминиевый порошок. Полученный расплав перемешивали в течение 3-5 минут. Затем изложницу с металлом помещали в плавильную печь, где ее выдерживали в течение 2 часов при температуре около 500 С. После чего металл охлаждали до температуры 440 С, при этом на поверхности расплава образовывалась корка, состоящая из интерметаллидов, которую удаляли. В расплав погружали стальной обух и температуру понижали до 380 С, то есть ниже температуры кристаллизации цинка (419,5 С [34]). Вскрывали пробку изложницы и сливали свинец (Тпл -327,4 С [34]). Кристаллизованный цинк в виде блока извлекали из изложницы за обух.
Анализ существующих технологий и оборудования для переработки цинкосодержащих отходов
Первые попытки по переработке цинксодержащих ломов и отходов с целью получения металлического цинка были предприняты в 30-е годы. Крупный материал смешивался с гудроном или мазутом (до 5% от веса сырья) и плавился в котлах [21]. Температура при переплавке отходов в котле не должна была быть выше 420 - 450 С. При температуре более 500 С цинк начинал активно окисляться. Сильно окисленный цинковый лом рекомендовалось переплавлять с присадкой хлористого аммония в количестве 3-5 % от веса сырья. В его присутствии выход цинка значительно повышался.
Дело в том, что хлористый аммоний понижает летучесть цинка и способствует переходу окиси цинка в хлористый цинк, разрушая пленку окиси цинка, окутывающую мельчайшие частицы металлического цинка.
Мелко измельченный цинк таким методом практически не перерабатывается. Это обусловлено тем, что цинковая пыль даже при обычной температуре медленно разлагает воду с выделением водорода, покрываясь при этом трудно разрушаемой гидроокисной пленкой. Оказывается практически невозможным высушить мокрую цинковую пыль без значительного ее окисления даже при низкой температуре, а также невозможно расплавить полученную сухую пыль вследствие того, что частицы цинка плохо сливаются. Иногда сильно окисленные некрупные отходы цинка засыпались в цинковый расплав через слой расплавленного хлористого цинка или каустической соды, поскольку они хорошо поглощают воду [32]. Кроме того, хлористый цинк не испаряется так интенсивно, как хлористый аммоний (справка: Т пл хлористого аммония. = 350С, при больших температурах он возгоняется; Т пл хлористого цинка = 315С, при 733 С он кипит).
Описанный способ переработки цинксодержащих отходов в котле в смеси с гудроном или мазутом в настоящее время не применяется.
Наиболее распространенные способы переработки цинксодержащих отходов предусматривают их помещение в цилиндрические барабаны или реторты различных конструкций, нагреваемые до температуры, выше температуры плавления цинка. Барабаны затем вращают для интенсификации отделения расплавленного цинка от шлама.
Известна конструкция «Карусельной плавильной печи для отделения и восстановления металлического цинка из материала металлических цинковых подшипников, цинковой золы или цинковой голубой пыли» [76].
Печь состоит из следующих основных узлов: цилиндрического корпуса печи, цилиндрической камеры сгорания для разогрева корпуса печи, и форсунки. Цилиндрический корпус печи представляет из себя металлический барабан, установленный горизонтально и вращающийся на двух парах роликовых опор. Внутри металлический барабан облицован кирпичом. Важным преимуществом данной печи является обеспечение частичной герметизации внутреннего объема барабана от открытого воздуха и пламени форсунки. Это достигается тем, что через центр барабана проходит металлическая труба, выполняющая роль камеры сгорания, внутри которой, на одном из ее торцов, установлена форсунка. Таким образом, нагрев внутреннего объема барабана пламенем горелки осуществляется через стенки металлической трубы, расположенной по центру барабана. В одном из торцов барабана имеется отверстие, через которое проходит труба (камера сгорания), диаметр отверстия значительно больший диаметра камеры. В образовавшемся зазоре размещено загрузочное устройство шнекового типа. Во втором торце барабана имеется отверстие для выгрузки конечного шлака, открывающееся на определенное время каждый оборот.
К недостаткам данной конструкции следует отнести недостаточную герметизацию внутреннего объема барабана, обусловленную самой конструкцией загрузочного и разгрузочного устройства. Кроме того, в период открытия разгрузочного отверстия через барабан осуществляется сквозной проток атмосферного воздуха из-за разности температур со стороны загрузки и выгрузки. Это приводит к активному окислению освобождающегося металлического цинка и следовательно к его потере.
Второй существенный недостаток печи - отсутствие непосредственного (прямого) контакта с сырьем, загруженным в барабан, стенок разогретой камеры сгорания, что также является следствием примененных конструкций загрузочного и разгрузочного устройств и причиной низкой эффективности использования тепловой энергии сжигаемого топлива.
Кроме того, учитывая большую массу барабана, печь требует большого времени разогрева, что нецелесообразно при проведении разовых плавок, а учитывая большие размеры и стационарный характер, требует больших площадей и обладает высокой стоимостью.
Известна конструкция «Карусельной плавильной печи» (патент ФРГ) [77], состоящей из мощного стационарного корпуса, внутри которого вращается несъемный металлический плавильный барабан, обогреваемый снаружи. Через центр барабана проходит металлическая труба, выполняющая роль несущего вала, концы которого выходят через отверстие в противоположных стенках корпуса печи, и вращаются в специальных опорах. Внутри плавильного барабана между несущим валом и стенками барабана, установлены лопасти, выполняющие функции шнекового транспортера. Загрузочное и разгрузочное устройства выполнены в виде отверстий, в противоположных торцах плавильного барабана.
Производство оксида цинка
Образующийся в процессе предварительной переработки вторичный шлак направляется в колосниковые печи (при наличии таковых на предприятии), где используется в качестве подовой подушки, или реализуется на рынке.
В процессе предварительной переработки карбюраторного и другого цинкового лома входящие в его состав стальные, медные и алюминиевые компоненты, учитывая более высокую температуру их плавления, не расплавляются и отделяются от цинка в процессе его слива, оставаясь в плавильном барабане.
После опорожнения барабана и сортировки (или без таковой) алюминиевый, медный и стальной лом реализуется на рынке.
Полученные практические результаты показали полное соответствие технологии и оборудования, разработанных для утилизации отходов ванн горячего цинкования, целям и задачам предварительной переработки различных видов цинкосодержащего сырья и лома для использования продуктов переработки в производстве высоких марок цинковых белил.
В процессе изготовления изделий методом литья цинковых сплавов, как уже отмечалось в исследовании, выполненном в разделе 1.8, образуется такие виды отходов, как изгарь, мелкофракционный литейный облой и стружка, которые, из-за отсутствия эффективных технологий и соответствующего оборудования, в условиях литейных предприятий не утилизируются, а реализуются производителям цинковых белил.
В предыдущем разделе (4.2.) были описаны выполненные работы по переработке этих видов промышленных отходов. Полученные результаты, также, как и в предыдущем случае, показали полное соответствие технологии и оборудования, разработанных для целей утилизации отходов ванн горячего цинкования, целям утилизации изгари и стружки ЦАМ с возвратом продуктов утилизации (сплавов ЦАМ) в основное производство.
Результатом выполненных исследований является разработка организационно-технологической структуры предприятия по изготовлению изделий литьем из сплава типа ЦАМ с использованием технологии утилизации образующихся в процессе производства цинкосодержащих отходов и возвратом продуктов утилизации в основное производство (Рис. 4.6).
В соответствии с новой структурой, образующиеся отходы (стружка, изгарь, мелкий облой) поступают в утилизационную печь, где перерабатываются то разработанной технологии. По окончании плавки выполняется экспресс-анализ химического состава полученного металла и, в зависимости от его результатов, расплавленный металл направляется либо непосредственно в литейное производство (при его полном соответствии нормативной документации), либо в плавильную печь для корректировки в процессе приготовления литейных сплавов (см. раздел 2.7). 1. Организация утилизации цинкосодержащих отходов на предприятиях, выполняющих горячее цинкование, позволяет существенно повысить эффективность их деятельности путем сокращения объемов закупок цинка, за счет возврата в ванну цинкования вторичного цинка: - при утилизации изгари - 75 % от массы удаляемой изгари; - при утилизации гартцинка - 90 % от массы удаляемого гартцинка.
2. Разработанные для целей утилизации отходов ванн горячего цинкования технология и оборудование не только полностью соответствуют основному своему назначению, но и позволяют решить проблему утилизации отходов предприятий, осуществляющих литье сплавов типа ЦАМ, с целью возврата продуктов утилизации в литейное производство.
3. Внедрение разработанных технологий и оборудования на предприятиях, производящих цинковые белила, обеспечивает без замены или модернизации действующего оборудования выпуск белил высших марок из низкосортных и дешевых видов сырья, ранее используемых лишь при производстве низкосортных белил.
4. Организация цинкопотребляющих производств в соответствии с
разработанными в данном исследовании структурами позволяет значительно снизить потребление цинка и его сплавов, повысить эффективность деятельности судостроительных и других ЦПП, сократить количество опасных промышленных отходов, снизить нагрузку на окружающую среду.
