WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 |

99,7) В брикете (шихта: доломит + ЖСС) н аходится 5% масс. доли ЖСС, что 3, = 0,175кг. (на 996,5 кг. чугуна и металлолома).

5% 100 % 8) В 0,175 кг. жидкого стекла (ЖСС) с модулем 2,5 содержится кремния (Si): Na2On SiOj => М Ж.СТ = 223+2,5 (23+32) =196 а.е.м., т.е. : в 196 кг. жидкого стекла содержится 28 • 2,5 = 70 кг. кремния;

0,175 в 0,175 кг. — соответственно: mSi = = 0,062кг. (на 996,5 кг. металла завалки).

9) Тогда расчетная масса кремния:

996,5кг. — 100% 0,062 кг. — % Si 0,062 => % Si = = 0,0062%масс. доли.

996,10) Нормативное содержание кремни я в стал ях (марочник сталей ): ст.2сп - 0,12... 0,30%; ст.3кп - 0,07% и т.д.

11) Таким образом, использование ЖСС (натриевое жидкое стекло) в составе брикетов плотноупакованного доломита практически не оказывает никакого влияния (следы) на содержание кремния в стали (Д = 0,0062 % масс. доли), что подтверждает оправданность и эффективность использования жидкого стекла в процессах получения прочного брикета.

Вполне удовлетворительные результаты получены и при использовании в качестве связующих - восстановителей гидролизного лигнина — недефицитный элемент отходов деревообработки и сельского хозяйства, образуемый на гидро- лизных заводах в процессе химической каталитической переработки отходов древесины (щепа, опилки) — до 3,5 млн. тонн/год; в основном сжигается или выводится в отвалы. Это связующее образует коллоидный раствор, «цементи- рующий» структуру брикетов.

Процесс получения прочного плотноупакованного брикета, способного выдерживать значительные ударные нагрузки - на ОАО «Северсталь» 6 высот- ных перегрузок по 7 метров каждая — без использования ЖСС на валковых бри- кетировочных многогнездных прессах (при достаточно низких рабочих давле- ниях) со всей очевидностью не будет эффективным.

5. ПРЕССОВА НИЕ СТ РУКТУ РНОНЕОДНОРОДНЫХ С ИСТЕМ С РАЗЛИЧ НЫМ АГРЕГАТНЫМ СОСТ ОЯНИЕМ ФАЗ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ УТ ИЛИЗА ЦИИ ТОНКОД ИСПЕ РС НЫХ ПОРОШКОВЫХ ОТХОДОВ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУ РГИИ По последним данны м [1] мировое производство стали со ставляет порядка 800 млн. тонн в год. При этом реализуется 2 основных метода, основанных на виде исходного материала шихты: 1) выплавка на базе руды; 2) выплавка на базе скрап а (следует отметить, что скрап в конечном итоге используется во всех способах выплавки стали, различия лишь в массовой Доле).

Не вызывает сомнения, что технология выплавки стали на базе скрапа с точки зрения затрат энергии более выгодна, т. к. при этом энергия расходуется только на расплавление, а энергия, требуемая на восстановление оксида железа, со- держится в самом скрапе.

Техногенные железосодержащие отходы, образуемые в процессе выплав- ки стали и на стадии прокатки листа, — тонкодисперсные, порошковые, кон- вергерные, доменные шламы, прокатная окалина, — должны быть использова- ны в качестве оборотного вторичного скрапа. Этот скрап не содержит приме- сей, в отличии от сборного лома, у которого время оборота, к тому же, насчи- тывается десятки лет, — следует отметить, используемый лом сильно загряз- нен.

При мировом производстве стали примерно 800 млн. тонн в год — млн. тонн выплавляется на базе скрапа (и в основном, первичного, — лома).

Примерно 2/3 этой массы переплавляют в электропечах и 1/3 в кислородных конвертерах. В связи с возрастающим дефицитом первичного скрапа расшире- ние этого производства представляется возможным лишь при использовании перспективных технологий глубокой переработки и утилизации собственных техногенных отходов, что также обеспечивает и экологическую безопасность региона (это прежде всего железосодержащие отходы доменного и конвертер- ных производств, промасленная окалина производств прокатки (имеют в своем составе до 65 % приведенного содержания Fe, что свидетельствует о высокой металлургической ценности), неметаллические отходы агломерационного про- изводства — пыль доломита и известняка, изымаемая в процессе обжига (так, на конец 90-х годов на ОАО «Северсталь» в сутки изымалось из оборота тонн конвертерной пыли, 500 тонн доломита, 300 тонн известняка, до 200 тонн в год прокатной окалины)).

Произведен анализ техногенных отходов производств: 1) ОАО «Магнито- горский металлургический комбинат»; 2) ОАО «Северсталь»; 3) ОАО «НОС- ТА» (Новотроицкий металлургический комбинат). Основными техногенными твердыми железосодержащими отходами этих предприятий являются: 1)Пыль доменная (системы газоочисток); 2) Пыль конверторная (системы газоочи- сток).Как правило, железосодержащая пыль либо сухая, либо влажность W(8...10)% масс. доли. Нефтепродукты (масло) — отсутствует. 3) Окалина прокатная водомаслосодержащая (системы отстойников) может находится в следующих состояниях: а) пастообразное (масло и вода) (40... 50)% масс. до- ли; б) твердое — текущий шлам — (масло и вода) (15...20)% масс. доли; в) твердое — шлам полигонов — (масло) (5...10)% масс. доли; вода 0 %. Отходы (1,2,3) — окислены, Fe- = (35... 45)%.

В металлургическом производстве при плавке чугуна (стали) использование отходов 1,2,3 в исходном состоянии в виде вторичного сырья —исключено, т. к. резко увеличивается «уход»металла (тонкодисперсного и окисленного) в шлаки; устанавливается высокая поверхностная плотность засыпаемой зава- лочной массы (корка), что резко ухудшает газодинамические (продуваемость) условия плавки — уменьшается производительность печи; значительно увели- чивается продолжительность завалки; существенно увеличивается трудоем- кость транспортирования пылевидной шихты.

В УлГТУ разработана и осваивается промышленная технология (ЗАО «Волга-Экопром») по брикетированию тонкодисперсных железосодержащих пылей, что позволяет получать завалочный материал высокого качества: плот- ность 2,5 т/м3 — требования ГОСТа; достаточная ударная прочность, что ис- ключает образование отсева; компактность — уменьшение транспортных рас- ходов; технологичность — улучшаются газодинамические условия плавки;

уменьшение расходов при исключении высокотемпературного обжига (окаты- ши) и т. д.

В процессе уплотнения порошковой среды усилия между частицами пе- редаются через контакты, поэтому анализ контактного взаимодействия позво- ляет глубже проникнуть в суть достаточно сложных явлений, сопровождающих этот процесс. В общем случае уплотнение сыпучей среды сопровождается дву- мя явлениями: межчастичным смещением (структурной деформацией) и де- формацией самих частиц с образованием и расширением зон контактов. Струк- турная деформация преобладает на начальной стадии уплотнения и может быть достаточно протяженной. Строго говоря, и структурную деформацию при сжа- тии порошкового материала внешними силами невозможно осуществить без деформации на контактах, величина которой вместе с механическими свойст- вами материала контактируемых тел в основном характеризует давление уп- лотнения.

Таким образом, давление уплотнения порошковых материалов при опре- деленных условиях может быть рассчитано на основе деформации самих час- тиц в рамках так называемой дискретно-контактной теории. Эта теория уплот- нения основана на всестороннем анализе поведения частиц порошков при раз- личных контактных взаимодействиях с привлечением методов статистической механики. Ее реализация возможна при деформировании в замкнутых объемах частиц простой формы, например сферических либо подобных им.

Установление количественной зависимости между давлением уплотнения и плотностью среды в рамках дискретно-контактной теории осуществляется на основе моделирования этого процесса с использованием представительного элемента самой среды и условия пластичности Губера—Мизеса.

Процесс уплотнения сопровождается относительным скольжением кон- тактов частиц, при котором происходит некоторое разрушение микронеровно- стей, что приводит к уменьшению механического сопротивления скольжению частиц. Вместе с тем при увеличении давления сжатия происходит увеличение площадок взаимных контактов, что в свою очередь приводит к некоторому уве- личению интенсивности молекулярного взаимодействия сцепления частиц и, следовательно, к увеличению сопротивления скольжению. Таким образом, из-за неровности рельефа поверхности частиц в процессе уплотнения происходит сдвиг и срез поверхностного слоя, что свидетельствует о наличии предельного трения. Следовательно, материал в окрестностях поверхности контакта в на- пряженном состоянии, близком к предельному.

Процесс уплотнения реальных порошковых материалов на начальных этапах деформирования может осуществляться исключительно за счет межчас- тичного сдвига и разрушения неустойчивых промежуточных пространственных структур (конгломератов частиц). Поэтому такая зависи мость в рамках кон- тактной теории корректна лишь на стадии стабильных пространственных структур, образуемых сравнительно крупными однородными по гранулометри- ческому составу и форме частицами. Причем, для фиксирования и увеличения межчастичных контактов необходима соответствующая схема деформирова- ния, которая практически может быть реализована, в частности, при прессова- нии в закрытых пресс-формах.

Прессование в закрытых пресс-формах широко применяется при изготов- лении изделий методами порошковой металлургии. Кроме того, процесс ис- пользуется для оценки такой важной технологической характеристики, как уп- лотняемость. Несмотря на то, что зависимость плотности от приложенного дав- ления не универсальна, а определяется видом приложения усилий и кинемати- ческими особенностями движения прессующих элементов, она находится в сфере внимания исследователей и позволяет глубже понять сложные процессы, происходящие при уплотнении порошковых материалов. В работах [4,5] обос- нована концепция стадийности процесса уплотнения порошков в замкнутых объемах. В работах объяснены стадии процесса уплотнения с точки зрения кон- тактного взаимодействия и консолидации уплотняемой среды.

Под двухкомпонентной смесью понимается в данном случае двухкомпо- нентная шихта, состоящая из твердой (тонкодисперсная пыль доломита или из- вестняка, металлический порошок) и жидкой (свободная вода; водный раствор силиката натрия (калия) — жидкое стекло — холоднотвердеющее жидкое свя- зующее средство (ХТЖСС)) фаз. При прессовании такой шихты наблюдается эффект интенсивного разрыхления (пыления) приконтактной зоны отпрессо- ванного брикета при значительных давлениях прессования ( (300... 400) МПа), что не позволяет получать качественный конечный продукт. Это явление не отмечается в классических процессах прессования тонкодисперсных одноком- понентных порошковых сред.

Рассмотрим процесс прессования двухкомпонентных фаз, одна из кото- рых - жидкая. Процесс формования — осевого холодного прессования — услов- но подразделяется (согласно классификации Бальшина М. Ю., Кипарисова С. С.

[6], Перельмана В. Е. [7])на три стадии.

Пер вая стади я уплотнен ия х арактер изуется з начи тельным преобладанием автономной, нарушающей контакты насыпки деформации. На этой стадии формовка под нагрузкой не полностью кон солидируется в связанн ый конгломерат, т. е. посл е сн ятия н агруз ки превращается в несвязанное сыпучее тело. В таких случаях (при необходимости ограничиться первой стадией уплотнения) следует вводить в формуемую шихту связующие, в частности ХТЖСС.

В состоянии свободной засыпки площадь контактов между частицами порошка незначительна. На первом этапе прессования консолидация (уплотне- ние) происходит главным образом за счет взаимного перемещения частиц и за- полнения близлежащих пор (пустот) между частицами, т. е. однокомпонентная шихта уплотняется в основном за счет заполнения твердыми частицами «арок».

При использовании двухкомпонентной шихты, содержащей жидкую фазу, «ар- ки» заполняются как твердыми частицами, так и жидкой фазой (ХТЖСС), при- чем преимущественное перемещение наблюдается прежде всего у жидкой фа- зы.

Вторая стадия прессования характеризуется пластической деформацией частиц твердой дисперсной среды приконтактных областей. Деформация час- тиц, преимущественно зависящая от свойств материала, может быть либо пла- стической, либо хрупкой, и начинается прежде всего в местах контактов, через которые передается усилие прессования от частицы к частице. С ростом давле- ния площадь деформированных участков частиц увеличивается. Препятствием для образования контактов являются пленки окислов и смазка, при этом вязкая смазка частично или полностью выдавливается в поры. Как в состоянии сво- бодной засыпки, так и на первом этапе прессования между сближенными по- рошковыми частицами действуют небольшие ван-дер-ваальсовские силы. Кро- ме того, силы прилипания (адгезии) могут иметь электростатический характер и в определенных условиях достигать порядка десятков мегапаскалей [8].

Третья стадия прессования происходит за счет деформации значительной части объема частиц и истечения их материала в поры.

Границ ами между пер вой и второй стадиями уплотнени я при характерном структурно м или энергетическо м состо янии среды по классификации И. Д. Радомысельского, Н. В. Андреева, Н. И. Щербаня [9] для однокомпонентных материалов являются:нижняя граница первой стадии наблюдается при пористости Q = (65...68) %, верхняя (граница между первой и второй стадиями) — при остаточной пористости (25...30) %. Это соответствует линейности границ первой и второй стадий уплотнения [10].

Многостадийность и сложность процессов консолидации (прессования) двухкомпонентных шихт являются причинами малой разработанности представлений о механизме прессования, описывающем процесс уплотнения.

Установл ено, что введ ение в ших ту жид ких н еметаллических компонентов (ЖСС) оказывает сложное влияние на характер уплотнения.

При малом давлении ( 400 МПа) присутствие второго компонента способствует интенсивному снижению пористости, при большем давлении (> 400 МПа) — повышается пористость отпрессованного брикета. Это можно объяснить тем, что при низких давлениях прессования уплотнение происходит в основном за счет скольжения частиц относительно друг друга, а введение второго (жидкого) компонента облегчает этот процесс, способствует лучшей укладке частиц; при повышенных давлениях уплотнение происходит главным образом за счет деформации приконтактных областей в присутствии гидростатистического сжатия жидкой фазы второго компонента шихты. При этом снижается интенсивность уменьшения порового пространства при росте давления прессования, т. е. наличие жидкой фазы способствует повышению пористости (по сравнению с однокомпонентной шихтой).

Таким образом, изучение влияния второго компонента на уплотняемость двухкомпонентных шихт (одна из которых жидкая) позволяет выявить область перехода от одной стадии прессования к другой.

Максимальная плотность брикета достигается только при оптимальном содерж ании ЖСС в поро шке. Увеличен ие содерж ани я ЖСС сверх оптимального нерационально, так как жидкая фракция, занимая часть объема брикета, препятствует достижению высокой плотности; возрастает влияние упругого последствия в связи с несжимаемостью ЖСС, а прочность прессовки уменьшается из-за замены части контактов «металл - металл» контактами «ме- талл - ЖСС — металл».

При этом наблюдается и обратный эффект, имеющий негативный харак- тер: на второй стадии уплотнения двухкомпонентной шихты ЖСС из прикон- тактной зоны полностью вытесняется вглубь прессовки и при сушке (обезво- живания) эта зона повышенной осыпаемости, т. е. на второй стадии уплотнения образующиеся контакты «металл - неметалл»без связующего (ЖСС) не обеспе- чивают достаточной прочности верхнего слоя брикета.

Экспериментально установлено, что при дальнейшем повышении давле- ния свыше 400 МПа — (вторая стадия прессования) наблюдается интенсивное истощение ЖСС приконтактной зоны брикета. Это подтверждено практикой брикетирования: при прессовании с малыми давлениями наблюдается равно- мерное насыщение ЖСС материала брикета по его высоте (первая стадия прес- сования), при дальнейшем увеличении давления (вторая стадия прессования) после сушки брикета наблюдается повышенная осыпаемость материала при- контактной зоны вследствие отсутствия в ней ЖСС (рыхлость, определяющая осыпаемость до 2 мм). При прекращении процесса прессования на первой ста- дии уплотнения (малые давления) осыпаемость отсутствует (при этом после сушки брикет имеет достаточную технологическую прочность).

Экспериментальные исследования характеристик уплотнения тонкодис- персных материалов при наличии ЖСС проводили с использованием неметал- лических пылей известняка и доломита, образующихся при обжиге кусковых рудных пород, а также металлического конверторного шлама, улавливаемого электрофильтрами при плавке стали в конверторах.

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 |






















© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.