Вторинне використання металів і сплавів
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ДОНЕЦЬКИЙ
НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Кафедра
„Прикладна екологія та охорона навколишнього
середовища”
КУРСОВА
РОБОТА
з дисципліни „УТИЛІЗАЦІЯ ТА РЕКУПЕРАЦІЯ ВІДХОДІВ”
на тему:
„Вторинне
використання металів і сплавів”
Виконавець
студентка групи ЕП-07 __________________ Тасбаш Д.Є.
(підпис, дата)
Керівник
Доцент __________________ Панасенко А. І.
(підпис, дата)
Донецьк, 2011
РЕФЕРАТ
Курсова робота: 22 с., 4 рис., 1 табл., 7 посилань.
Метою роботи є вивчення методів вторинного використання металів та сплавів.
У роботі розглянені процеси утворення прокатної окалини; надана характеристика і класифікація окалини прокатного виробництва; приведен опис головних напрямків використання прокатної окалини; описан один з найбільш поширених методів утилізації прокатної окалина та наведені основні перспективи утилізації окалини.
ПРОКАТНЕ ВИРОБНИЦТВО, ОКАЛИНА,
ВСТУП
Виробничі процеси роблять вплив на економічну й екологічну ефективність не лише власне технологією, але і кількістю відходів, що утворюються, витратами на підтримку екологічної безпеки середовища, її здібності до самоочищення і відновлення. Тому на сучасному етапі розвитку економіки перехід до мало- і безвідходних технологій є об'єктивною необхідністю. Більш глибока переробка вихідної сировини і максимальне використання наявних відходів дозволяє вирішувати проблеми інтенсивного високоефективного розвитку на основі ресурсозберігання і запобігання забрудненню довкілля.
Традиційним шляхом різкого скорочення об'єму шкідливих викидів є створення відповідних очисних споруд. Проте рентабельність вживання очисних споруд у міру зростання промислового виробництва весь час зменшується. На сьогоднішній день їх вартість часто наближається до капітальних вкладень в розвиток основної технології. Крім того, вживання очисних споруд значно ускладнює технологічні схеми виробництва.
Радикальне вирішення проблем захисту біосфери може бути досягнуте повсюдним вживанням безвідходних технологій. Безвідходні виробництва в загальному плані передбачають повну комплексну переробку сировини і відсутність всяких відходів в замкнутому технологічному ланцюзі. У екологічному відношенні в таких виробництвах мають бути відсутніми шкідливі для природи відходи, що забруднюють довкілля.
Повторне використання
Метою даної роботи є розгляд
основних напрямків переробки
відходів прокатного
Головними задачами, поставленими в цій роботі є:
- розгляд процессу утворення відходу під час прокатного виробництва;
- надання характеристики й класифікація відходів прокатного виробництва;
- розгляд основних способів переробки відходу прокатного виробництва;
- надяння технологічного опису процесу брикетування окалини;
- визначення перспективних напрямків використання прокатної окалини.
1
ОПИС ПРОЦЕСУ УТВОРЕННЯ ОКАЛИНИ
ПРОКАТНОГО ВИРОБНИЦТВА
Прокатне виробництво має велике значення в народному хазяйстві; прокатці піддають до 90 % всієї сталі, що виплавляється, і велику частину кольорових металів.
Прокатка здійснюється для одержання потрібного профілю металу. Шляхом прокатки зі злитків стали, а також кольорових металів і сплавів одержують листи, сортові й фасонні профілі, труби й т. д.
Продукцією прокатки є або готові вироби (рейки, балки, труби й ін.), або заготовки для наступної обробки куванням, штампуванням, волочінням або різанням.
Прокатка здійснюється шляхом пропуску нагрітого або холодного металу між обертовими валками на спеціальних машинах - прокатних станах. При цьому відбувається зміна форми й зменшення поперечного перерізу заготовки, і збільшення її довжини.
Для гарячої прокатки сталь нагрівають приблизно до температури кування; мідь, алюміній і їх сплави також прокочуються в гарячому стані. Холодна прокатка застосовується лише для одержання тонких виробів (металеві стрічки, листи для пружин та ін.) з гарячекатаної заготовки.
По призначенню прокатні стани діляться на обтискні (у тому числі блюмінги й слябінги), сортові, листові й спеціальні; по кількості валків у робочій кліті (комплект валків, укладених між парою станин) - на двох -, трьох - і багато-валкові стани. Якщо валки можуть змінювати напрямок обертання, то такі стани називаються реверсивними. На реверсивних станах прокатка заготовки ведеться як в одну, так і в іншу сторону.
Якщо напрямок обертання валків незмінно, стани називаються нереверсивними. Незручність цих станів полягає в тому, що прокатка проводиться тільки в одному напрямку; для повторних пропусків заготовка вертається через верхній валок. Тривалкові стани мають у робочій кліті три валки з постійним напрямком обертання. Прокатка заготовок на таких станах ведеться в одну сторону між нижнім і середнім валком, а в іншу - між середнім і верхнім.
Блюмінг є двохвалковим реверсивним станом. На блюмінгах сталеві злитки вагою 5 - 15 т прокочуються в блюми (квадратна заготовка) перетином від 200 X 200 мм до 400 X 400 мм. На слябінгу прокочуються сляби (листова за готування) товщиною від 125 до 225 мм і довжиною до 5000 мм. Середня річна продуктивність блюмінга або слябінга становить близько 1,5 млн. т.
Нагріті до температури 1200 - 1300 °С злитки надходять на прийомний рольганг (для роликів) і останнім направляються у валки робочої кліті. Число пропусків між валками робочої кліті залежить від розмірів блюмів або слябів, що прокочуються. У процесі прокатки напрямок злитків у валки здійснюється напрямними лінійками, установленими над робочими рольгангами, а необхідне кантування проводиться кантувальником. Після прокатки блюми й сляби транспортуються до ножиців, де розрізаються на шматки певної довжини.
Сортові стани призначені для прокатки сортових фасонних профілів. Відповідно до розмірів продукції, що випускається, сортові стани діляться на великосортні, середньосортні й дрібносортні.
Великосортні стани мають валки діаметром 500 - 750 мм і прокочують сортамент діаметром більш 80 мм; середньосортні мають валки діаметром 350 - 500 мм і прокочують сортамент діаметром від 38 до 100 мм; дрібносортні при діаметрі валків 250 - 350 мм прокочують сортамент діаметром від 8 до 38 мм.
Сортові стани, на відміну від блюмінга, мають не одну, а кілька робочих клітей. Кліті можуть розташовуватися в лінію або послідовно один за одним. При послідовному розташуванні кліті мають самостійні приводи, а валки - свої числа обертів, що є перевагою такого розташування клітей.
Стани з послідовним розташуванням клітей називаються безперервними, тому що заготовка йде послідовно з однієї кліті в іншу без поворотів і повернень.
Стани, що поєднують послідовне й лінійне розташування клітей, називаються напівбезперервними станами.
Крім перерахованих станів, є також спеціальні стани для прокатки труб, вагонних коліс, бандажів, ланцюгів та ін.
На сучасних металургійних заводах гарячі
злитки зі сталеплавильного цеху направляються
в прокатний цех і надходять у нагрівальні
колодязі, де підігріваються до потрібної
температури. Нагріті злитки направляються
на блюмінг і прокочуються в блюми. Блюми
направляються на крупносортні безперервно-заготовочний
стан, де виходять квадратні заготовки
перетином від 120 X 120 мм до 150 X 150 мм або плоскі перетином
90 X
185 мм. Заготовка надходить на ножиці,
після чого направляється на склад або
до нагрівальних печей, а потім у подальшу
прокатку для одержання того або іншого
профілю.
Рисунок 1.1 – Загальна схема технологічного
виробництва в прокатних цехах
Увесь вантажний потік у сучасному прокатному цеху здійснюється без зворотних пересувань.
Утворення окалини на поверхні матеріалу,
що прокочується (заготовок, напівфабрикатів,
готового прокату) відбувається протягом
усього виробничого процесу. По місцю
утворення в технологічному процесі розрізняють
первинну й вторинну окалину. Первинна
(або пічна) окалина виникає на поверхні
заготовки при її нагріванні в печі. Характер
і кількість утвореної окалини залежить
від типу пічної атмосфери, температури
й тривалості нагрівання заготовки. Вторинна
окалина виникає при затримках між технологічними
операціями. Її характер і кількість залежить
від якості матеріалу, температури й тривалості
затримки між технологічними операціями.
Слід зазначити, що особливо шкідлива
первинна окалина, отримана при нагріванні
заготовок в окисній атмосфері. Вся окалина,
що утворюється під час процесу, скидається
до шламонакопичувачів.
2
ХАРАКТЕРИСТИКА І КЛАСИФІКАЦІЯ ОКАЛИНИ
ПРОКАТНОГО ВИРОБНИЦТВА
Окалина являє собою лускаті частинки різної товщини, що утворилися на поверхні гарячекатаної сталі. Згідно з дослідженнями, в окалині міститься від 55 до 80% FeО і від 20 до 50% Fe2O3, що відповідає змісту 66-69% чистого заліза в окалині. У сталях, легованих хромом, окалина містить до 1% Cr2О3, а в сталях, легованих невеликою кількістю нікелю, окалина містить від декількох сотих до декількох десятих відсотка NiО. Співвідношення між кількостями цих окислів в окалині може бути різним залежно від умов, при яких відбувається окиснення металу. Також в ній міститься значна кількість вологи і мастил, що часто чинить перепон прямому поверненню у виробництво, наприклад, через фабрики згрудкування. За гранулометричним складом, прокатна окалина здебільшого представлена фракцією менше 0,2 мм. Вихід окалини становить у середньому 1,0 - 3,0% від маси готового прокату.
Загалом хімічний склад
Окалина вуглецевої сталі тримається на поверхні неміцно, і найкраще очищається при нагріванні в окисній атмосфері зі змістом кисню 5-10 %. Вона легко відділяється при ударах, які одержують злитки при видачі їх з колодязів або печей і при укладанні на рольганги.
Набагато складніше вилучити окалину з маловуглецевих легованих сталей, на поверхні яких вона найбільш міцна.
Деякі сорти нержавіючої сталі добре очищаються тільки при нагріванні в злегка окисненій пічній атмосфері й погано при нагріванні у відбудовній або нейтральній. Але в той же час існують сорту нержавіючої сталі, що добре очищаються при нагріванні у відбудовній або нейтральній атмосферах.
На рисунку 2.1 зображена будова шарів окалини.
Як видно з цього рисунка, найбільше міцно
пов'язаний з металевою поверхнею третій
шар з так званої липкої окалини.
Рисунок 2.1 – Будова шарів окалини
Згідно до державного класифікатору відходів України ДК 005-96 окалина прокатного виробництва відноситься до групи 27, до якої включено відходи, що утворюються у процесі виробництва металів основних. Прокатна окалина, згідно до ДК 005-96, має наступний код 2720. 2. 9. 01. Згідно того ж класифікатору перші чотири цифри коду – це цифровий індекс виду економічної діяльності, з якої утворився відхід; наступна цифра – цифровий індекс фази процесу, на якій утворився відхід; третя цифра – цифровий індекс елемента процесу, від якого утворився відхід; остання цифра – цифровий індекс виду відходу. Таким чином, можна дати наступну розшифровку коду прокатної окалини:
2720 – відходи виробництва прокату, труб та метизів з металів чорних;
2720. 2 – відходи виробничо-технологічні виробництва прокату, труб та метизів з металів чорних;
2720. 2. 9
– відходи виробничо-
2720. 2. 9.
01 – окалина прокатного та
ковальсько-пресового
3
ЗАСОБИ ПЕРЕРОБКИ ПРОКАТНОЇ
Стічні води виробництв прокату забруднені окалиною й маслом. Очищення їх від окалини здійснюється двохступінчато. Спочатку в ямах первинного очищення від них відділяється велика окалина, яка під дією власної ваги досить швидко осідає на дно. Періодично (у міру нагромадження) вона витягається з ями й практично повністю направляється безпосередньо на утилізацію, в більшості випадків як добавка в агломераційну (або доменну) шихту. Уловлювання дрібної окалини здійснюється у вторинних відстійниках. Ця частина окалини звичайно забруднена масло-продуктами, так що її утилізація в агломераційній шихті небажана, оскільки при цьому виникають певні труднощі: погіршується міцність гранул, що утворюються в процесі спікання, знижується газопроникність шару шихти на агломераційній стрічці і т.д.
У зв'язку із цим Сиговим
А. А. були проведені
Перспективним методом утилізації прокатної замасленої окалини є попередня її обробка шляхом змішування її з вапняком і шламами інших металургійних виробництв і готування на основі такої суміші залізо флюсів, які потім утилізуються в агломераційному або в сталеплавильному виробництвах.
При відкритому зберіганні такого продукту можлива гідратація вапна зі збільшенням його обсягу й руйнуванням структури залізо флюсу. Це явище усувають шляхом уведення до складу залізо флюсу стабілізуючих добавок — оксидів алюмінію, магнію, марганцю. Уведення останніх при використанні флюсів у сталеплавильному виробництві, особливо при переробці маломарганцевих чавунів, переважно, тому що підвищує зміст марганцю в металі. Вихід придатного при виробництві залізо флюсу становить 63 – 72%, а втрати елементів шихти в середньому рівні 2%.
Ще одним способом підготовки до утилізації замасленої окалини є її обробка рідким мартенівським або іншим сталеплавильним шлаками. При заливанні шлаками окалини остання повільно спливає в в'язкому розплаві й рівномірно розподіляється в його обсязі. Збагачений окалиною застиглий шлаки містить підвищену [на 35-40 % ( по масі)] кількість залізистих з'єднань і тому являє собою коштовну металургійну сировину. При обробці окалин у розмірі 15 тис. т /рік заощаджується 25 тис. т залізорудної сировини, причому з них 20 тис. т за рахунок окалини (8 тис. т заліза втримується в мартенівських шлаках, що вертаються у виробництво). Ступінь утилізації заліза із замасленої окалини при такому методі перевищує 80%.
Розглянуті методи підготовки окалини до утилізації, однак, мають недолік. У цих процесах повністю не спалюються масло-відходи, що втримуються в окалині. Тому процес супроводжується утвором диму, для очищення якого необхідно дороге встаткування.
У цей час розробляються інші методи підготовки окалини й її утилізації. Смирнов П. А. запропонував наступний спосіб обробки. Спочатку згущена пульпа з окалиною нагрівається до температури кипіння при цьому з неї віддаляється до 85 % води. Залишок відправляють на сушіння при температурі 120 °С й з нього віддаляється залишкова волога. Далі здійснюють вакуумну перегонку продукту при температурі 300 – 350 °С, відповідної до верхньої межі кипіння всіх фракцій, що перебувають в окалині, масел, що дозволяє виділити з неї 80 – 85 % їх кількості. Пастообразну масу, що вийшла, піддають вакуумному сушінню при температурі, що перевищує на 30 – 50 °С зазначену границю кипіння (але не вище 400 °С). Перегонка й сушіння здійснюються при тиску, не перевищуючому 4 кПа. Кубовий залишок вивантажується із пристрою після остигання й скидання тиску. Ступінь добування масла при такій обробці становить 94 %. Залишкова концентрація органічних сполук в окалині не перевищує 3 %, а зміст механічних домішок у маслі 0,01%.
Не менш перспективним способом утилізації замасленої окалини є використання її в коксохімічному виробництві з одержанням залізококса. Уведення дрібнозернистої добавки, що охляне, у шихту коксових батарей приводить до збільшення щільності насипної маси шихти. Ця добавка підвищує також газопроникність пластичної маси в самій батареї, що сприятливо позначається на продуктивності процесу. Використання окалини в шихті коксових батарей дозволяє, крім того, повністю утилізувати летучі фракції масел і переробляти їх у хімічні продукти. Залізококс, що виходить, більш раціонально застосовувати у вагранках, ніж у доменних печах, оскільки він відрізняється високою реакційною здатністю, в 2 – 3 рази перевищуючої величину цього показника для звичайного коксу, що приводить до зростання його питомої витрати, а, отже, і собівартості чавуну. Залізококс відрізняється більшою щільністю й крупністю шматків, що важливо при реалізації процесу у вагранках.
Ще
одним перспективним
Найвищий показник по спікливості отримано при добавці 3 % окалини. Так, міцність готових паливно-плавильних матеріалів при величині добавки рівної 1 % ( по масі), зросла з 68,5 % до 70,2 %, при 3 %-вій добавці – до 76,2 %, при 5 %-вій добавці – до 76 %. У процесі дослідження було також установлене, що добавка окалини збільшує температурний інтервал пластичності суміші й знижує її в'язкість у пластичному стані, що сприятливо відбивається на протіканні рудовідновчого процесу. З'ясувалося, що використання окалини у якості зазначеної добавки є не менш ефективним, ніж застосування в складі суміші антрацитового масла.
Таким
чином, замаслена окалина прокатного
виробництва є коштовною
4
ОПИС ТЕХНОЛОГІЧНОЇ СХЕМИ
Найбільш успішно використовується утилізація прокатної окалини шляхом брикетування в металургійному виробництві. Такі країни, як США, Великобританії, Німеччини, Польщі, Південної Кореї, Японії, Франції, Росії активно використовують її в цьому напрямку. Виявляють цікавість до цієї проблеми Китай, Індія, Туреччина. В останні роки й в Україні брикетування знайшло особливу актуальність.
Фірмою "Шукач" (г. Алчевськ, Донецька обл.) розроблена технологія виготовлення брикетів для підприємств, що виготовляє металеві вироби. Шихта для виготовлення брикетів складалася із чавунної стружки, прокатної окалини, пилу газоочищень металоплавильного виробництва з добавкою 1,5 -2 % сполучних матеріалів, що забезпечують збереження міцностних властивостей брикетів при нагріванні до температури 1200 - 1280 °С.
У схемі передбачається утилізація практично всіх залізовмісних відходів прокатного виробництва, у тому числі й тих, які пропонується вловлювати. У ливарних, механічних і бляшаних цехах заводів виділяються такі відходи як пил прокатних верстатів, масло індустріальне відпрацьоване, масло компресорне відпрацьоване, обтиральний матеріал забруднений маслами, лом чорних металів несортований.
Технологія передбачає стадії згущення, механічного зневоднювання на стрічковому фільтрі з намивним шаром фільтрувального матеріалу одноразового використання, технічного знемаслювання в барабанній печі, механічній активації (змішування з порошкоподібними в'язкими), грануляції на тарілчастому окомковувачі, а також циклічний процес зміцнення окатишів-сирців у пропарювальній камері й розвантаження окатишів у бункери-накопичувачі.
Принципова технологічна схема утилізації прокатної окалини приведена на рисунку 4.2
1 – вторинний відстійник; 2 – згущувач; 3 – стрічковий вакуум-фільтр; 4 – пекти КС; 5 – бункер знемасленої окалини; 6 – змішувач; 7 – активатор; 8 – гранулятор; 9 – безперервний шахтний агрегат для пропарювання й сушіння окатишів; 10 – бункер-накопичувач; 11 – бункер доменного або здрібненого ваграночного шлаків; 12 – бункер здрібненої негашеної перевести; 13 – бункер окалини й фільтруючого матеріалу; 14 – бункер здрібненого ваграночного шлаків; 15 – змішувачі; 16 – казан-утилізатор; 17 – електрофільтр; 18 – димосос; 19 – насос; 20 – димар; 21 – віброзволожувач; 22 – бункер-накопичувач. 23 - бункер-накопичувач зволоженому пилу.
Рисунок 4.2 - Схема технології утилізації
замасленої окалини
Осад із вторинних відстійників ущільнюється в згущувачах і фільтрується через шар фільтруючого матеріалу на стрічковому вакуум-фільтрі. У якості фільтруючого матеріалу застосована суміш зі знемасленої окалини й одного з компонентів в'язкого, тобто фільтруючим матеріалом служать окремі складові шихти. Кількість його становить 25 - 30 % від маси фільтруємого осаду при долі шлаків у суміші близько 20 %. Фільтрат містить не більш 3 - 5 мг/л зважених речовин і масел, відповідає вимогам до технічної води. Збезводнена суміш замасленої окалини й фільтрувального матеріалу подається на випал при 700 °С, наприклад, у дві печі киплячого шару. Така температура випалу обумовлена рядом причин, а саме: при нагріві окалини в інтервалі температур 100 - 280 °С віддаляються гігроскопічна волога, близько 5 % легких вуглеців, та пари масел. При збільшенні інтервалу температур до 480 – 600 °С відбувається поліконденсація з утворенням сажі, а збільшення температури опалу до 600 – 800 °С призводить до зростання вуглецевих сіток з утворенням структури твердого осаду. Обпалений осад, що містить 80 - 85 % часток класу менше 53 мкм, змішуються з 4 % вапна й 4 % здрібненого шлаків і окомковується. Додавання вапна та шлаків обумовлено тим, що окалина характеризується низьким ступенем сипучості, а додавання вище вказаних речовин, збільшують ступінь сипучості. Вапно також попередньо дробиться й подрібнюється. Дослідженнями встановлена рівна придатність доменного й ваграночного шлаків, однак ваграночний шлаки містить значно менше сірки, ніж доменний (відповідно 0,20 і 0,80 %), має підвищену масову частку заліза металевого (до 5 %) і тому більш кращий. Зміцнення окатишів здійснюється у дві стадії. На першій проводиться термовлагістна обробка при 70 - 100 °С (пропарювання). Теплоносієм є пара низького тиску (при вході в зону пропарювання тиск може бути не більш 0,3 МПа) у кількості 80 - 100 кг/т окатишів. Тривалість пропарювання становить 10 годин, вологість окатишів 2 - 5 %. На другій стадії твердіння (сушіння) температура піднімається до 200 - 300 °С, а вологість середовища знижується менш ніж до 70 %. Тривалість сушіння рівна 0,5 - 1 година. Джерелом пари служить казан-утилізатор, що працює на газах, що відходять на стадії випалу замасленого шламу. Інша частина випалювальних газів направляється для сушіння пропарених окатишів. Готова продукція розвантажується в бункер-накопичувач.
Розглянута вище технологія прискореного твердіння безвипалювальних окатишів реалізується в шахтному пропарочно-сушильному агрегаті безперервної дії. Він має верхню завантажувальну горловину, нижній завантажувальний пристрій і шахту, конструктивно розділену на дві зони. У верхній з них витримується режим пропарювання, а в нижній – сушіння.

- Вторинні процеси переробки нафтової сировини
- Вторичная занятость
- Вторичная информация
- Вторичное минеральное сырье и его значение для промышленности, для производства силикатных строительных материалов и изделий экологии
- Вторичное молочное сырье
- Вторичное молочное сырье
- Вторичные ценные бумаги
- Вторая инстанция в уголовном процессе
- Вторая мировая война
- Вторая мировая война
- Вторая Мировая война
- Вторая невидимая рука рынка
- Вторая советская кодификация материального и процессуального права
- Вторжение Цезаря в Британию 55-54гг до н.э.