Компактная агломерационная установка для рециклинга вторичных ресурсов. Программа подготовки Рециклинг научноисследовательская работа
 Скачать 0.69 Mb.
|
2.1 Пуск и эксплуатация агломерационных машинПуск в эксплуатацию агломерационных машин совпадает обычно с вводом в действие новых агломерационных фабрик или же с вводом в эксплуатацию следующей очереди строительства уже действующей фабрики. В том и другом случаях пуск машин возможен лишь после полного окончания строительных и монтажных работ во всех звеньях фабрики, обеспечивающих снабжение пускаемой машины шихтой. Кроме того, в главном корпусе фабрики должна быть закончена, проверена и сдана в эксплуатацию приточно-вытяжная вентиляция. В остальных помещениях фабрики вентиляция может сдаваться параллельно со сдачей технологических узлов фабрики. Пуск фабрики должен начинаться с градуировки питателей шихтового отделения. Градуировочные работы проводятся за несколько дней до предстоящего пуска фабрики параллельно с практическим инструктажем рабочих шихтового отделения. Для градуировки питателей в шихтовом отделении устанавливаются десятичные весы, которые остаются там постоянно и после ввода всей фабрики в эксплуатацию с тем, чтобы систематически проверять градуировочную шкалу. Кроме весов, требуется легкое металлическое корыто, которое, будучи положенным на транспортер, должно свободно проходить под питателями бункеров. Градуировка производится при разной высоте заполнения бункеров материалами, так как в зависимости от высоты столба материала в бункере при одной и той же высоте поднятия шибера у питателя количество выдаваемого материала будет различно. Обычно достаточно бывает произвести градуировку при полном заполнении бункера, заполнении наполовину и на одну треть, что может быть сделано уже после пуска фабрики. Градуировка производится следующим образом: на движущийся транспорт ставится корыто, в которое за время прохождения его под бункером поступает материал из питателя. Время прохождения корыта под бункером засекается по секундомеру. Затем корыто снимается с транспортера и взвешивается для определения веса загруженного в него материала. При одном и том же поднятии шибера делают два-три замера и берут среднеарифметическое их значение. Зная вес материала и время, за которое он поступил на транспортер, вычисляют производительность питателя при определенном поднятии шибера, которую изображают в виде графика, вывешиваемого у каждого питателя для повседневного пользования. Перед подачей шихты на агломерационные машины проверяются и опробуются газо- и воздухопроводы к горну, подводы и отводы воды для горна и гидравлического уплотнения, пусковая аппаратура, блокировка и сигнализация. Пуск машины осуществляют в следующей последовательности: Пускают воду в охлаждаемую систему зажигательного горна и в шланги гидравлического уплотнения горна. Запускают эксгаустер при закрытых шиберах вакуум-камер и шибере эксгаустера. Разжигают горн. Первое разжигание горна во избежание разрушения кладки ведут с постепенным повышением температуры в течение 4—6 час. до рабочей температуры 1100—1200°. Пуск газа в горелку разрешается лишь на хорошо горящий под горном костер. Продукты горения удаляют через первую и вторую вакуум-камеры, для чего на этих камерах открывают шиберы и шибер эксгаустера для обеспечения вакуума в первых двух камерах порядка 200—300 мм. Перевод горна на газ осуществляют в следующем порядке: открывают задвижку, пускают в горелку воздух; пускают газ при давлении не ниже 30 мм вод. ст.; устанавливают на автоматических регуляторах заданное соотношение воздух — газ. Разжигание горна и перевод его на газ могут осуществляться также при предварительно загруженных шихтой тележках. Непрерывная загрузка тележек шихтой производится после розжига горна и подачи вагонов под агломерат или же обеспечения приема агломерата другим запроектированным на фабрике способом. С пуском шихты на машину по мере продвижения спекательных тележек последовательно открываются шиберы вакуум-камер и горячим факелом проверяется работа системы уплотнений с обеих сторон машины и в торцовых частях. Кроме того, проверяется: температура отходящей воды из охлаждающей системы горна и уплотняющих шлангов, которая для горна не должна превышать 80°, а для уплотнения 20—30°; показания электроизмерительной аппаратуры при заданном режиме работы агломерационной машины; равномерность выдачи и заполнения тележек постелью и шихтой на установленную высоту слоя; бесперебойность поступления смазки к уплотняющим пластинам; отсутствие ступенчатости в цепи движущихся по верхнему пути тележек; равномерное зажигание поверхности шихты по всей плоскости зеркала зажигания; во время пуска машины необходимо следить за смазкой подшипников, зубчатых колес и роликовых зубьев звездочек привода. Во избежание значительного нагревания бортов и корпусов палет воспрещается останавливать машину более чем на 3—5 мин. под работающим горном. Все замеченные недостатки в работе машины и вспомогательного оборудования немедленно устраняются, и по достижении нормальной работы всех механизмов опытный пуск заканчивается и машина или вся фабрика передается в постоянную эксплуатацию. За период подготовки к пуску разрабатываются подробные инструкции для главнейших рабочих мест, комплектуется штат рабочих фабрики, с которыми проводится изучение необходимого технического минимума по специальной программе и к работе допускаются те из них, которые усвоили необходимый минимум знаний и прошли подробный инструктаж по охране труда и технике безопасности. В процессе опытного пуска предварительные инструкции уточняются, дополняются и после утверждения руководством предприятия вывешиваются на видных местах для повседневного пользования. 3 Переработка металлической стружкиПереработка отходов в виде металлической стружки является актуальной проблемой для металлообрабатывающих и металлургических предприятий. Как правило, на заводах нет оборудования, позволяющего эффективно утилизировать отходы такого вида. Кроме этого, данная стружка загрязнена всевозможными примесями: СОЖ, масло, влага, песок, шламы, древесина, цеховой мусор, что усложняет проблему ее переработки на месте образования. Общая загрязненность неосушенной стружки СОЖ, влагой и маслом составляет 10 – 15 %, что снижает ее металлургическую ценность. Но в то же время металлическая стружка содержит такие ценные элементы как Cr, Ni, V, Ti, Mo, что делает ее весьма привлекательной для переработки непосредственно в местах образования. Как правило, стружка переплавляется в дуговых печах, но использование такого агрегата влечет за собой высокий угар легирующих элементов, что требует дополнительного легирования ферросплавами. Применение дуговых печей постоянного тока при переработке стружки за счет снижения фликкер-эффекта и оптимизации других параметров процесса позволяет увеличить выход годного, но не решает полностью проблему переработки таких отходов. Также, с одной стороны, металлическая стружка наименее привлекательный материал для скупщиков лома, ее стоимость на рынке вторичных металлов невелика, транспортировка из-за малой насыпной плотности обходится достаточно дорого, а с другой стороны обрабатывающие предприятия отдают свои отходы по минимальной цене, так как отсутствует приемлемая технология по переработке стружки на своей территории. Отход металла в стружку составляет 25 – 40 % при изготовлении деталей машин и механизмов из заготовки. Переработка стружки по известным технологиям при переплаве в обычных топливных и электрических печах требует больших затрат (необходимы операции подготовки, очистки, пакетирования стружки) и приводит к значительным потерям металла вследствие угара, который достигает 20 – 30 %. Имеется множество технологий, позволяющих переплавлять металлическую стружку, и предлагаемая схема по переработке стружки в печах электрошлакового переплава может являться альтернативой существующим и применяться в тех случаях, когда ее использование оказывается экономически более выгодным и технологически обоснованным. Особенно актуальной такая технология будет для процесса электрошлакового производства трубной арматуры и деталей трубопроводов (фланцев, отводов). В последнее время количество предприятий производящих такие изделия постоянно увеличивается, но, как правило, электрошлаковая установка это единственный плавильный агрегат в их производственных мощностях. В данной работе рассмотрена альтернативная схема по переработке металлической стружки непосредственно в печи электрошлакового переплава (рис.4). Данная схема может быть использована как при плавке с использованием тигля и разливке с использованием машин центробежного литья, так и при плавке в водоохлаждаемом кристаллизаторе.  Рис. 4. Схема рециклинга металлической стружки Следует отметить, что многие исследователи поднимали в своих работах вопрос переплава металлической стружки в печах ЭШП. В основном, исследования процесса рециклинга в печи ЭШП можно разделить на два различных направления – с предварительным брикетированием стружки и с присаживанием шихтовых материалов непосредственно на поверхность шлаковой ванны. В части данных работ изложена только практическая часть по процессу переплава, при этом полученные выводы не отвечают на многие вопросы связанные непосредственно с процессом переплава, в частности, как происходит плавление шихтовых материалов, а также влияние их фракционного состава на производительность. В других работах, наоборот, исследуются физико-химические особенности процесса рециклинга, в частности изменение химического состава в процессе переплава из-за угара металла. Также имеются работы в которых изложены как технологические, так и физико-химические особенности рециклинга стружки в печах электрошлакового переплава с использованием нерасходуемых электродов. Настоящая работа рассматривает механизм расплавления металлических отходов в виде стружки в шлаковой ванне. Все приведенные выше работы не рассматривают в какой именно момент происходит плавление при использовании в качестве шихтовых материалов металлической стружки. Одним из вариантов исследования процесса плавления является построение математической модели и решение задачи теплопереноса с фазовыми переходами. Но данный способ является достаточно сложным из-за одновременного существования сразу 3 фаз: твердый металл, жидкий металл, жидкий шлак. Также возможно кратковременное образование 4 фазы – твердый шлак на поверхности стружки (процесс намерзания шлака на металл). Для упрощения математическую задачу можно свести к существованию 2 фаз: твердый и жидкий металл, но примененный в данной работе экспериментальный способ наиболее оптимален для установления параметров процесса плавления стальной стружки в шлаковой ванне, и позволяет установить требуемые данные практическим путем. Исследование процесса поведения подобных материалов в шлаковой ванне является достаточно затруднительным из-за высокой температуры шлаковой ванны и пылегазовых выделений. В нашем случае для переплава металлической стружки используется печь электрошлакового переплава с бункером для шихтовых материалов, системы дозации и полого графитированного электрода – данная конструкция оборудования занимает весь объем кристаллизатора установки ЭШП, что делает прямое наблюдение невозможным (рис.2). Поэтому оптимальным вариантом для данного эксперимента является применение печи Таммана. Данный агрегат позволяет наблюдать за процессом расплавления стружки на поверхности, т.к. в конструкции отсутствует электрод, а также имеется возможность регулировать температуру шлаковой ванны в достаточно широких пределах.  Рис. 5. Схема установки электрошлакового переплава: 1- механизм перемещения электрода; 2 – кристаллизатор; 3 – поддон; 4 – бункер для шихтовых материалов; 5 – дозатор; 6 – электропривод; 7 – воронка; 8 – шнековый питатель; 9 – полый нерасходуемый электрод; 10 –источник питания. Для изучения этого процесса была проведена серия экспериментов с использованием стружки различного фракционного состава (рис.5). В проведенном исследовании стружка предварительно дробилась и очищалась от смазочно-охлаждающей жидкости, затем присаживалась непосредственно на поверхность шлаковой ванны. Процесс расплавления фиксировался с помощью приборов фото-видео съемки (рис. 7). Дробление стружки является обязательным условием, т.к. при отсутствии данной операции поступление шихты в зону плавления будет затруднено, а во многих случаях невозможно. Используемые тигли были изготовлены из графита, т.к. применение алундовых тиглей обычно применяемых в печи Таммана невозможно из-за высокой температуры шлаковой ванны и активности применяемого флюса.  Рис. 6. Варианты используемой стружки. В ходе работы выявлено, что стружка плавится, находясь ещё на поверхности шлаковой ванны и не опускается в нее до момента полного расплавления погруженной части. При этом независимо от количества шихтового материала, находящегося над поверхностью шлаковой ванны не происходит погружения стружки под давлением насыпного слоя. Данное условие сохраняется только для используемой установки и промышленных электрошлаковых печей, высота кристаллизатора в которых, как правило, не слишком высока, в отличие от переплава стружки в дуговых сталеплавильных печах. Также малозначительно влияние вязкости шлака на погружение стружки в металл. При стандартной температуре процесса электрошлакового переплава (1700 – 2000 °С) вязкость шлака низка, но шихтовые материалы из-за малой насыпной плотности не погружаются до полного расплавления. На основе проведенного и предыдущих исследований можно сказать, что размер отдельной частицы незначительно влияет на количество металла расплавленного в единицу времени. Таким образом, процесс переплава в ЭШП возможен при использовании в качестве шихты всех вариантов стружки представленных на рис. 6.  а б в  г д е Рис. 7. Плавление стружки в шлаке. Секунд после погружения шихты в шлаковую ванну: а – 3; б – 4; в – 6; г – 8; д – 10; е – 14. На основе полученных данных была проведена серия экспериментов непосредственно на печи ЭШП. Переплав проводился на лабораторно-промышленной установке, разработанной на основе печи электрошлакового переплава А-550У в соответствии со схемой, приведенной на рис.4. Главное отличие данной установки – полый электрод, который позволяет присаживать стружку в центральную, наиболее горячую зону шлаковой ванны. Технологические параметры установки подбирались таким образом, чтобы массовая скорость переплава стружки с применением нерасходуемого графитированного электрода находилась на одном уровне по сравнению с классической технологией, когда используется расходуемый стальной электрод, что позволило достичь оптимальной производительности. В результате были получены слитки массой около 15кг (рис.8). Полученный слиток имел однородную плотную структуру, усадочная раковина практически отсутствовала. На поперечном разрезе слитка включения в виде нерасплавившихся частиц стружки или шлака отсутствовали, визуально он не отличался от слитка полученного переплавом обычного стального электрода. Единственным недостатком слитка можно считать образование так называемого «гофра», в донной части слитка. Как правило, это происходит при сбросе мощности выделяемой в шлаковой ванне, но в данном случае это связано с тем, что выделяемое в шлаке тепло расходовалось на расплавление новых порций наводимого шлака. Имеющаяся неровность поверхности является спецификой плавки с «твердым стартом».  Рис.8. Слиток электрошлакового переплава стружки. В качестве шлаков в процессе переплава были использованы АНФ-6, АН-29 и АНФ-32 (табл.3). Таблица 3. Химический состав шлаков
После проведения плавок из разных частей полученных слитков были изготовлены образцы для проведения химического анализа на содержание углерода, т.к. возможно науглероживание металла в процессе переплава (табл.4). Таблица 4. Содержание углерода в слитке.
Содержание углерода оказалось приемлемым только при использовании шлака АНФ-32, в составе которого дополнительно введен оксид кремния. Следует отметить, что влияние содержания кремния на науглероживание металла было подробно изучено специалистами Института электросварки им Е.О. Патона, в результате чего ими был разработан шлак АНФ-34 с ещё более высоким содержанием кремния (от 8 до 15%), который рекомендуется для электрошлаковой обработки сталей и сплавов. По данным ИЭС. им. Е.О. Патона данный флюс значительно снижает возможность науглероживания металла, но, в то же время отсутствуют исследования о влиянии высокого содержания оксидов кремния в составе шлака на качество выплавляемого металла. Проведенные макро и микроанализ полученных слитков не обнаружили металлической стружки в структуре выплавленного металла. На основе металлографического исследования был сделан вывод, что при использовании шлаков АНФ-6 и АНФ-32 более 80% включений имеют размер от 4 до 12мкм (рис.9). Включения имеют остроугольную форму, что подтверждает их оксидное образование.  Рисунок 9 – Неметаллические включения (Х500) При использовании шлака АН-29 результаты оказались неудовлетворительными, т.к. количество включений из оксидов алюминия значительно превышало требуемое. Столь высокое содержание включений, а также повышение содержания углерода более чем на 1% привело к появлению трещин в продольном сечении слитка. Химический анализ слитка выплавленного на флюсе АНФ-32 показал полное соответствие химическому составу стали 35ХГСА, стружка которой использовалась в процессе переплава, а науглероживание металла от графитированного электрода находится в допустимых пределах в соответствии с ГОСТом для данной марки стали (табл. 5). Таблица 5. Исследование химического состава слитка.
Выполненные исследования показывают, что использование печи электрошлакового переплава как одного из способов рециклинга металлической стружки возможно, а предлагаемая технологическая схема имеет следующие преимущества перед классической многостадийной схемой переплава с использованием дуговой сталеплавильной печи: – уменьшен угар металла и легирующих элементов; – сокращено количество стадий получения конечного металла; – снижен расход электрической энергии; – возможна переработка металлической стружки в местах ее непосредственного образования. В дальнейшем планируется провести исследования плавления металлической стружки непосредственно в слое шлака, т.к. имеется предположение, что при значительном увеличении толщины стружки она не будет успевать расплавляться на поверхности и в верхней части шлаковой ванны, а также изучить влияние оксидов кремния в составе флюса на качество выплавляемого металла. ЗаключениеПроцесс эксплуатации агломерационных установок тесно связан с охраной окружающей среды. Современное состояние накопления и складирования отходов металлургического производства показывает, что существуют нереализованные возможности их рационального использования. Отвалы возникают из-за отсутствия эффективных способов переработки сырья, содержащегося в них. .Выполненные исследования показывают, что использование печи электрошлакового переплава как одного из способов рециклинга металлической стружки возможно, а предлагаемая технологическая схема имеет большие преимущества перед классической многостадийной схемой переплава с использованием дуговой сталеплавильной печи. Список использованных источниковwww.svsokol.ru А. Лаптева. В поисках сырья // Национальная металлургия. № 6. 2003. с.43-51. Юсфин Ю.С., Леонтьев Л.И., Черноусов П.И. Промышленность и окружающая среда. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2002. 455– 469 с. Черепанов К.А., Черныш Г.И., Динельт В.М. Утилизация вторичных материальных ресурсов в металлургии. М.: Металлургия, 1994. 224 с. В. Кириченко. Из пыли и шламов // Рынок вторичных металлов. №6 (8). 2001. Ладыгичев М.Г., Чижикова В.М. и др. Сырьё для черной металлургии: Справочное издание:В 2-х т. Т.1. Сырьевая база и производство окускованного сырья (сырье, технологии, оборудование) – М.: Машиностроение-1, 2001. – 896 с. Лисин В.С., Скороходов В.Н. и др. Ресурсо-экологические решения по утилизации отходов металлургического производства // Чёрная металлургия. № 10. 2003. с. 64-71. Кокорин В.Н, Григорьев А.А, Кокорин М.В, Чемаева О.В. Промышленный рециклинг техногенные отходов // Учебное пособие. Ульяновск 2005. с. 76-80. Демин Б.Л., Сорокин Ю.В., Зимин А.И. Техногенные образования из металлургических шлаков как объект комплексной переработки // Сталь. 2000. № 11. с. 99-102. Г. Стилль, Х. Зигмунд, Б. Фритц, К. Кесселер, Ю. Мёллер. Управление потоками материалов в черной металлургии // Чёрные металлы. № 7. 2003. с. 43-49. Агломерация рудных материалов. Научное издание / Коротич В.И., Фролов Ю.А., Безденежный Г.Н. Екатеринбург: ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ», 2003. 400 с. Шведко В.М., Томилин И.А., Ниязбекова Р.К. Шламы и пыли черной металлургии – сырьевой источник цветных металлов // Известия ВУЗов. Чёрная металлургия. №3. 1994. с. 8-10 Вегман Е.Ф., Жеребин Б.Н. и др. Металлургия чугуна. М.: Металлургия. 1989. 512 с. И.Г. Товаровский, В.В. Севернюк и др. Пути повышения эффективности использования конвертерных шлаков в доменной плавке // Сталь. №4. 2003. с.17-20. Белкин А.С., Юсфин Ю.С., Курунов И.Ф. и др. Использование железококсовых брикетов на цементной связке в доменной плавке. – М. «Металлург». № 4. 2003. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||