Машиностроение. Металлургия

Ежегодно в мире образуется около 200 млн т доменных отходов, 90 млн. т отходов конвертерного производства и 50 млн т отходов дуговых печей. Рост затрат, связанных с выбросом промышленных отходов в отвалы, изменение общественного отношения к проблемам охраны окружающей среды, а также возможность извлечения ценных побочных продуктов из отходов металлургического производства – все это заставляет производителей стали пересмотреть практику удаления отходов [1, 2].

Классификация отходов производства с предписанием технических условий их переработки еще не разработана, однако ее основными признаками могут быть следующие:

а) по отраслям промышленности – черная и цветная металлургия, рудо- и угледобывающая промышленность, нефтяная и газовая и т.д.;

б) по фазовому составу – твердые (пыли, шламы, шлаки), жидкие (растворы, эмульсии, суспензии), газообразные (оксиды углерода, азота, соединения серы и др.);

в) по производственным циклам – при добыче сырья (вскрышные и отвальные породы), при обогащении (хвосты, шламы, сливы), в пирометаллургии (шлаки, шламы, пыли, газы), в гидрометаллургии (растворы, осадки, газы) [3].

На металлургическом комбинате с замкнутым циклом (чугун – сталь – прокат) твердые отходы могут быть двух видов – пыли и шлаки. Довольно часто применяется мокрая газоочистка, тогда вместо пыли отходом является шлам. Наиболее привлекательными и весомыми с практической точки зрения отходами в черной металлургии являются железосодержащие отходы – пыль, шлам, окалина. Меньшее значение имеют отходы известкового, огнеупорного и других производств, не содержащие железа.

При работе основных металлургических агрегатов (агломерационные машины, доменные и мартеновские печи, кислородные конвертеры, электросталеплавильные печи) образуется большое количество тонкодисперсной пыли, состоящей в основном из оксидов железа и различных элементов. Она улавливается газоочистными сооружениями и в зависимости от способа улавливания выдается либо в виде шлама, либо в виде сухой пыли. В существующем цикле металлургического производства сухая пыль находит применение, возвращаясь почти полностью в качестве компонента шихты агломерационного производства.

Шламы можно разделить:

а) на шламы агломерационных фабрик;

б) шламы доменного производства:

1) газоочисток доменных печей;

2) подбункерных помещений доменных печей;

в) шламы газоочисток кислородно-конвертерного процесса;

г) шламы газоочисток электросталеплавильных печей.

По содержанию железа их подразделяют следующим образом:

а) богатые (55-67 %) – пыль и шлам газоочисток мартеновских печей и кислородных конвертеров;

б) относительно богатые (40-55 %) – шламы и пыли аглодоменного производства;

в) бедные (30-40 %) – шлам и пыль газоочисток электросталеплавильного производства.

Основными характеристиками шламов являются химический и гранулометрический состав, однако при подготовке шламов к утилизации необходимо знать и такие параметры, как плотность, влажность, удельный выход и др. Следует отметить, что пыли (шламы) металлургических предприятий по химическому (и отчасти по гранулометрическому) составу отличаются друг от друга. Химический состав пылей (шламов) представлен в таблице.

Агломерационный процесс характеризуется значительным газовыделением: запыленность аглогазов колеблется в пределах 1-7 г/м³. По химическому составу шламы аглофабрик близки к агломерационной шихте (по основным компонентам). Для них характерна полидисперсность – от частиц размером 2,5 мм и более до весьма мелких (0,08 мм и менее). Удельный выход шламов в среднем составляет 2,55 %.

Шламы пылеулавливающих устройств доменной печи образуются при очистке газов, выходящих из нее, обычно в скрубберах или трубах Вентури. Перед ними устанавливаются радиальные или тангенциальные сухие пылеуловители, в которых улавливается наиболее крупная, так называемая колошниковая

Химический состав пылей (шламов) металлургического производства

Хим. элемент %	Вид шламов
	агломераци-онные	доменные (из газочисток)	доменные (подбункерных помещений)	мартеновские	конвертерные	электрометал-лургические
Feобщ	40-50	30-50	33-35	47,5-64,2	40-65	30-55
SiO2	5-10	6-12	7-11	1,5-5	1,4-2,8	2-12
CaO	2,5-15	5-8,5	8-28	1,3-8,5	3,5-1,4	1,5-17
MgO	1,2-3	1,5-2	1-3	1,5-5,3	0,3-1,5	5-27
Al2O3	0,5-2	1,2-3	1-3	0,2-1	0,1-0,3	0,3-10
Cобщ	2,15-5,5	2,5-30	<15	0,04-1,7	0,9-3,2	-
P	0,02-0,03	0,03-0,05	0,01-0,2	0,02-0,06	0,04-0,2	0,02-0,25
Sобщ	0,14-0,8	0,2-0,9	0,15-0,4	0,3-1,2	0,16-0,3	0,02-0,5
Zn	0,01-0,09	0,05-5,3	0,01-0,02	0,002-0,006	0,2-1,5	1,2-2
MnO	0,25-0,41	0,35-0,45	0,1-1,5	0,4-0,6	0,43-1,2	1,5-5,5

пыль, которая возвращается в аглопроизводство как компонент шихты. Плотность их колеблется в пределах 2,7-3,8 г/см³, удельный выход в среднем составляет 2,75 %. Коэффициент использования этих шламов изменяется (на разных предприятиях) довольно значительно – от 0,1 до 0,8. Это довольно тонкодисперсный материал, который характеризуется следующим грансоставом: фракции > 0,063 мм до 10-13 %, 0,016-0,032 мм от 16 до 50 % и < 0,008 мм от 10 до 18 %. В настоящее время эти шламы на некоторых комбинатах после обезвоживания используются как добавка к агломерационной шихте. Сравнительно низкий уровень их использования объясняется относительно невысокой долей железа в них (Fe_общ < 50 %), а также повышенным содержанием цинка (> 1 %), что требует предварительного обесцинкования шламов.

Шламы подбункерных помещений доменных печей образуются при гидравлической уборке просыпи с полов подбункерных помещений, их составной частью является также пыль аспирационных установок этих помещений. Шламы подбункерных помещений по гранулометрическому составу являются материалами средней крупности (частиц размером 0,1-0,063 мм 20-45 %). Плотность шламов подбункерных помещений колеблется в пределах 3,5-4,5 г/см³. Эти шламы обычно используются также как добавка к агломерационной шихте.

Характерной особенностью шламов газоочисток мартеновских печей является высокое содержание в них железа. Кроме того, они содержат большое количество очень мелких частиц (фракция < 0,008 мм до 45 %), поэтому плотность их достигает 4,5-5,0 г/см³. Средний удельный выход шламов составляет 1,4-1,3 % от массы шихты.

Газы, выходящие из кислородного конвертера (особенно при продувке кислородом), уносят много пыли – до 30 г/см³, а в некоторые периоды плавки до 60 г/см³. Обычно применяют мокрые методы очистки таких газов. Шламы конвертерных газоочисток богаты железом. В то же время они содержат значительное количество частиц весьма малых размеров (фракция < 0,005 мм до 40 %). Плотность их высока (до 5 г/см³), удельный выход – в пределах 1,0-3,0 % [4].

В электропечах выплавляется сталь различных марок, в том числе и высоколегированная, поэтому химический состав шламов изменяется в широких пределах. Для этих шламов характерно наличие большого количества частиц малых размеров фракций: 0,05-0,01 мм до 15-40 %; 0,01-0,005 мм до 20-40 %; <0,005 до 20-40 %.

Плотность шламов довольно высока и достигает 4,5 г/см³. Удельный выход их меняется в широких пределах (от 0,5 до 7,5 %) в зависимости от состава, применения кислорода для продувки ванны, емкости печи.

Кислородно-конвертерное производство АО «МитталСтил Темиртау» работает в несколько иных условиях, чем кислородно-конвертерное производство комбинатов стран СНГ. Прежде всего, чугун имеет повышенное содержание фосфора ~ 0,3-0,4 %. Отсюда возникает повышенный выход шлама и высокое содержание фосфора в шламе до 0,54 %.

На АО «МитталСтил Темиртау» 300-тонные кислородные конвертеры работают по схеме без дожигания оксида углерода. Некондиционные конвертерные газы после мокрой очистки поступают на свечу и при содержании в них 24 % СО сгорают до СО₂ с недожогом 6 %. В период до достижения 24 % СО и перед окончанием продувки, когда содержание СО снижается, газы выбрасываются в атмосферу без дожигания [5].

Первая ступень: граневор – полый башенный противоточный аппарат высотой 35 м, диаметром 5,75 м предназначен для очистки газов от крупных фракций пыли. На граневоре выполнено четыре пояса орошения (на каждом поясе по шесть центробежных форсунок диаметром 108 мм, которые закреплены нестационарно, что дает возможность проводить их чистку). Расход воды на форсунки составляет 530 м³/ч.

Вторая ступень: соливор – аппарат высотой 48 м, диаметром 5,75 м, в верхней части которого установлен один ярус орошения из восьми центробежных форсунок диаметром 215 мм. Ниже установлена труба Вентури с кольцевым зазором (высотой 1,5 м и диаметром 5,35 м), перед которой находится завихритель. Расход воды на вторую ступень составляет 800 м³/ч. Эффективность очистки – 96 %.

При переделе фосфористого чугуна в 300-тонных конвертерах двухшлаковым процессом с промежуточным скачиванием характерно наличие большого количества вредных выбросов в атмосферу как организованных, так и неорганизованных. Как показали исследования, за период плавки через свечу выбрасывается в среднем 0,52 кг пыли и 8,32 кг СО на 1 т стали.

Образовавшаяся шламовая пульпа по трубе Вентури попадает в лоток, затем через большую распределительную камеру поступает в радиальные отстойники. Конвертерный шлам, поступая в отстойники, собирается скребками и откачивается в насосную станцию шламовой перекачки. Вода уходит самотечным коллектором в приемную камеру насосного оборотного цикла. Шлам после насосной станции отправляют в золошламонакопитель.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Сухарников Ю.И., Венчиков Ю.М., Левинтов Б.Л. Шламы флотации каменных углей как энергетическое топливо // Промышленность Казахстана. 2002. № 5. С. 28-31.

2. http://ru.wikipedia.org/wiki/шлам

3. Белецкий Р.К., Каноненко Г.М. Перспективы работ по использованию отходов производства // Сталь. 1999. № 12.

С. 18-21.

4. Мирко В.А., Левинтов Б.Л., Климушкин А.Н. и др. Утилизация твердых техногенных отходов ОАО «Испат-Кармет» // Промышленность Казахстана. 2002. № 12. С. 22-23.

5. Левинтов Б.Л., Зейфман В.М., Агаркова М.А., Столярский О.А., Витущенко М.Ф., Венчиков Ю.М. Проблемы образования и пути утилизации шламовых отходов в АО «МитталСтил Темиртау» // Сталь. 2007. № 8. С. 115-118.

УДК 621.9.02 (075.8)

Опыт изготовления штампов с помощью самотвердеющих пластмасс и криогенной обработки

В.Г. БОЯРСКИЙ, ст. преп. кафедры ТМ, М.Р. СИХИМБАЕВ, д.э.н., доцент, профессор кафедры ТМ, Карагандинский государственный технический университет

Ключевые слова: штамп, самотвердеющие пластмассы, блоки штампов, направляющие колонок штампа.

Изготовление штампов имеет свои особенности, которые по-разному решаются на машиностроительных предприятиях. Очень важным для получения необходимого качества деталей является соблюдение требований к точности блока штампа, которая обеспечивается соответствующей посадкой втулки верха блока штампа и колонкой низа.

На заводах угольного машиностроения (ЗАО КМЗ им. А. Пархоменко и НКМЗ) накоплен опыт применения самотвердеющих пластмасс при изготовлении блоков штампов для крепления направляющих втулок в плитах блока. Главные преимущества такого крепления: исключается операция точного сверления и растачивания отверстий в плитах блока, исключается операция шлифования посадочных поверхностей направляющих колонок и втулок, отпадает притирка направляющих колонок и втулок в собранном состоянии (втулки не деформируются, поскольку их не запрессовывают в гнездо), возможно точное расположение и ориентирование направляющих колонок. Шероховатость поверхности соединения должна быть Rz=320-160 мкм (после грубого точения или сверления). Взаимная параллельность и перпендикулярность между направляющими колонками и плоскостями плит блока достигается с помощью специального приспособления. Отпадает необходимость в использовании дорогостоящего оборудования – координатно-расточных станков и применения труда высококвалифицированных специалистов при работе на этом оборудовании.

После запрессовки направляющих колонок 1 в нижнюю плиту блока направляющие втулки 2 вклеиваются с помощью самотвердеющей пластмассы 3 (рисунок) в верхнюю плиту [1]. Для упрощения и ускорения изготовления блоков штампов и обеспечения посадки колонки со втулкой применяют, главным образом, два технологических самотвердеющих вида пластмасс: бутакрил или акрилат АСТ-Т и эпоксидные компаунды. Бутакрил или АСТ-Т применяют в основном при изготовлении направляющих поверхностей съемников и выталкивателей штампов, а также при закреплении пуансонов сложной конструкции в пуансонодержателе. Бутакрил и АСТ-Т (акрилат самотвердеющий технический) принадлежат к группе холоднотвердеющих пластмасс.

Блок штампа с заливкой самотвердеющей пластмассы

Их практическое приготовление и применение является самым простым из всех видов пластмасс. Бутакрил и АСТ-Т состоят из двух компонентов – порошка и раствора. Смесь застывает при комнатной температуре в течение 4-10 ч в зависимости от количества отвердителя – диметиланилина (1 % и больше). Текучесть смеси во многом зависит от соотношения компонентов: если в состав ввести большое количество порошка и дольше его размешивать (более 3 мин), текучесть смеси уменьшается и ею трудно заполнить узкие щели. Стандартные соотношения порошка и раствора следующие: для бутакрила – 0,75, для АСТ-Т – 0,9. В таблице приведены физико-механические свойства пластмасс, соответствующие этому соотношению. Для эпоксидных компаундов, как и для вышеупомянутых технологических пластмасс, композицию составляют из двух главных компонентов: эпоксидной смолы и отвердителя – полиэтиленполиамина. Эпоксидная смола реагирует с отвердителем и затвердевает при комнатной температуре в течение нескольких часов. Однако в таком виде эпоксидные смолы не применяют, так как они очень хрупкие. В практике в эпоксидные компаунды добавляются следующие компоненты: пластификатор (дибутилфталат) и различные наполнители (цемент, кварцевый песок, шиферная мука, графит и порошки различных металлов).
Физико-механические свойства самотвердеющих пластмасс

Физико-механические свойства	Бутакрил	АСТ-Т
Усадка, мм	0,2-0,3	0,4-0,6
Твердость, HB	12-15	12-13
Предел прочности, в, кг/см2
- сжатия	550-750	650-800
- сдвига	400-350	450-500
- растяжения	300-350	450-500
Максимальная температура эксплуатации, С	100	120

Для обеспечения посадки колонок в плиту штампа используется способ криогенной обработки [2]. Тепловые посадки имеют ряд преимуществ по сравнению с соединениями, получаемые прессованием. Они имеют большую прочность. Применение нагрева или охлаждения при посадке деталей позволяет во многих случаях обходиться без прессового оборудования.

Сущность процесса посадки холодом заключается в охлаждении охватываемой детали (вала, оси, пальца, штифта, втулки и т.п.) до температуры, достаточной для того, чтобы свободно установить ее в отверстие охватывающей детали. Охлаждение осуществляется в жидком азоте, в твердой углекислоте (сухой лед), имеющих соответственно температуры 190 °С – 196 °С и 75 °С – 80 °С ниже нуля.

При работе на установках с непосредственным контактом деталей с жидким азотом, в связи с его быстрым испарением, необходимо следить и поддерживать уровень жидкости в камере охлаждения. Для выхода паров в крышке должно быть предусмотрено отверстие, оно же используется и для заливки азота. Уровень охлаждающей жидкости должен быть выше верхней точки охлаждаемых деталей на 70-100 мм. Время охлаждения втулок с толщиной стенок 5-10 мм равно 6-10 мин, втулки с толщиной стенок 20-30 мм охлаждаются не менее 20-30 мин. После охлаждения детали быстро вынимаются сухими клещами и устанавливаются в подготовленное отверстие. При посадке надо следить, чтобы детали входили без перекосов. Удары по детали запрещаются, так как при низкой температуре на ней могут появиться трещины в связи с тем, что ударная вязкость металла падает. Охлажденная деталь должна свободно входить в отверстие.

Недостатком метода охлаждения деталей, в частности втулок с буртом, является наличие температурного зазора, возникающего при нагревании втулки до окружающей температуры после ее посадки. В случае больших удельных давлений, воспринимаемых этим буртом, зазор должен быть устранен запрессовкой втулки.

Перед охлаждением при установке колонки производится подготовка отверстия втулки, в которую будет устанавливаться охлаждаемая деталь: снимаются заусенцы, очищаются поверхности от масла. Колонки перед охлаждением должны быть обезжирены и очищены от стружки и грязи. При работе с охлаждающей средой необходимо строго соблюдать требования техники безопасности. Запрещается работа по запрессовке деталей штампов путем охлаждения без точного инструктажа обслуживающего персонала. Недопустимо охлаждение промасленных деталей. Извлечение деталей из сосудов Дьюара и из камер должно производиться только специальными клещами.

При посадке деталей со значительными натягами одного охлаждения охватываемой детали недостаточно, чтобы обеспечить требуемую усадку ее для свободной посадки в охватывающую деталь. В этих случаях рационально применять комбинированный метод посадки, заключающийся в подогреве охватывающей детали и охлаждении охватываемой. Подогрев охватывающей детали можно производить в кипящей воде.

Опыт изготовления штампов на заводах угольного машиностроения с применением самотвердеющих пластмасс и обработки холодом доказывает, что эти технологии значительно упрощают трудоемкие операции сборки штампов, позволяют отказаться от дорогостоящего оборудования – координатно-расточных станков, прессового оборудования, а криогенная обработка обеспечивает надежное прессовое соединение колонки с плитой штампа.

жүктеу 4,4 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: