CC BY
120
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №3/2016 ISSN 2410-6070
Междунар. науч.-практ. конф., 20 янв. 2016 г., г. Курган. - Уфа: Аэтерна, 2016.- Ч. 1.- С. 169-173.
4. Широбокова С.Н., Барышева В.В., Ситник В.В. Сравнение информационных систем автоматизации гостиничного бизнеса по критерию функциональной полноты // Инновационная наука.-2016.-№ 1-1.- С.215-220.
5. Широбокова С.Н., Черемисова Т.В. Сравнительный анализ функциональных возможностей информационных систем Internet-магазинов // Инновационная наука.- 2015.- № 12.- Ч. 1.- С. 361-364.
6. Широбокова С.Н., Сотник А. Объектная модель информационной системы библиотеки на платформе "1С:Предприятие 8.3" // Решение : материалы Четвертой Всерос. науч.-практ. конф., г. Березники, 16 окт. 2015 г. / Перм. нац. исслед. политехн. ун-т.- Пермь: Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2015.- С.138-140.
7. Воробьев С.П., Черноморова Т.С., Широбокова С.Н. Информационные системы и технологии: выпускная квалификационная работа: учеб. пособие для бакалавров по направлению 230400 (09.03.02) «Информационные системы и технологии»/ Юж.-Рос. гос. политехн. ун-т (НПИ) имени М.И. Платова.-Новочеркасск: ЮРГПУ, 2014.- 258с.
© Иванова А.А., Слесарева Д.А., 2016
УДК 621.74
И.Е. Илларионов
Д.т.н., профессор И.А. Стрельников К.т.н., доцент Н.Ф. Тихонов
Старший преподаватель
ФГБОУ ВПО"Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова"
г. Чебоксары, Российская Федерация E-mail:ds2585@mail.ru
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХОДОВ ТОПЛИВНО - ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
В ЛИТЕЙНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
Аннотация
В настоящее время актуальна выработка технологии обращения с техногенными отходами, это так же важно и в литейном производстве. Предлагается использовать разработанные составы для изготовления литейных форм.
Ключевые слова
Технология, отходы, литейные формы, компоненты, составы.
В настоящее время наиболее актуальна выработка системных технологий обращения с техногенными отходами, так как сложившаяся в Российской Федерации ситуация в области экологической безопасности и обращения с отходами ведет к опасному загрязнению окружающей природной среды и создает реальную экономическую проблему. В то же время наша страна обладает значительными ресурсами вторичного сырья, которые можно характеризовать как возобновляемые сырьевые, материальные и топливно-энергетические ресурсы. По экспертным оценкам объемы накопления отходов в промышленности составляют около 80 млрд. тонн, объемы образования отходов - около 3 млрд. тонн в год (при годовом объеме потребления вторичных сырьевых ресурсов промышленностью менее 1 млрд. тонн). Средний уровень использования отходов в качестве вторичных ресурсов составляет около одной трети. Массовое накопление на промышленных предприятиях и в других сферах отходов производства и потребления говорит о несовершенстве технологий
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №3/2016 ISSN 2410-6070_
производства и о нерациональном использовании отходов в качестве вторичных ресурсов, но и создает экологические проблемы [1]. Наиболее рациональным направлением утилизации промышленных отходов является их использование как техногенного сырья при получении различного вида продукции и прежде всего строительного и металлургического назначения. В проблеме рациональной утилизации промышленных отходов в единый узел сплелись вопросы охраны окружающей среды и ресурсосбережения. Решение проблемы ресурсосбережения в различных отраслях возможно при комплексном использовании технических, организационных, экономических факторов и применении современных технологических процессов. Использование промышленных отходов обеспечивает производство богатым источником дешёвого и часто уже подготовленного сырья; приводит к экономии капитальных вложений, предназначенных для строительства предприятий, добывающих и перерабатывающих сырьё, повышению уровня их рентабельности; высвобождению значительных площадей земельных угодий и снижению степени загрязнения окружающей среды. Повышение уровня использования промышленных отходов является важнейшей производственной задачей. На основе применения отходов промышленности возможно развитие производства не только традиционных, но и новых эффективных строительных и других материалов. Новые материалы обладают комплексом улучшенных технических свойств и в то же время характеризуются наименьшей ресурсоёмкостью как в процессе производства, так и при применении. Масштабы применения промышленных отходов в производстве строительных материалов в Российской Федерации неуклонно увеличиваются. Некоторые виды отходов, как, например, доменные гранулированные шлаки, пользуются достаточным спросом в настоящее время и используются полностью. Передовые металлургические предприятия переходят практически на безотвальную работу. В промышленности накоплен положительный опыт создания комбинированных производств. Это производство глинозёма, содопродуктов и портландцемента на основе нефелиновых шламов и известняков, легированного чугуна и глинозёмистого цемента и др. Значительно меньше, чем доменные, используются пока сталеплавильные шлаки. Объём их использования составляет около 65%. Незначителен уровень применения шлаков цветной металлургии. Утилизируется лишь около 15 % объёма золошлаковых отходов энергетической промышленности, которые наряду с металлургическими шлаками можно отнести к наиболее значительным сырьевым ресурсам для промышленности строительных материалов. Неудовлетворителен пока уровень использования отходов деревообрабатывающей, химической, нерудной и ряда других отраслей промышленности. Развитие и совершенствование производства современных материалов и продукции, повышение их экономической эффективности на данном этапе в значительной степени будут определяться рациональностью использования сырьевых ресурсов, полнотой вовлечения в производство отходов различных отраслей промышленности. При этом в основе безотходных производств лежит идея комплексного использования сырья. В зависимости от физико - химических свойств отходов, а также от их количества применяют различные методы обезвреживания и переработки: механические, биологические, химические, сорбционные, термические, а также комбинированные. На ряде металлургических предприятий освоена технология регенерации металлов путём переработки шлаков, шламов и др. Каждая тонна алюминия, извлечённого из отходов, обходится в 10 раз, меди - в 6, цинка - в 3,5 и свинца - в 2,5 раза дешевле, чем те же металлы, выплавленные обычным способом - из рудного сырья. Эффективное решение проблемы промышленных отходов - это внедрение безотходной технологии. Безотходные производства основаны на принципиальном изменении технологических процессов, разработке систем с замкнутым циклом, обеспечивающих многократное использование продуктов и комплексном использовании сырья. При комплексном использовании сырьевых материалов промышленные отходы или побочные продукты одних производств являются исходными материалами других. Важность комплексного использования сырьевых материалов можно рассматривать в нескольких аспектах. Во-первых, утилизация отходов позволяет решать задачи по охране окружающей среды, освобождать ценные земельные угодья, отчуждаемые под отвалы и шламохранилища, устранять вредные выбросы в окружающую среду. Во-вторых, отходы промышленности в значительной степени покрывают потребность ряда перерабатывающих отраслей в сырье, причём во многих случаях высококачественном, подвергнутом в процессе производства первичной технологической обработке (измельчению, обжигу и т.д.). В-третьих, при комплексном использовании сырья снижаются
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №3/2016 ISSN 2410-6070_
удельные капитальные затраты на единицу продукции и уменьшается срок их окупаемости, снижаются также непроизводительные расходы основного производства, связанные со складированием отходов, строительством и эксплуатацией хранилищ для них; уменьшаются затраты, расход теплоты и электроэнергии на новую продукцию за счёт технологической подготовленности отходов; увеличивается производительность оборудования. К настоящему времени, учитывая эффективность применения многих минеральных и органических отходов в качестве сырьевых ресурсов, отходами их можно считать лишь по отношению к целевой продукции предприятий [2].
В различных отраслях промышленности образуется значительное количество побочных продуктов производственных процессов, материалов техногенного происхождения, отходов, содержащих химические соединения или их комплексы, введение которых в различные смеси (формовочные, стержневые, теплоизоляционные) литейного производства на этапе производства формы, стержней или теплоизоляционных оболочек позволяют достичь результатов, по качеству сопоставимых со стандартными требованиями, а иногда и превышающими их. Например, некоторые техногенные отходы, такие как шламы гальванических производств, золы и шлаки теплоэлектростанций (ТЭС), шлаки цветной и черной металлургии, отходы мукомольного и крахмального производств, в частности экструзионный крахмальный реагент являются ценным сырьем для получения различной продукции. Кроме того, такие отходы по опытным данным, могут быть использованы в литейном производстве в составах для приготовления различных смесей [3].
К отходам топливно - энергетической промышленности относятся продукты, получаемые в виде отходов при добыче, обогащении и сжигании твёрдого топлива. Эту группу отходов разделяют по источнику образования, виду топлива, числу пластичности минеральной части отходов, содержанию горючей части, зерновому составу, химико - минералогическому составу, степени плавкости, интервалу размягчения, степени вспучиваемости. Основными видами твёрдого топлива являются каменные и бурые угли. При добыче и обогащении углей побочными продуктами служат шахтные и вскрышные породы, отходы углеобогащения. Для применения в производстве строительных материалов наибольший интерес представляют отходы углеобогащения, характеризуемые наименьшими колебаниями состава и свойств. Содержание угля, не выделенного в процессе обогащения, может достигать 20 %. Отходы углеобогащения представлены обычно в виде кусков крупностью 8 - 80 мм. При сжигании твёрдых видов топлива в топках тепловых электростанций (ТЭС) образуются зола в виде пылевидных остатков и кусковый шлак, а также золошлаковые смеси. Они являются продуктами высокотемпературной обработки минеральной частицы топлива. В зависимости от температурных условий образование золы и топливных шлаков возможно без плавления, в присутствии расплава и при полном расплавлении исходных компонентов. В первом случае золы и шлаки образуются при сжигании низкокалорийных видов твёрдого топлива. Получение из расплава характерно для гранулированных топливных шлаков. Наиболее характерно получение топливных зол и шлаков в результате взаимодействия расплава с твёрдыми фазами. Зола - унос представляет собой тонкодисперсный материал, состоящий в основном из частиц размером 5-100 мкм. Её химико -минералогический состав соответствует составу минеральной части сжигаемого топлива. Примерное содержание основных оксидов в золах различных ТЭС следующее (%): оксид кремния - 37-63, оксид алюминия - 9-37, оксид железа - 4-17, оксид кальция - 1-32, оксид магния - 0,1-5, оксид серы - 0,05-2,5, оксиды натрия и калия - 0,5-5. Потери при прокаливании, характеризующие содержание в золе несгоревших углеродистых частиц, составляют 0,5-30 %. Важными показателями качества золы являются её дисперсность и гранулометрический состав. Авторами [5] предлагается использовать золу - унос ТЭС в составе смесей для изготовления литейных форм и стержней, отверждаемых тепловой сушкой. Смесь содержит, мас.%: формововочную глину - 2,5-3,5, алюмохромфосфатную связку - 3,0-4,0, воду - до 1,0 %, золу - унос ТЭС -0,5-1,5 %, огнеупорный наполнитель остальное. Предлагаемую смесь готовят путём сухого перемешивания огнеупорного наполнителя (кварцевого песка), формовочной глины и золы - уноса ТЭС в течение 2 - 3 мин. Далее вводят воду и перемешивают 5 - 6 мин., после чего вводят алюмохромфосфатное связующее (АХФС) и перемешивают ещё 3 - 4 мин. Итого общее время перемешивания не более 13 мин. Образцы сушат при 180
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №3/2016 ISSN 2410-6070_
- 200 градусов Цельсия в тецение 20 - 30 мин. Вода в количестве 0,4 - 0,6 % необходима для повышения адгезии глины к огнеупорному наполнителю. При содержании воды менее 0,4 % увеличивается осыпаемость смеси, а при содержании более 0,6 % снижается прочность в сыром состоянии. Добавка золы - уноса ТЭС в количестве 0,5 - 1,5 % снижает прилипаемость смеси к оснастке, повышает прочность в высушенном состоянии, снижает осыпаемость. При более низком содержании золы - уноса не достигается необходимого значения прилипаемости, а при более высоком не наблюдается дальнейшего улучшения свойств смеси. Зола
- унос ТЭС представляет собой тонкодисперсное вещество с весьма малым размером частиц, что позволяет использовать её без помола. Таким образом, использование данного изобретения позволит улучшить условия труда, повысить прочность стержней и форм, газопроницаемость, снизить газотворность, а также расширить арсенал средств данного назначения.
В настоящее время основным потребителем доменных шлаков является цементная промышленность. Для цементной промышленности также перспективными являются некоторые другие виды металлургических шлаков: феррохромовый, позволяющий получать цветной портландцементный клинкер; никелевые и медные, применяемые в качестве железистого компонента сырьевой цементной смеси и активной минеральной добавки; шлаки алюмотермического производства ферросплавов и вторичной переплавки алюминия и его сплавов - как сырьё для производства глинозёмистого цемента и сверхбыстротвердеющего портландцемента; сталерафинировочные шлаки, пригодные для получения расширяющихся цементов. Для получения шлаковых вяжущих автоклавного твердения возможно применение как гранулированных, так и медленно охлаждённых сталеплавильных шлаков и шлаков цветной металлургии. На металлургических заводах образуется значительное количество различных железосодержащих пылей и шламов. Они с успехом могут применяться в качестве железистой корректирующей добавки в производстве портландцементного клинкера. Железосодержащие добавки используются также при получении керамзита для улучшения вспучивания и спекания глинистого сырья. Кроме того, предлагается использовать теплоизоляционную смесь для утепления прибылей отливок, содержащую металлофосфатное связующее и отход ваграночного производства чугуна, отличающуюся тем, что смесь дополнительно содержит трепел, а в качестве фосфатного связующего - алюмохромфосфатное связующее при следующем соотношений компонентов, мас.%: алюмохромфосфатное связующее - 8-12, трепел - 5-10, отход ваграночного производства чугуна - остальное.
Полученная смесь для утепления прибылей отливок обладает повышенной формуемостью и улучшенными физико-механическими свойствами, в результате улучшается охрана окружающей среды за счёт утилизации отхода ваграночного производства и снижается себестоимость за счёт использования промышленных отходов и природного трепела, утилизируются отходы производства, решается экологическая проблема [4]. Подобранная совокупность компонентов и их количественное соотношение обеспечивает увеличение теплоизолирующего эффекта смеси при достаточных физико-механических свойствах, необходимых для изготовления теплоизоляционных оболочек и вставок.
Предлагается также использовать смесь, содержащую в составе керамзитовую пыль для изготовления литейных форм и стержней, отверждаемых тепловой сушкой. Смесь содержит, масс.%: формовочную глину
- 3,0 - 3,5, крахмалит - 0,3 - 0,5, воду 0,8 - 1,0,алюмохромфосфатное связующее (АХФС) - 3,0 - 4,0, керамзитовую пыль - 0,5 - 1,0, огнеупорный наполнитель остальное [6].
Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам смесей для изготовления литейных форм и стержней, отверждаемых тепловой сушкой. Крахмалит представляет собой продукт на основе кукурузного крахмала, получаемый при термообработке крахмалобелковой суспензии на вальцовой сушке. Цель изобретения - улучшение качества форм и стержней за счёт повышения их прочности в сухом состоянии, увеличения газопроницаемости. Предлагаемую смесь готовят путём сухого перемешивания огнеупорного наполнителя, формовочной глины и керамзитовой пыли в течение 2 - 3 мин. Одновременно готовится суспензия воды и крахмалита. Далее вводят суспензию в сухую смесь и перемешивают 5 - 6 мин., после чего вводят АХФС и перемешивают ещё 3 - 4 мин. Общее время перемешивания не более 13 мин.
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №3/2016 ISSN 2410-6070_
Образцы сушат при 180 - 200 градусов Цельсия в течение 10 - 20 мин. Керамзитовая пыль - пылевидный отход керамзитового производства, имеет следующий химический состав, мас.%: оксид кремния - 48 - 80, оксид алюминия - 7 - 27, оксиды железа - 0,5 - 13,5, оксид кальция - 0,5 - 20,0, оксид магния - 0,3 - 12,0, оксиды калия и натрия - 0,5 - 7,5. Керамзитовая пыль в пределах 0,5 - 1,0 обеспечивает интенсивное объёмное твердение, ускоряет сушку, препятствует прилипаемости смеси к оснастке. При более низком содержании керамзитовой пыли не достигается значения интенсификации твердения, прилипаемости и прочности в высушенном состоянии, а при более высоком увеличивается осыпаемость. Формовочная глина в количестве 3,0 - 3,5 мас.% обеспечивает сырую прочность смеси. При содержании глины ниже 3 мас.% не обеспечивается требуемой прочности на сжатие в сыром состоянии, а при содержании свыше 3,5 мас.% возрастает осыпаемость смеси. Вода в количестве 0,8 - 1,0 мас.% необходима для повышения адгезии глины к огнеупорному наполнителю. При содержании воды менее 0,8 мас.% увеличивается осыпаемость смеси, а при содержании свыше 1 мас.% снижается прочность в сыром состоянии. Использование предлагаемого изобретения позволит улучшить условия труда, повысить прочность стержней и форм, газопроницаемость, снижение осыпаемость, а также расширить арсенал средств данного назначения и утилизировать отходы керамзитового производства.
Перед современным литейным производством ставятся задачи по снижению себестоимости, повышению качества и товарного вида отливок, а также по повышению экологической безопасности производства. Решение этих задач во многом связано с разработкой новых, более технологичных составов формовочных и других смесей, а также с оптимизацией существующих способов их приготовления и упрочнения.
Комплексное использование сырья и техногенных продуктов дает возможность увеличить выпуск многих видов продукции на 25-30%, снизить ее себестоимость в несколько раз.
Проблемы утилизации отходов промышленных производств становятся всё более актуальными. Практика показывает, что основная масса всех образующихся технологических отходов не может быть переработана (утилизирована) на тех предприятиях, где данные отходы образуются. Распространение получает практика использования отходов смежных отраслей. При этом особая роль при решении данной проблемы отводится литейно-металлургическому производству - основной заготовительной базе машиностроения [7].
Список использованной литературы:
1. Илларионов, И.Е. Экологические проблемы металлургического производства: конспект лекций / И.Е. Илларионов, Ю.А. Журавлёв, И.А. Стрельников. - Чебоксары: Изд-во Чуваш.ун-та, 2015. - 88 с.
2. Дворкин, Л.И. Строительные материалы из отходов промышленности /Л.И. Дворкин, О.Л. Дворкин. -Ростов н/Д: Феникс, 2007. - 368 с.
3. Илларионов, И.Е. Основы промэкологии, теории процессов и аппаратов очистки технологических и аспирационных газов литейно - металлургических и смежных производств: Монография Ч.1./ И.Е. Илларионов, И.О. Леушин, В.А. Ульянов, В.Н. Гущин, В.В. Новоселов. Под общей ред. Илларионова И.Е. Чебоксары - Н.Новгород: НГТУ, 2003. - 196 с.
4. Патент РФ №2356688 «Теплоизоляционная смесь для утепления прибылей отливок» от 27.05.2009. Авторы: Илларионов И.Е., Стрельников И.А., Петрова Н. В., Журавлев А.Ф., Бюл.№15.
5. Патент РФ № 2033880 «Смесь для изготовления литейных форм и стержней» от 30.04.1995. Авторы: Илларионов И.Е., Стрельников И.А.
6. Патент РФ № 2026766 «Смесь для изготовления литейных форм и стержней, отверждаемых тепловой сушкой» от 20.01.1995. Авторы: Илларионов И.Е., Стрельников И.А.
7. А.Н.Грачев, О.С.Кошелев, И.О.Леушин, Л.И.Леушина, К.А.Маслов. Шлам селитровых ванн термических цехов - перспективный материал для литейно-металлургического производства// Журнал «Заготовительные производства в машиностроении», 2013, №10, с.6-8.
© ИлларионовИ.Е., СтрельниковИ.А., ТихоновН.Ф., 2016
