CC BY
82
увеличение следующих характеристик:
• объема открытых пор;
• удельного объема: кажущего и фактического;
• механической прочности;
• удельной поверхности; реакционной способности;
• удельного электросопротивления;
• газопроницаемости, способствующей равномерному выделению активных газов.
Библиогра
1. Беляев А.Е., Конакова Р.В. Карбид кремния: технология, свойства, применение. М.: Химия, 2010. 532 с.
2. Дошлов О.И. Высокореакционные коксы как восстановители кремния // Материалы Всерос. науч.-практ. конф. «Химия и химическая технология». Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2006. С. 52-53.
3. Дошлов О.И., Дошлов И.О., Крылова М.Н. Новый углеродистый восстановитель для выплавки химически чистого кремния на основе высокореакционного нефтяного кокса // Сб. тр. XX Международного конгресса «Новые технологии газовой, нефтяной промышленности, энергетики и связи». Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2011. С. 192-195.
4. Перспектива осушки нефтяного кокса на уста-
Таким образом, проведенные исследования показали, что введение химических соединений порофоров положительно влияет на качество нефтяного кокса, улучшая его вышеперечисленные показатели. Экономический эффект заключается в том, что при вводе порофора в процессе замедленного коксования стоимость товарного продукта не увеличивается, так как порофор используется для приготовления высокореакционного нефтяного кокса.
Статья поступила 30.07.2015 г.
чий список
новках замедленного коксования / А.А. Тихонов, И.Р. Хайрудинов, М.М. Ахметов, Э.Г. Теляшев // Мир нефтепродуктов. 2012. № 2. С. 18-22.
5. Спешилов Е.Г., Дошлов О.И. Внутренняя структура нефтяного кокса и ее влияние на общее содержание влаги // Материалы IV Всерос. науч.-практ. конф. с международным участием «Перспективы развития технологии переработки углеводородных, растительных и минеральных ресурсов» (24-25 апреля 2014 г.). Иркутск, 2014. С. 94-96.
6. Спешилов Е.Г., Дошлов О.И. Требования к качеству углеродистых восстановителей // Сб. науч. тр. XIX Всерос. студенческой науч.-практ. конф. с международным участием «Безопасность - 2014» (22-25 апреля 2014 г.). Иркутск, 2014. С. 86-89.
УДК 620.17: 669.13
НАНОСТРУКТУРЫ И АЛЮМИНИЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
19 о л с
© В.В. Кондратьев1, В.А. Ершов2, А.Е. Балановский3, Н.Н. Иванчик4, А.И. Карлина5
Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Представлены результаты исследований, относящиеся к области наук на стыке металлургии, наноматериалов и экологии. С учетом теоретических концептов и известной практики модифицирования серых чугунов рассмотрен новый ультрадисперсный модификатор, содержащий углерод с повышенной химической активностью. Установлено, что угольная пена, электролизная пыль с электрофильтров и глинозем, прошедший через систему сухой
Кондратьев Виктор Викторович, кандидат технических наук, начальник отдела инновационных технологий ФТИ ИРНИТУ, тел.: 89025687702, e-mail: [email protected]
Kondratiev Viktor, Candidate of technical sciences, Head of the Department of Innovative Technologies PhTI INRTU, tel.: 89025687702, e-mail: [email protected]
2Ершов Владимир Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры АПП ИРНИТУ, тел.: 89025122701, e-mail: [email protected]
Ershov Vladimir, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Automation of Industrial Processes INRTU, tel.: 89025122701, e-mail: v.ershov @mail.ru
3Балановский Андрей Евгеньевич, доктор технических наук, доцент кафедры машиностроительных технологий и материалов ИРНИТУ, тел.: 83952749619, e-mail: [email protected]
Balanovsky Andrei, Doctor of technical sciences, Associate Professor of the Department of Machine-Building Technolo-aies and Materials INRTU, tel.: 83952749619, e-mail: [email protected]
Иванчик Николай Николаевич, аспирант, тел.: 89500952880, e-mail: [email protected] Ivanchik Nikolay, Postgraduate, tel.: 89500952880, e-mail: [email protected]
5Карлина Антонина Игоревна, ведущий научный сотрудник отдела инновационных технологий Karlina Antonina, Leading Researcher of the Department of Innovative Technologies, tel.: 89501201950, e-mail: [email protected]
газоочистки, имеют в своем составе углеродные наноструктуры. Дано описание сырья для получения модифицирующей добавки, методик и материалов экспериментов. Представлены результаты серии плавок чугуна с различным содержанием модификатора и способом его ввода при замене 50% стандартного металлургического графита углеродсодержащей частью угольной пены. Рассмотрено влияние модификатора на фазообразование при затвердевании серого чугуна с помощью закалки из жидкого состояния. Пробы опытного чугуна и чугуна-свидетеля проанализированы на химический состав, также выполнен анализ механических характеристик. Установлено, что модификатор позволяет повысить тип/марку серого чугуна. Предложен теоретический механизм образования углеродных нанотрубок при производстве алюминия. Представлена технология извлечения углеродных структур из исходного сырья. Показано, что при получении одной тонны алюминия с использованием разработанных технологических решений по обезвреживанию и утилизации промышленных отходов появляется возможность производить модификатор на основе высокоорганизованных углеродных наноструктур. Ключевые слова: алюминиевая промышленность; электролизные газы; промышленные отходы; нанотрубки; извлечение; модификатор; чугун.
NANOSTRUCTURES AND ALUMINUM INDUSTRY
V.V. Kondratiev, V.A. Ershov, A.E. Balanovsky, N.N. Ivanchik, A.I. Karlina
Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
The article presents the research results related to the domain of science relating to the metallurgy, nanomaterials and ecology. With regard to the theoretical concepts and a well-known practice of gray cast iron inoculation a new ultra-dispersed modifier containing highly active carbon is considered. It is determined that carbon nanostructures are present in the composition of coal foam, electrolysis dust from electrostatic precipitators and alumina treated in the dry gas purification system. The raw material for modifying additive production is described as well as the methods and materials for experiments. The paper provides the results of a series of cast iron smelting with the different content of the modifier and its introduction method when 50% of the standard graphite is replaced by a carbon-containing part of the carbon foam. The modifier's effect on the phase formation is examined under gray cast iron hardening by quenching from the liquid state. The chemical composition of the samples of the experimental cast iron and check test cast iron are analyzed as well as their mechanical characteristics. It has been found out that the modifier can improve the type/brand of gray cast iron. A theoretical mechanism of carbon nanotube formation in the production of aluminum is proposed. A technology of carbon structure extraction from the raw material is introduced. It is shown that the production of one ton of aluminum with the use of the developed technological solutions for deactivation and disposal of industrial waste enables to produce a complex carbon nanostructure-based modifier.
Keywords: aluminum industry; electrolysis gases; industrial waste; nanotubes; extraction; modifier; cast iron.
Введение
Одним из путей повышения технико-экономических показателей производства алюминия является создание и применение новых конструкционных материалов с улучшенными эксплуатационными характеристиками. Это стало возможным благодаря открытию новых форм организации вещества, находящихся в области наномет-рового диапазона размерности. Компоненты с размерами менее 100 нм имеют принципиально новые качества и позволяют осуществить их интеграцию в полноценно функционирующие системы большего масштаба.
Повышение физико-механических свойств ответственных за безопасность эксплуатации техники литых деталей, работающих при повышенных нагрузках, всегда актуально. В алюминиевой промышленности широко используются литые детали из серого чугуна (СЧ). В производстве
улучшение литейно-механических свойств деталей решается за счет применения СЧ только высоких марок, что не всегда экономически целесообразно.
По данным [2-6, 8], существенное улучшение свойств отливок СЧ невозможно без эффективного модифицирования. Известно большое разнообразие способов выплавки чугуна на базе нового поколения комплексных модификаторов, раскисли-тельных смесей и рафинирующих добавок. Необходимо отметить, что на практике имеется свыше 500 действующих типов различных модификаторов и рафинирующих добавок, содержащих от 2-5 до 15 компонентов [1].
Из анализа работ по модифицированию [1, 3, 4, 7-10] следует, что в металлургической промышленности все больше находят применение углеродные нанообъ-екты: графеновые плоскости, фуллерены, нанотрубки различного типа (рис. 1) и ке-
рамика на основе диоксида циркония: 2г02-У203, 2гО2-МдО, 2г02 СаО. Отмечается, что использование инновационных продуктов приводит к изменению электронной структуры, проводимости, реакционной способности, температуры плавления и механических характеристик.
В данной работе представлены изыскания ИРНИТУ, относящиеся к области наук на стыке металлургии, наномате-риалов и экологии. С учетом теоретических концептов и известной практики модифицирования серых чугунов [1, 7] рассмотрены результаты исследований нового ультрадисперсного модификатора с высоким содержанием углерода.
Сырье для получения модифицирующей добавки Производство первичного алюминия является источником твердых и газообразных загрязняющих веществ. Экологическая ситуация в районах расположения ряда алюминиевых заводов часто не соответствует современным требованиям, в связи с этим разработка и внедрение методов эффективного обезвреживания и утилизации промышленных отходов остаются актуальными.
В зависимости от типа электролизера, условий и уровня его эксплуатации
объем и состав загрязняющих веществ в виде твердых промышленных отходов и пылегазовоздушной смеси (ПГС) может существенно изменяться. К примеру, в газовой фазе ПГС содержатся фтористый водород, диоксид серы, оксид углерода, а при температуре выше 70 0С в газовой фазе частично содержатся также полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). В твердой фазе (электролизная пыль) находятся плохорастворимые неорганические фториды (фторид алюминия, криолит), глинозем, углерод и при использовании самообжигающихся анодов смолистые вещества, содержащие сконденсированные ПАУ [9].
При изучении причин образования загрязняющих веществ и методов их эффективного обезвреживания и утилизации авторами зафиксировано, что глинозем, прошедший через систему сухой газоочистки, электролизная пыль с электрофильтров и угольная пена имеют в своем составе высокоорганизованные углеродные наноструктуры 0,01-0,1% масс., которые формируются на различных стадиях электролиза из анодного углерода. Фотографии наноструктур представлены на рис. 2.
а б в
Рис. 1. Углеродные нанообъекты: а - графеновая плоскость; б - фуллерен С60; в - нанотрубки различного типа
Рис. 2. Углеродные нанотрубки, полученные при помощи просвечивающей электронной микроскопии
Авторами предложена теория, с учетом механизмов синтеза углеродных нанотрубок [10], что в процессе электрохимической деструкции поверхности анода возможно отщепление отдельных одно- и многослойных графеновых плоскостей с последующим их сворачиванием в нано-трубки. Другим возможным механизмом образования углеродных нанотрубок является пиролиз газов, выделяющихся при обжиге в процессе формирования самообжигающегося анода. Следует отметить, что при электролизе наблюдается некоторый подсос воздуха и, соответственно, может происходить частичное окисление углерода, что приводит к обогащению угольной пены более устойчивыми к окислению углеродными нанотрубками.
Технология разделения фаз исходного сырья и углерода проста и основана на эффекте различной гидравлической крупности веществ. Образовавшаяся пульпа с тонкодисперсной взвесью углеродных частиц обрабатывается ультразвуком для диспергации углеродных образований и концентрируется методом центрифугирования.
Угольная пена. Продукты разрушения анода попадают в расплав электролита и извлекаются при технологической обработке электролизера. Извлеченный материал является отходом производства -угольной пеной - и представляет собой механическую смесь, содержащую 10-40% углерода и 40-50% фтористых солей (криолит и хиолит). Наибольшее содержание углерода в угольной пене наблюдается на электролизерах с ВТ и БТ, по сравнению с ОА [4], что обусловлено различием в аноде.
С учетом имеющегося опыта по утилизации пены [3] разработана технология по извлечению наноразмерной фракции из угольной пены. Технология включает предварительные операции: измельчение угольной пены до однородной массы и извлечение соединения фтора из общей массы до остаточного содержания менее 0,2% масс., далее углеродный остаток обраба-
тывается гидрохимическим и высокотемпературным методом.
Пыль с электрофильтра. Одним из наиболее эффективных способов обеспыливания газов является улавливание пыли в электростатическом поле. Процесс осаждения пыли происходит при прохождении запыленного газа через неоднородное электрическое поле, создаваемое электродами с большой разностью потенциалов. При встряхивании электродов уловленная пыль попадает в бункер, откуда удаляется системой пылевыгрузки.
Электролизная пыль представляет собой конгломераты твердых частиц, имеющие размеры от субмикронных до нескольких десятков микрон со сложным химическим и фазовым составом. Концентрация пыли в ПГС, удаляемой от укрытия электролизеров, зависит от его типа. По данным [9], в удаляемых газах с ОА содержится 250-500 мг/м3 пыли, с ВТ 600-1500 мг/м3, с БТ 200-400 мг/м3. Пыль с ВТ содержит ориентировочно 40% фторсолей, 20% смолистых веществ, 15-20% углерода и 20-30% глинозема. Пыль в газах от электролизеров БТ содержит 45% глинозема, 25-30% фторсолей, 11% углерода и 16% смолистых веществ. В пыли от электролизеров ОА содержится 60% глинозема, 25% фторсолей, 15% углерода, смолистые вещества, как правило, отсутствуют.
Фторированный глинозем. В настоящее время на алюминиевых заводах широко применяются или внедряются системы сухой газоочистки отходящих электролизных газов. В СОГ используется глинозем в качестве сорбента для удаления газообразных и твердых фторидов, БО2 и других примесей из анодных газов. На практике исходный глинозем, называемый первичным, вводится в поток анодных газов, смешивается и реагирует с ним. Затем прореагировавший глинозем, называемый вторичным, отделяется от газа с помощью рукавных фильтров и подается в электролизер.
Из практики эксплуатации установок СОГ на зарубежных и отечественных алюминиевых заводах известно, что для фто-
рированного глинозема характерны изменения дисперсного состава, угла естественного откоса, величины удельной поверхности и ряда других параметров. Увеличиваются концентрации примесей, содержание которых в исходном глиноземе нормирует ГОСТ 30558-98.
Известно, что повышенное содержание нормирующих примесей в металлургическом глиноземе существенно влияет на качество получаемого алюминия, дестабилизирует технологию электролиза и снижает технико-экономические показатели процесса. Действительно, многократный оборот примесей в цикле электролит-отходящие газы - адсорбент - электролит вызывает увеличение концентрации Ре, И, С1, К, Б в криолит-глиноземном расплаве уже после 6 мес. функционирования системы СОГ.
Анализ химического состава исходного и фторированного глиноземов показал, что глинозем после газоочистки, в зависимости от типа электролизера, насыщается до 1 -2% масс. соединениями фтора, а также сажей в виде мелких частиц углерода и смолистых возгонов. Полученные результаты согласуются с данными [4, 8] об увеличении концентрации фтора, углерода и смолистых возгонов.
При разработке способа очистки фторированного глинозема от примесей, отрицательно влияющих на процесс электролиза, важным аспектом является распределение ингредиентов пылегазовой эмиссии по фракциям адсорбента, характеризующимся разной крупностью. В связи с этим рассмотрено концентрационное распределение примесей по фракциям глинозема ±50 мкм после прохождения системы СОГ [4]. Анализ проб показал, что насыщение глинозема составляющими пы-легазовой смеси принципиально отличается для крупно- и мелкозернистых адсорбентов. Мелкая фракция адсорбента обогащена всеми исследованными примесями, за исключением серы, степень улавливания которой, следовательно, не зависит от размера частиц глинозема. Отмечено, что при содержании фракции (-50 мкм) 46%
концентрации углерода, железа и фтора достигают 80%.
Наибольшее содержание углерода во фторированном глиноземе отмечается на электролизерах с БТ по сравнению с электролизерами ВТ и тем более ОА [5]. Такая закономерность обусловлена тем, что на электролизерах с боковым токопод-водом сгорание частиц угля в «огоньках» криолит-глиноземной корки менее эффективно по сравнению с горелочными устройствами на электролизерах с верхним токо-подводом.
Методика и материалы
исследования
Модификатор представлял собой черный порошок, состоящий из дисперсного графитизированного углерода с содержанием 0,20% масс. аморфного углерода (нанотрубки). Структура нанотрубок: протяженная, многостенная, цилиндрическая диаметром от 10 нм и длинной до 500 нм; температура плавления: 3527 °С; температура кипения: 4300 °С; плотность: 0,4 г/см3; теплоёмкость: 8,5 Дж/г °С; термическое сопротивление: 1,59 Вт/м К.
Влияние модифицирования СЧ оценивали на основании результатов металлографических исследований и анализа механических свойств материалов. Микроструктуру чугунов после механических испытаний исследовали на продольных и поперечных шлифах, в нетравленом и травленом состояниях. Оценку исходной микроструктуры чугуна проводили по ГОСТ 3443-87. Химический состав и механические свойства серого чугуна в зависимости от марки регламентирует ГОСТ 1412-85.
Оптический электронный микроскоп LEO 906Е и электронный сканирующий микроскоп JIB-Z4500, оснащенный электронной пушкой (LaB6) и ионной пушкой (JEOL), применялись для исследований извлеченных углеродных частиц на содержание наноструктур, фактографии и структур изломов образцов чугуна после испытаний их прочности на разрыв.
Пробы пены и фторированного глинозема анализировались методом рентге-нофлуоресцентного анализа на содержа-
ние F, Na, P2O5, S, Fe. Концентрацию углерода определяли газоволюмометрическим методом. Спектрометр Pioneer (Bruker Corp.) использовался при оценке зависимости содержания отдельных примесей от дисперсного состава глинозема.
Выплавка СЧ проходила согласно действующей технологической инструкции вспомогательного чугунно-литейного производства Кандалакшского алюминиевого завода в индукционной печи марки ИСТ-0,16 и электропечном тигельном агрегате ИСТА-0,4/0,32-И2 в соответствии с нормативным документом «Технологическая инструкция по выплавке чугуна в печи ИСТА 0,4/0,32». Процесс осуществлялся при открытом тигле с рабочей температурой расплава 1430-1450°С, масса в ковше составляла 120 кг, время плавки от начала - 2,5 часа. Для измерения температуры исполь-
зовалась термопара погружения ВР-5/2. Модифицировался серый чугун марки СЧ15 химического состава и механических свойств, представленных в табл. 1. Цилиндрические образцы диаметром 16-25 мм отливали в сухие песчаные формы, скорость охлаждения составляла 4,3 °С/сек.
Проведены серии экспериментов:
- с разной навеской углеродного модификатора: 46 г, 77 г, 120 г;
- при замене 50% стандартного металлургического графита углеродсодержа-щей частью угольной пены (содержание нанообъектов на уровне 0,1% масс.);
- по способу введения модификатора: подача брикетированной таблетки в середине процесса плавки; заливка расплава на модификатор и «сэндвич-процесс» (рис. 3).
Таблица 1
Характеристики серых чугунов_
Марка чугуна Массовая доля элементов, % Механические свойства
С Si Mn P S Твердость, НВ Временное сопротивление при растяжении, МПа
не более
СЧ10 3,5-3,7 2,2-2,6 0,5-0,8 0,3 0,15 185-190 80-100
СЧ15 3,5-3,7 2,0-2,4 0,5-0,8 0,2 0,15 201-210 110-150
СЧ20 3,3-3,5 1,4-2,4 0,7-1,0 0,2 0,15 216-230 160-200
СЧ25 3,2-3,4 1,4-2,2 0,7-1,0 0,2 0,15 238-245 210-250
Жидкий чугун
Заливка расплава на «Сэндвич —процесс»
модификатор сверху
Рис. 3. Схемы подачи модификатора в расплав
Результаты экспериментов и обсуждение
Результаты исследований серого чугуна с разной навеской углеродного модификатора представлены в табл.2.
Анализ трех серий экспериментов с разной степенью модифицирования чугуна марки СЧ15 (табл. 2) показал, что механические свойства повышаются и соответствуют маркам СЧ20 и СЧ25 (ГОСТ 1412-85). Можно констатировать, что навеска модификатора образца №1 наиболее эффективно влияет на механические характеристики серого чугуна марки СЧ15 и, соответственно, марки СЧ10.
Результаты исследований при замене 50% стандартного металлургического графита углеродсодержащей частью угольной пены представлены в табл. 3 и на рис. 4. Пробы опытного чугуна и чугуна-свидетеля проанализированы на химический состав, также выполнен анализ механических характеристик.
Химический состав исследованных образцов (табл. 3) не подвергся существенным изменениям и соответствует нормативным ограничениям. Изменилась зернистая структура, в месте разрыва опытный образец имеет более мелкое зерно, чем чугун-свидетель (рис. 4).
Таблица 2
Механические свойства серого чугуна марки СЧ15
с разной навеской углеродного модиф Ьикатора
Образец чугуна Масса в ковше Твердость, НВ Временное сопротивление при растяжении, МПа Марка чугуна
Металлургический графит, кг Модификатор, г
Исходный 120 - 201-210 110-150 СЧ15
№ 1 120 120 243 220 СЧ25
№ 2 120 77 240 250 СЧ25
№ 3 120 46 223 200 СЧ20
Таблица 3
Химический состав серого чугуна_
Образец чугуна Содержание, %
C Si Mn P S Ni AI Cu Ti V Fe
Опытный 3,62 2,834 0,695 0,472 0,045 0,126 0,0012 0,157 0,011 0,0095 93,2
Исходный 3,59 2,685 0,733 0,434 0,048 0,249 0,0023 0,166 0,012 0,0076 93,5
а б
Рис. 4. Вид зернистой структуры чугуна в месте разрыва: а - опытный образец; б - чугун-свидетель
Анализ механических характеристик показал, что опытный чугун более кислотостоек: потеря массы в смеси слабоконцентрированных растворов плавиковой и серной кислот на 17% меньше по сравнению с исходным. Твердость опытного образца составила 235 НВ, что значительно выше показателя образца свидетеля, у которого предел прочности 150 НВ. Временное сопротивление при растяжении увеличилось на 29% по сравнению с обычным чугуном.
Проведенная серия экспериментов по способу введения модификатора не выявила существенных различий в механических свойствах опытных образцов чугуна марки СЧ15. Этот факт противоречит мнению о преимуществе подачи модификатора по схеме «сэндвич-процесса» [3, 10]. На основании результатов металлографических исследований опытных образцов установлено, что наилучшее распределение модифицирующей добавки в общей массе достигается при подаче брикетированной таблетки в середине процесса плавки серого чугуна.
Образцы после испытаний прочности на разрыв были взяты для исследований структур и фактографии изломов. Анализ показал, что все образцы имеют структуру серого чугуна на феррите - перлитной основе с графитом пластинчатой прямолинейной формы типа ПГф1. Модифицированные образцы имеют форму включений графита гнездообразной завихренной формы типа ПГф4. Содержание феррита составляет ~8% по ГОСТ Ф8. Дисперсность пластин феррита - цементитной смеси -примерно одинакова. В исходном СЧ15 графит ПГр1 равномерно распределен по объему материала, содержание феррита больше и составляет 45% по ГОСТ-Ф55. Средняя длина включений составляет ~500 мкм по ГОСТ-ПГд750. Расстояние между цементитными пластинами равно ~1-5 мкм. В модифицированных образцах распределение графита обладает менее однородной структурой. Средняя длина пластин графита составляет 100 мкм. Однако встречаются области, в которых графитные включения имеют розеточное распределе-
ние и составляют в длину ~30-50 мкм. Практически во всех рассматриваемых сплавах присутствует фосфидная эвтектика. В модифицированных образцах включения эвтектики распределены равномерно, средняя площадь включений составляет 500 мкм2 по ГОСТ-ФЭд400.
Известно, что включения графита, особенно пластинчатой формы, действуют на металлическую основу чугуна, как надрезы, снижающие ее механическую прочность и пластичность. Наиболее высокими механическими свойствами обладают высокопрочные чугуны с шаровидной формой графита и ковкие чугуны, в которых благодаря специальной термической обработке обеспечивается выделение углерода отжига в виде хлопьевидных частиц [4, 5, 8]. В практике производства отливок из модифицированного чугуна в структуре последнего графит имеет зачастую не только шаровидную (или компактную вермикуляр-ную) форму, но и смешанную с различной долей пластинчатого, шаровидного или компактного графита. Для количественной оценки усредненной степени сфероидиза-ции графита (ССГ) стандарт (ГОСТ 3443-85) таких шкал не содержит.
Таким образом, полученные результаты говорят о целесообразности проведения дальнейших исследований в следующих направлениях: промышленные испытания модифицированного чугуна при заливке ниппелей обожженных анодов и катодных блюмсов, секций колокольно-горелочного устройства и вакуум-носка; лабораторные исследования по влиянию углеродных модификаторов на свойства стали, сплавов черных и цветных металлов, бетонных смесей, полимербитумных покрытий, углепластика, стекла и др.
Заключение
При изучении причин образования загрязняющих веществ и методов их эффективного обезвреживания и утилизации установлено, что угольная пена, электролизная пыль с электрофильтров и фторированный глинозем имеют в своем составе наличие высокоорганизованных углеродных наноструктур 0,01-0,1% масс. Предло-
жен теоретический механизм образования углеродных нанотрубок при производстве алюминия. Разработана технология извлечения углеродных структур из исходного сырья. С целью определения модифицирующих свойств обнаруженных углеродных наноструктур проведена серия плавок серого чугуна.
На основании проведенных исследований получены результаты, из анализа которых сделаны следующие выводы:
• Введение небольших количеств модификатора при разливке чугуна приводит к увеличению содержания перлита в металлической основе и изменению формы графитовых включений чугуна с пластинчатой на гнездообразную.
• Выбранные для модифицирования область размеров и массовая доля ультрадисперсных частиц соответствуют механизму дисперсионно упрочненного сплава. Установлено, что дисперсный состав существенно влияет на степень изменения морфологии графитовых включений.
• Наилучшее распределение модификатора в общей массе достигается при подаче брикетированной таблетки в середине процесса плавки серого чугуна.
• Навеска модификатора в 120 г с содержанием наноструктур 0,2 масс. наиболее эффективно влияет на механические характеристики серого чугуна; модификатор позволяет повысить тип/марку серого чугуна.
Статья поступила 20.04.2015 г.
Библиографический список
1. Беспамятнов Г.П., Кротов Ю.А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде: справочник. Л.: Химия, 1985. 528 с.
2. Гавриленко Л.В., Баранов А.Н. Усовершенствование технологии извлечения криолита из угольной пены алюминиевых производств // Электрометаллургия легких металлов: сб. науч. трудов / ОАО «СибВАМИ». Иркутск, 2003. С. 43-46.
3. Исследование и разработка способов утилизации фторсодержащих отходов алюминиевого производства: отчет о НИР (заключ.) / ОАО «СибВАМИ»; рук. В.В. Кондратьев. Иркутск, 2006. 95 с.
4. Кондратьев В.В. Перспективы переработки твердых фторуглеродсодержащих отходов электролиза алюминия // Вестник ИрГТУ. 2007. № 1. Т. 2. С. 36-41.
5. Кондратьев В.В., Афанасьев А.Д., Богданов Ю.В. Изучение термической регенерации фтора из угольной пены (отхода алюминиевого производства) // Цветные металлы. 2011. № 7. С. 36-38.
6. Кондратьев В.В., Немчинова Н.В., Иванов Н.А., Ершов В.А., Сысоев И.А. Новые технологические
решения по переработке отходов кремниевого и алюминиевого производств // Металлург. 2013. № 5. С. 92-95.
7. Кондратьев В.В., Ржечицкий Э.П. Возможный механизм образования алюмосиликатных соединений в растворопроводах содовой газоочистки алюминиевых заводов // Сб. докладов Международной конференции «ЮБОВА 2004». СПб., 2004.
8. Куликов Б.П., Истомин С.П. Переработка отходов алюминиевого производства. СПб: Изд-во МАНЭБ, 2004. 477 с.
9. Ржечицкий Э.П., Кондратьев В.В., Ткаченко Ю.А. К вопросу образования алюмосиликатных соединений в растворопроводах содовой газоочистки алюминиевых заводов // Сб. тезисов докладов Региональной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов алюминиевой промышленности. Иркутск, 2003.
10. Савинова А.А. Проблема использования угле-родфторсодержащих отходов Красноярского алюминиевого завода // Поиск новых путей: сб. науч. трудов АО «КрАЗ». Красноярск, 1994. Ч. 2. С. 33-45.
