ДОСЛіДНО-ПРОМИСЛОВі ВИПРОБУВАННЯ ТЕХНОЛОГії ВИПЛАВКИ ФЕРОСИЛіЦіЮ іЗ ВИКОРИСТАННЯМ ВіДХОДіВ ВИРОБНИЦТВА Текст научной статьи по специальности «Прочие сельскохозяйственные науки»

15. Песоцкая, Л. А. Анализ изображений кирлиановского свечения капель воды [Текст] / Л. А. Песоцкая, Н. В. Глухова, В. Н. Лапицкий // Науковий вюник Национального прничого ушверситету. - 2013. - № 1. - С. 91-96.

16. Споаб експрес-оцшки стану рщиннофазного об'екта. Пат. на кор. модель 86701 Украша: МПК G-1N 21/17 [Текст] / Глухова Н. В., Шсоцька Л. А., Горова А. I. - заявл. 25.06.2013; опубл. 10.01.2014.

17. Споаб оцшки енергошформацшного стану рщинно фазного об'екту i пристрш для його здiйснення. Пат. на кор. модель 22212 Украша [Текст] / Шсоцька Л. А., Лапицький В. М., Боцман К. I., Геращенко С. В.. - заявл. 17.04.06; опубл. 50.04.07.

18. Everitt, B. S.Cluster Analysis. 5 edition [Text] / B. S. Everitt, S. Landau, M. Leese, D. Stahl. - Wiley; 2011. - 346 p.

19. Nock, R. On Weighting Clustering [Text] / R. Nock, F. Nielsen // IEEE Trans. on Pattern Analysis and Machine Intelligence. -2006. - Vol. 28, Issue 8. - P. 1-13.

20. Bezdek, C. J. Pattern Recognition with Fuzzy Objective Function Algorithms [Text] / C. J. Bezdek. - Plenum New York, 1981. -284 p. doi: 10.1007/978-1-4757-0450-1

У статтi приведенорезультати до^д-но-промислових випробувань технологи виплавки феросилщю методом електро-шлакового переплаву iз використанням у шихтi брикетiв iз астрацшного пилу та пилу, що уловлюеться газоочисною установкою. Застосування способу брикету-вання та подальше додавання брикетiв до шихти при виплавщ феросилщю дозво-ляе утилiзувати пиловi видходи, лтвидува-ти вторинт джерела забруднення навко-лишнього середовища та знизити викиди забруднюючих речовин в атмосферне повi-тря

Ключовi слова: пил, видходи, брикети, виплавка феросилщю, печi постшного струму, екологiчна безпека

В статье приведены результаты опытно-промышленных испытаний технологии выплавки ферросилиция методом электрошлакового переплава с использованием в шихте брикетов из аспирационной пыли и пыли, улавливаемой газоочистной установкой. Применение способа брикетирования и дальнейшее добавление брикетов к шихте при выплавке ферросилиция позволяет утилизировать пылевые отходы, ликвидировать вторичные источники загрязнения окружающей среды и снизить выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух

Ключевые слова: пыль, отходы, брикеты, выплавка ферросилиция, печи постоянного тока, экологическая безопасность

-□ □-

УДК 504.064.4:669.15-198

|DOI: 10.15587/1729-4061.2014.299681

ДОСЛ1ДНО-ПРОМИСЛОВ1 ВИПРОБУВАННЯ ТЕХНОЛОГИ ВИПЛАВКИ ФЕРОСИЛ1Ц1Ю 13 ВИКОРИСТАННЯМ В1ДХОД1В ВИРОБНИЦТВА

О. Л. Проценко

Астрант, науковий ствроб^ник* E-mail: [email protected] Т. Ф. Жуковськи й Кандидат техшчних наук, доцент, завщувач лабораторп*

E-mail: [email protected] С. Л. Борисен ко Директор

Стахановська виробнича дтьниця товариства i3 обмеженою вщповщальнютю фiрма «Еколопчна штатива» вул. ТерешковоТ, 29, м. Алмазна, Луганська обл., УкраТна, 94095 E-mail: [email protected] *Лабораторiя аналiзу охорони атмосферного пов^ря, розробки нормативно!' документаци та еколого-енергетичного аудиту Науково-дослщна установа «УкраТнський науково-дослщний шститут еколопчних проблем» вул. Ленша, 6, м. Хармв, УкраТна, 61166

1. Вступ

У металургп феросплав1в за об'емом виробництва перше м1сце займае феросилщш [1, 2]. В УкраТш фе-росилщш виробляють електротерм1чним способом у дугових печах змшного струму, в основному, на ПуАТ «Стахановський завод феросплав1в» (УкраТна) [3], а

також методом електрошлакового переплаву (ЕШП) у печах постшного струму на Стахановськш виробничш д^ьнищ товариства iз обмеженою вщповщальшстю фiрма «Еколопчна швдатива» (СВД ТОВ фiрма «ЕК1-НА», м. Алмазна, Луганська область) [4].

У район розташування феросплавних тдприемств особливо гостро стоТть питання забруднення атмос-

ферного повиря. Значш обсяги забруднюючих речовин (ЗР) у газових викидах зумовлюють тдвищену еколо-гiчну небезпеку в район об'eктiв, де вони утворюються .

Окрiм того, при виплавщ FeSi методом ЕШП, крiм забруднення атмосфери, утворюються вщходи (астра-цшний пилу та пил, уловлений в очисних апаратах), яю е вторинними джерелами забруднення атмосферного повиря, у даний час не утилiзуються, здшснюють шкiдливий вплив на навколишне середовище та стано-влять небезпеку для здоров'я людини.

2. Аналiз лiтературних даних та постановка проблеми

Iснуючi технологiчнi процеси та методи захисту атмосферного повиря та утилГзацп вiдходiв розробленi для традицiйноi технологи виплавки феросплавiв ру-довщновним методом, i, враховуючи особливостi та ушкальшсть технологи, не можуть бути застосовани-ми при виробництвi FeSi методом ЕШП.

Особливiстю технологii виплавки FeSi методом ЕШП е те, що на СВД ТОВ фiрма «ЕК1НА» у якостi вихiдноi сировини використовуються вiдходи (шлаки) ПуАТ «Стахановський завод феросплавГв», де феро-сплави виплавляють рудовiдновним методом. Окрiм шлаюв, до складу основноi шихти входять: гашене вапно, розкислювач шлаку, металобрухт [4].

Попередня переробка та шдготовка шихти для виробництва феросилщж здшснюеться на окремому проммайданчику на технолопчних лiнiях переробки, де шлаки подрiбнюються та пiдлягають сепарацii. Вмiст основних компоненпв у шлаках ПуАТ «Стахановський завод феросплавГв» приведено в табл. 1.

Таблиця 1

Вмкт основних компоненлв у вiдходах ПуАТ «Стахановський завод феросплав1в»

Назва компоненту SiO2 Si AI2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO P2O5 K2O Na2O SO3 1нше

Вмют, % 18,49 39,57 7,67 27,14 0,626 5,28 0,11 0,054 0,28 0,24 0,1 0,44

Шихтовi матерiали, якi використовуються при виплавщ FeSi на СВД ТОВ фiрма «ЕК1НА», мiстять знач-ну юльюсть фракци 0-5 мм. Як вщомо, використання в шихтi матерiалiв дрiбноi фракцii призводить до [5, 6]:

- значного збГльшення утворення пилу (речовин у виглядi суспендованих твердих частинок недиферен-цiйованих за складом);

- перевищень нормативiв граничнодопустимих ви-кидiв пилу в атмосферу;

- зниження вилучення основних компоненпв у метал внаслвдок '¿х втрат iз пилом, що виноситься iз печей.

Як показали результати шструментально-лабора-торних вимiрювань викидiв забруднюючих речовин (ЗР) в атмосферне повггря [7], проведет тд час виплавки FeSi методом ЕШП в печах постшного струму на СВД ТОВ фiрма «ЕК1НА», масовi концентрацii речовин у виглядГ суспендованих твердих частинок недиференцшованих за складом (СТЧ) перевищують нормативи граничнодопустимих викидГв у 8^11 разiв (нормативи встановленi вщповщно до наказу Мшпри-роди Украiни вщ 27 червня 2006 року № 309).

Таким чином, використання шихтових матерiалiв iз значним вмiстом дрiбноi фракцii iз одно! сторони призводить до порушення оптимального ходу техноло-пчного процесу виплавки FeSi та попршення техшко-економiчних показникiв роботи печей, а з шшо! сторони - е причиною перевищення установлених нормативiв викидiв ЗР в атмосферне повиря та викликае проблеми подальшо! переробки (або утилiзацii) астрацшного пилу та пилу, який уловлюеться в очисних апаратах.

У зв'язку iз цим виникла потреба у попередньому грудкуванш дрiбнодисперсних матерiалiв, у тому чис-лi вiдходiв виробництва, iз подальшим поверненням згрудкованих матерiалiв у виробничий процес при виплавщ FeSi методом ЕШП. Для того, щоб укрупнити дрiбнi матерiали до розмiрiв, що ввдповвдають вимо-гам технологи, iснують наступш методи грудкування: агломерацiя, обкатування та брикетування [3].

Так, отримала розвиток технолопя брикетування методом жорстко! вакуумно! екструзii з метою використання отриманих матерiалiв (брексiв) як компоненпв шихти в руднотермiчних та сталеплавильних печах [8].

Метод брикетування, як еколопчно чистий та енер-гетично найменш затратний метод грудкування вщ-ходiв, у виробництвi феросплавiв використовуеться найчастше. Цей метод дозволяе здшснювати тдготов-ку вторинно! сировини (вiдходiв) для додавання и до шихтових матерiалiв при виплавцi феросплавiв [9, 10].

3. Мета i завдання дослiджень

Метою роботи е зменшення викидiв ЗР в атмосферне повиря та утилiзацiя пилових вiдходiв шляхом розробки технологii виплавки феро-силiцiю методом ЕШП iз додавання до шихти брикепв.

Завдання дослвджень:

- визначити доцiльнiсть брикетування пилових вiдходiв шляхом порiвняння хiмiчного складу бри-кетiв та шихтових матерiалiв;

- розробити технологiчну схему та здшснити виплавку FeSi iз введен-ням в шихту дослвдних брикетiв,

- здiйснити оцiнку технiко-економiчних показ-никiв плавки та якосп отриманого феросплаву;

- провести шструментальш вимiрювання викидiв СТЧ в атмосферне повиря, встановити залежностi мiж викидами СТЧ, перюдом плавки i вмштом брикетiв у шихтi;

- встановити оптимальш параметри технологii виплавки FeSi методом ЕШП iз додавання до шихти брикепв.

4. Результати експериментальних дослщжень виплавки феросилiцiю методом електрошлакового переплаву i3 додавання до шихти збрикетованих вiдходiв виробництва

Для ощнки можливост промислового виробництва брикепв Гз пилу, що утворюеться при виплавцi феросилiцiю в печах постшного струму, на заводГ Гз виробництва брикетГв для металургiйноi промисловост

ТОВ «Конкрет» (м. Дншродзержинськ) були проведет лабораторт дослiдження умов ix отримання [9]. Дослiдження полягали у виборi сполучноi добавки, вивченнi та визначент фiзико-меxанiчниx властиво-стей шихти, оптимальних теxнологiчниx параметрiв ii брикетування, отримант дослiдноi партii брикетiв та ощнки ix мiцностi.

На пiдставi результатiв лабораторних дослiджень, на ТОВ «Конкрет» на двохвалковому преа проведено дослiдно-промисловi випробування брикетування дрiбнофракцiйного пилу.

У дослiдно-промисловиx умовах отримано парию брикепв «пельменеподiбноi» форми в юлькост =3000 кг. Результати xiмiчного аналiзу вмiсту основ-них компоненпв у брикетах наведено в табл. 2.

1з даних табл. 2 слвдуе, що вмiст основних компо-нентiв (Si+SiO2, Fe+Fe2O3) у брикетах аналопчний ix вмiсту в шихтових матерiалаx, якi використовуються при виплавщ FeSi методом ЕШП. Встановлено, що брикети мштять «шкiдливi домiшки» (P i S), але в такш кiлькостi, яка не матиме ктотного впливу на якiсть феросплаву при використанш брикетiв як тд-шихтовочних матерiалiв при виробництвi FeSi.

Ощнку теxнiко-економiчниx показникiв виплавки FeSi здшснювали за 2 показниками: виxiд готового продукту (кг) та тривалкть процесу плавки (хв.) (рис. 2).

20 30 40 Вмкт 5риют1в у шнхть %

-В1мд FeSi--TpiiBiwicib гшйьис

Рис. 2. Техшко-економтш показники виплавки FeSi ¡з введенням у шихту брикетiв

Таблиця 2

Хiмiчний склад брикетiв

Вмiст компонеийв, %

AI2O3 Si+SiO2 P S K2O CaO CoO MnO2 Fe+Fe2O3 1нше

0,659 52,176 0,046 0,59 2,793 13,719 1,033 5,278 23,506 0,2

Здшснено експериментальне впровадження до-слiдноi партп брикетiв при виплавцi FeSi методом ЕШП. Експериментальш дослiдження проводилися в печах постшного струму на СВД ТОВ фiрма «ЕК1НА».

З метою забезпечення якосп феросилiцiю i оптимальних параметрiв технологи виплавки феросплаву до складу шихти заметь частини шлаку та дрiбноi частини шихтових матерiалiв вводили 10-50 % брикепв. Введен-ня дослiдниx брикетiв в шихту проводили за принципо-вою теxнологiчною схемою, представленою на рис. 1.

Шлаки ^^ Са(ОН)2—>

Металобрухт ^

Рис. 1. Принципова технологiчна схема процесу виплавки FeSi iз введенням в шихту дослщних брикетiв: 1 — бункер основноТ шихти; 2 — бункер iз брикетами; 3 — кюбель; 4 — кран; 5 — бункер-живильник;

6 — тч постшного струму; 7 — електрод; 8 — виливниця; 9 — боков1 вщсмоктувач^ 10 — точка вщбору проб димових газiв; 11 — димова труба

Як видно iз рис. 2, при зб^ьшент вмкту брикепв у шихтi вiдбуваeться зниження вихо-ду готового продукту та збшьшення тривалост плавки. Оптимальним е додавання до основно! шихти 15^20 % брикепв.

У результатi виконаних дослвджень виплав-лено ~1000 кг феросилвдю марки FeSi45. Порiв-няльна характеристика хiмiчного складу отри-маного феросилщю представлена в табл. 3. 1з даних табл. 3 випливае, що склад феросиль цiю, виплавленого з використанням в шихт дослано'! партп брикетiв, за вмiстом основних компоненпв знаходиться на рiвнi FeSi45, який виплавляють за iснуючою технолопею, вiдповiдае вимогам стандарту ДСТУ 4127-2002, а вмкт «шквдливих компоненпв» (фосфору, «рки) в дослiдних плавках нижче, шж в зазначеному стандартi. Таким чином, за пропонова-ним способом (з використанням в шихп брикепв) виплавлено феросилiцiй марки FeSi45, який за яюстю вiдповiдае вимогам ДСТУ 4127-2002 та знаходиться на рiвнi свггових стандартiв.

У перiод виплавки дослщно'! партп FeSi з використанням в шихп брикетiв НДУ «УКРНД1ЕП» (м. Харкiв) проведено прямi iнструментально-лабораторнi вимiрювання викидiв СТЧ тсля печей постiйного струму (рис. 3).

Як видно iз рис. 3, концентрацп СТЧ змiнюються залежно вщ часу плавки. Так, максимальнi концентрацп спостерь гаються у першi 15 хв. плавки тд час завантаження печей та початку розпла-ву шихти. Далi вiдбуваеться поступове зменшення концентрацiй за увесь перiод розплавлення. Мжмальш викиди зафж-совано тд час зливання феросилiцiю.

Вмiст СТЧ у вщхщних димових газах вiдрiзняеться при виплавцi FeSi за кну-ючою технологiею i за пропонованою (з використанням в шихтi брикепв). При використаннi 15^20 % брикепв у шихт

4

При використаш 50 % брикепв у шихп ви-киди СТЧ е мiнiмальними, проте порушуеться хiд плавки: збшьшуеться тривалiсть плавки, пiдвищуеться витрата енергп та собiвартiсть продукцii.

5. Висновки

Встановлено, що за вмштом основних компонент збрикетованi пиловi вiдходи вщ-пoвiдають шихтовим матeрiалам, що свiдчить про дoцiльнiсть використання брикепв при виплавцi фeрoсилiцiю в якост тдшихтовоч-них матeрiалiв.

Розроблено технолопчну схему утилiзацii пилових вiдхoдiв та у промислових умовах у печах постшного струму на СВД ТОВ фiрми «ЕК1НА» здiйснeнo дoслiднo-прoмислoвi ви-пробування виплавки фeрoсилiцiю методом ЕШП i3 використанням у шихи отриманих брикeтiв.

Встановлено, що при зб^ьшенш вмiсту брикeтiв у шихп вiдбуваeться зниження вихо-ду готового продукту та зб^ьшення тривало-CTi плавки. Визначено, що якiсть отриманого феросплаву марки FeSi45 вiдпoвiдаe вимогам ДСТУ 4127-2002 i знаходиться на рiвнi свгто-вих фeрoсплавiв.

У результат виконаних на джерелах вики-дiв iнструмeнтальних вимiрювань встановлено, використання в шихт брикeтiв дозволяе на 10^25 % знизити викиди СТЧ в атмосферне по-вггря, а також утилiзувати пилoвi вщходи, яю негативно впливають на стан навколишнього середовища. Оптимальна кiлькiсть брикепв у складi шихти становить 15^20 %.

Лiтература

1. Рысс, М. А. Производство ферросплавов [Текст] / М. А. Рысс; под ред Гасик. - М.: Металлургия, 1985. - 344 с.

2. Жунусов, А. К. Проектирование ферросплавных цехов [Текст] / А. К. Жунусов, Н. С. Сембаев. - Павлодар: Кереку, 2011. - 107 с.

3. Зубов, В. Л. Электрометаллургия ферросилиция [Текст] / В. Л. Зубов, М. И. Гасик. - Днепропетровск: Системные технологии, 2002. - 704 с.

4. Пат. №66958 Украши, МПК С22С33/04, С22С38/02. Споаб виробництва феросилщю з шихти, що мютить вщходи вироб-ництва феросплав1в [Текст] / С. Л. Борисенко, О. С. Борисенко, П. П. Говорунов, С. Ю. Коростильов, Б. I. Шукстульський. -№ 2004020952; заявл. 10.02.2004; опубл. 15.06.2004, Бюл. № 6.

5. Нурмаганбетов, Ж. О. Выплавка высокоуглеродистого феррохрома из отходов производства [Текст] / Ж. О. Нурмаганбетов, Е. В. Максимов, Е. С. Абдрахманов и др. - Вестник КазНТУ. - 2007. - № 6. - С. 217-221.

6. Gasik, M. Handbook of Ferroalloys: Theory and Technology. 1st Edition [Text] / M. Gasik. — Butterworth-Heinemann, Elsevier, 2013. - 536 p.

7. Жуковський, Т. Ф. Впровадження техшчних та природоохоронних ршень з1 зниження виквддв оксид1в вуглецю та пилу в атмосферне пов1тря на СВД ТОВ Ф1рма „ЕК1НА" [Текст] / Т. Ф. Жуковський, О. Л. Проценко, С. Л. Борисенко // Вюник Нацюнального техшчного ушверситету "Харгавський пол1техшчний ¡нститут". - 2014. - № 27 (1070). - С. 64-71.

8. Бижанов, А. М. Опыт применения брикетов экструзии (брэксов) для выплавки ферросиликомарганца [Текст] / А. М. Бижа-нов, Г. С. Подгорецкий, И. Ф. Курунов и др. // Металлург. - 2013. - № 2. - С. 44-49.

9. Жуковський, Т. Брикетування вщход1в виробництва феросилщю / Т. Жуковський, О. Проценко // Схщно-бвропейський журнал передових технологш. - 2013. - T. 1, № 8 (61). - С. 4-8. - Режим доступу: http://journals.uran.ua/eejet/article/ view/9403/8162

10. Сальников, В. Г. Пути повышения энергоэффективности работы ферросплавных печей [Текст] / В. Г. Сальников, P. M. Мустафина, Г. М. Мустафина, А. Х. Танат // Вестник ПГУ, серия энергетическая. - 2012. - № 1, 2. - С. 101-106.

викиди СТЧ в атмосферне повггря знижуються на 10 -^25 % у порiвняннi i3 традицшною технолопею.

Таблиця 3

Хiмiчний склад феросилщ^ марки FeSi45

Технологiя виплавки Масова доля елементу, %

Si Fe C P S Cr Mn Al 1нше

ДСТУ 4127-2002 41-47 - 0,2 <0,05 <0,02 <0,5 <1,0 <2,0 -

ISO 5445: 1980 41-47 - 0,2 <0,05 <0,05 <0,5 <1,0 <2,0 -

Метод ЕШП 43-45 48-52 0,15 0,04 0,003 0,35 0,44 0,67 -

Шлак - 70 % Брикети - 30 % 45,43 50,89 0,16 0,04 0,002 0,27 0,65 0,07 2,488

Шлак - 90 % Брикети - 10 % 43 52,3 0,14 0,04 0 0,32 0,51 0,1 3,59

Шлак - 50 % Брикети - 50 % 46,22 50,08 0,18 0,03 0,003 0,25 0,59 0,06 2,587

Шлак — 50 %

Шлак 50п/оо/ 46,22 50,08 0,18 0,03 0,003 0,25 0,59 0,06 2,587 Ьрикети - 50 %

200 т -1-1-

S 1/1 ■ 10е о фпкетт

I150 Wh П

и I |#| L г-1 □ 30% брикелв

■100 ш1 И L — цшхт1

'Э |J If П _ □ 50° о брпкетш

[lylbhh

15 30 45 60 75 90

Час плавкп, \в.

Рис. 3. Концентрацп СТЧ у викидах вiд печей постiйного струму при виплавц FeSi залежно вщ перiоду плавки