CC BY
20
УДК 621.074
В Н.КОКОРИН, Н.В.КОРОСТЕЛЕВ
ПРОМЫШЛЕННЫЙ РЕЦИКЛИН1 ТЕХНОГЕННЫХ
0 ТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
В условиях ухудшающемся экологической обстановки, истощения ' ырьевой базы, постоянного роста производственных и транспортных затрат нее более актуальными становятся проблемы утипизапии отходов метаялур-
1 нчсских производств.
Необходимыми условиями промышленного освоения технологических процессов угилизации тонкодисперсных отходов аглодоминного (пьыь доломита и известняка) и конверторных (шлам, содержащий (41 - 43) % масс I с-а) производств черной мехаллургии являются: выработка общей концепции рационатьного решения проблем утилизации неметаллических (11МСЛ и кслезессдерлсащих (ЖСО) отходов на основе обеспечения экологической оеюпа^носги произведена и ресурсосбережение, аналитико-эксперимен-■ альнос изучение механизмов смесеприготовления и прессования; минимизация трудоемкости и энергосиловых параметров образования гомогенной & 1 руктурнонеиднородной плогноупакованной механической смеси; подготовка и реализация технических решений по оптимизации селективного отбора 11МО и ЖСО, их подготовке и кемпакт:трованитс
В экспериментальных исследованиях авторы использовали пылевидные юн ко дисперсные вещества аглодоменного производства: а) сухой аморфный шшомит образующийся в процессе обжига кускового доломита (сырья) во прощающихся сараоанкъгч печах; 5) сухой железосодержащий шлам, обра-|ующийся в конверторном производстве в процессе плавки стали. В качестве жидкою связующего средства (ЖСС) использовали жидкое стекло ^а20 • п$Ю2).
Установлено, что при оптимальном соотношении ЖСС и сухих фракций н смеси (шихте) устойчивая оболочка вокруг дискретных элементов фракций образуется за минимальное время смешения компоченточ. Экспериментально определена рациональная технолог яческая схема приготовления смеси:
1 Вьод в смеситель (бегун) ^\их фоакиий смеси. Продо гжительность перемешивания компонентов (1,5 - 2,0) «ш
7ЦвПП П ПТТЧПГ>П 1Ш1. I ълпг-г> п И ШПУТЧ М/У 'Г'
- — — — г—ч * гм - ^ .--- - - .. - . »»^ а >ъ> ал Ш41. - А. ' • - - V •
3. Перемешивание смеси в течение 3 глин.
Вестник УтГТУ 3'99 27
Эксперименты по определению оптимальных характеристик прессования осуществляли обжатием брикетируемой массы в замкнутом прос гранстве под фиксированным давлением. Прессование производили на гидравлическом прессе номинальным усилием 1600 кН по схеме одностороннего прессования (т к отношение высоты брикета к его диаметру h<> / d6 < 1) при давлениях от 50 до 200 МПа, что соответствует силовым режимам и схемам нлгружения брикегировочного валкового пресса ОАО «Северсталь». Цилиндрические образцы прессовали на гидравлическом прессе пои статическом нагружении по схеме двустороннего прессования (ГОСТ 10937 - 85) при давлениях от 100 до 700 МПа.
Экспериментально выявлены функциональные связи между контролируемыми входными технологическими параметрами и выходными откликами, определяющими характеристики процессов утилизации Установлено влияние содержать, жидкого стекла (% масс), давления прессования (q, MI la) и времени перемешивания (Т. мин) на прочность на сжатие брикетов (ом \ МПа); относительною плотность материала брикета (р,™, %); ударную прочное гь (хрупкость)- относительною высотч брикета b« / de', усилие выталкивания (Р,„, кК).
Анализ результатов эксперимента позволяет сделав вы вид о детерминированной связи рассматриваемых характеристик. В частности, с увеличением времени хранения отпрессопанньгх брикетов, продолжительности перемешивания и массовой доли ЖСС увеличивается механическая прогчьосхь брикетов. При этом с увеличением давления поессивания oiccb кугконой фракции Дср< 5 мм уменьшается. Установлено уменьшение усилия ььпалкивании брикетов из пресс-формы при уменьшении давления прессования, времени перемешивания и массовой доли ЖСС.
Механические испытание брикетов на сжатие приводили па испита тельной машине мод. ^ МД-20. Нагружение статическое, процесс останавливали при образовании развитой макротрещины. Испытания проводили через 1; 2 и 24 часа после изготовления смеси и брикетирования
Экспериментальные исследования позволили установить основные технологические факторы и диапазоны их варьирования при реализации устойчивого процесса утилизации отходов. Ъыл поставлен полный факторный эксперимент N = 23 с целые установления оснобпых технологических характеристик процесса переработки отходов Выделены и представлены в безразмерном чиде фи основных технологических фактора-
1. Массовая доля (%) жидкого сгекла Xi = ÍC1 X, е- I?. 5 sol
чу к 4 * i ' < I
2. Давление прессования X? -q [МПа]: Х2 е [50 ..200].
28 Вестник Ул1 ГУ 3/99
3. Продолжительность перемешивания смеси Хз=Т [мин]. Хз е [1,0 5,0].
Парамегры оптимизации представлены в следующем виде: V1 = о,6« (1 ч); У2 = (2 ч); У3 = а,1* (24 ч); У4 = Ро™; У 5 = Рил; Y^hc/ds-V! - отсев пыти доломита, %.
В итоге полнофакторного эксперимента получена комплексная параметрическая модель в виде степенного полинома множественного порядка, устанавливающая характеристики процесса утилизации металлургических отходов
ств14 = 11,61 c^V^T10'09: а,24 = 37,97 С10,7 q52,83 Т2'94,
ct^^oücV0'^75;
рош = 0.595 С0,013 q°'0?8x°>003( (1)
Рвю= ^2,085 С0,49 q518 Т0,04; hy'de - 0.642 С <),°06 q-o,o36 р-о,оо2^
' 'oncea шли = 8,7'-i C^q 1Т-0,41
Представленная математическая модель устанавливает функциональные связи во всем комплексе технологии подготовки, переработки и получения качественного продукта (брикета).
Разраоотан технологический процесс рециклит a i продукт из HMO ис-Пжгьзуциш как возвратный флюс, а нз ЖСО - как возвратный металл) техногенных отходов металлургического производства.
Типовой мяовосгтадийиыМ технологический процесс рсмнм НМО и ЖСО включает в себя следующие основные операции, сортировка и классификация по размерам частиц дисперсных материалов; дозирование сухой твердой фракции с жидкой связующей (ЖСС); брикетирование; удаление (свободное) жидкой фазы из матетшапа брикета на протяжении времени хранения на складе Технологические позиции предусматривают механизацию погрузочно-разгрузочных работ.
Реализация предлагаемой технологии рсциклинга обеспечит: вовлечение (возврат) в сферу материального производства тонкодисперсных металлургических неметаллических и железосодержащие отходов; снижение расходов на шихтовые материалы и на транспортные грузоперевозки, исключение расходов на складирование и хранение НМО и ЖСО на внешнем полигоне промотходов; охрану окр\жающсй среды.
Срок окупаемости кагоизльпых сложений при реализации разработанной технологии рециклинга riMO и ЖСО - до 1,5 года.
Экономический эффект ст внедрение предлагаемой технологии определяется возвратом пылевидного доломита (до 20 % от исходном масеы посыпающею р> що! о кускового доломита) и металла, входящего в конвертерный шлам, внедрением сквозной (безотходной4» технологии, обеспечивающей зча-
Вес^никУл! ГУ 3/99 29
чительное снижение транспортных расходов, а также расходов на хранение отходов
Кокорин Валерий Николаевич, кандидат технических наук, ооцент кафедры ЯМатериаловеоение и обработка металлов давлением» УлГТУ, окончил Ульяновский политехнический институт. Имеет патенты РФ и статьи в области промыипенного рецикликга техногенных отходов.
Коростелев Николай Влаоимирович, студент машиностроительного факультета УлПУ.
