CC BY
37
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2000 р. Вип.№10
УДК 669.054.8
Маслов В.А.1, Южаков Б.А."
НЕТРАДИЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ПЕРЕРАБОТКИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДИСПЕРСНЫХ ЖЕЛЕЗОГРАФИТОВЫХ ОТХОДОВ МЕТАЛЛУРГИИ
рассматриваются нетрадиционные методы переработки и использования дис-• персных отходов предприятий черной металлургиЩ содержащие железографито-вые частицы'и обладающие специальными свойствами, которые позволяют использовать их по новому назначению Приведены нетрадиционные технологии переработки дисперсных отходов металлургии с целью улучшения специальных радиофизических свойств получаемых порошковых материалов.
Анализ современных методов металлургического производства показал, что на некоторых его стадиях происходит образование значительного количества дисперсных железографи-товых отходов (ЖГО). В частности можно выделить пять основных видов ЖГО: 1 - скрап у доменных печей; 2 - скрап у разливочных машин; 3 - миксерная пыль; 4 - графитовая спель от газоочистных сооружений миксерных отделений и отделений десульфурации. Выделение графита из жидкого чугуна происходит в связи с понижением растворимости углерода при уменьшении температуры расплава. Это приводит к образованию графита в виде кристаллов. Если принять, что суммарное охлаждение чугуна при переливах достигает 100 °С, то выделение графита составляет 2,2-2,5 кг на каждую тонну передельного чугуна, то есть при производстве 1 млн. тонн чугуна выделяется до 2500 тонн графита, из них до 2300 тонн находится в смеси со шлаком (скраповые отходы), а до 200 тонн графита - в пылеобразных железографитовых отходах [1]. Однако, наиболее рациональными отходами из числа перечисленных являются ЖГО миксерного отделения и отделения десульфурации.
Традиционное использование ЖГО металлургического производства предусматривает получение дисперсного кристаллического графита в условиях графитового комбината методом флотации и химико-технологической обработки. В дальнейшем полученный графит используют для изготовления технологических смазок, используемых в кузнечно-штамповочном и прокатном производстве, коллоидно-графитовых препаратов и других изделий, а также поставляют его потребителям в чистом виде [2]. При этом в процессе переработки ЖГО образуются так называемые «хвосты», состоящие из оксидов железа, частиц металлического железа и незначительного количества других примесей не представляющих технологического интереса.
Однако, при рассмотрении микроструктуры ЖГО на растровом микроскопе были обнаружены их оригинальные свойства. Как показали исследования морфологии дисперсных ЖГО, железо и его оксиды находятся не только в виде механической смеси с графитом, они также закрепляются на поверхности быстро остывающих графитовых частиц, выбрасывающихся из жидкого расплава, которые захватывают за собой и частицы металла и его оксидов (см. рис. 1а). Кроме того, обнаружены отдельные плоские графитовые частицы с заключенными внутри их оксидами железа (см. рис.16). Поэтому каждая частица данных ЖГО обладают специальными магнитными свойствами, позволяющими использовать их по новому назначению в качестве наполнителей в композиционные материалы с радиозащитными свойствами. Однако низкие и нестабильные магнитные и электрофизические параметры таких порошковых материалов не позволяют непосредственно использовать эти отходы в композиционных материалах для защиты от электромагнитного излучения. В результате исследования физико-химических и технологических свойств ЖГО с целью создания материалов с заданным комплексом свойств были предложены нетрадиционные методы их переработки. Одним из методов является поверхностный магнетизирующий обжиг дисперсных ЖГО в вертикальной печи с гравитационно-
1 ПГТУ, д-р техн. наук, проф.
2 ПГТУ, зав. лабораторией
падающим слоем. Поверхностный магнетизирующий обжиг позволяет проводить восстановление гематита до магнетита и окисление вюстита до магнетита за счет создания в печи при температуре 550-700 °С газовой фазы СО-СО, от избыточного углерода, находящегося в ЖГО. Оксидные пленки, полученные в результате окислительно-восстановительных реакций, позволяют использовать эти порошковые материалы в радиозащитных композициях работающих на часто-
а) б)
Рис.1- Микроструктура железографитовых отходов металлургического производства.
тах от 100 МГц до 10 ГГц. Анализ взаимодействия электромагнитных волн с защитными материалами показывает, что рабочей областью является только тонкая оксидная пленка, толщина которой составляет от 5 до 10 мкм [3]. Поэтому для магнетизирующей обработки ЖГО достаточен его поверхностный обжиг.
Технология изготовления этих порошковых материалов (рис. 2) включает в себя: подачу исходного сырья (ЖГО) из бункера накопителя 1, рассев исходного сырья до требуемой клас-
Рис. 2 - Технологическая схема магнетизирующего обжига ЖГО
1 - бункер-накопитель, 2 - барабанное сито, 3 - шнек, 4 - вертикальная печь, 5 - шнек-холодильник, 6 - магнитный сепаратор, 7, 8 - бункеры для магнитной и немагнитной фракций, 9 - смеситель-усреднитель.
сификации на ситах типа «Бурат» 2, подача его в вертикальную печь с гравитационно-падающим слоем 4 посредством шнекового транспортера 3, затем выгрузка обработанного ма-
териала шнеком-холодильником 5, из шнека холодильника охлажденный материал поступает на магнитный сепаратор 6. После магнитной сепарации полуфабрикат разделяется на магнитную и немагнитную составляющие, подающиеся в специальные бункеры 7 и 8. Затем через дозирующее устройство определенное количество данных фракций подают в смеситель-усреднитель 9 и далее на упаковку готовой продукции.
В условиях Мариупольского графитового комбината была смонтирована опытно-промышленная технологическая линия по выпуску специальных порошковых материалов из железографитовых отходов металлургического производства. Производительность линии составляет от 50 до 200 кг/ч готовой продукции. При этом технология позволяет изменять свойства получаемых материалов в зависимости от требований заказчика без дополнительных технологических затрат. Проведена апробация технологии переработки ЖГО и выпущена опытная партия специальных порошковых материалов в количестве 9 тонн, которая успешно прошла проверочные испытания у заказчика.
Производительность технологической линии регулируется при помощи шнека подачи исходного сырья в печь, снабженного двигателем постоянного тока с широким диапазоном изменения частоты вращения.
Предложенная технология позволяет выпускать порошковый материал с пределом варьирования углеродной составляющей от 40 до 90 % и магнитной составляющей от 10 до 60 %.
Кроме того, на этой технологической линии возможно проводить и магнетизирующий обжиг в плотном движущемся слое, позволяющий изготавливать графит магнитный с повышенными магнитными свойствами. Причем длительность магнетизирующего обжига и высоту слоя обрабатываемого материала задают при помощи разности производительности подающего и выгружающего шнеков. Получаемые графиты магнитные используются в качестве наполнителей в композиционных материалах с радиозащитными свойствами, работающих на более низких частотах электромагнитных излучений. Создание опытно - промышленного производства графита магнитного позволило осуществить широко масштабные испытания по его использованию по следующим направлениям:
- самостоятельное использование в качестве радиоэкранирующей засыпки с чрезвычайно высоким коэффициентом экранирования (до 90 дБ);
- использование в качестве наполнителя (строительные растворы и изделия, резины и полимеры, эмали и краски, акустические радиоэкранирующие и радиопоглощающие плиты "Графитон");
- использование для производства окисленного и термически расширенного графита. Одним из нетрадиционных методов ЖГО также является изготовление на их основе окисленного и термически расширенного графита(см. рис. 3).
графит окислитель
Рис.3 - Технологическая схема получения окисленного графита.
Технология включает в себя следующие технологические приемы: окисление немагнитной фракции в окислителе 1, промывка окисленного графита до нейтральной среды, сушка и упаковка окисленного графита.
Далее окисленный графит поступает на термическую обработку, где из него получают термически расширенный графит, обладающего оригинальными свойствами. Полученный графитовый материал обладает комплексом уникальных свойств: низкая объемная плотность (2-10 кг/м3), возможность прессования без связующих, чрезвычайно низкая теплопроводность {от 0.025-до 0,09 Вт/м-К). низкое удельное электрическое сопротивление (МО 5 Ом м). Все это
позволило использовать этот материал для изготовления уплотнительных колец, прессования изделий сложной формы, для изготовления радиозащитных и радиогерметизирующих материалов.
Для каждого из направлений были выпущены опытные партии графита магнитного, из которых на предприятиях - заказчиках были произведены и испытаны опытные партии изделий с комплексом специальных свойств.
Выводы
В результате проведенных технологических и проектно-конструкторских работ были созданы принципиально новые технологии переработки дисперсных железографитовых отходов металлургии, что позволило разработать и испытать опытные партии новых композиционных материалов с комплексом радиотехнических, технологических и электрических свойств.
Перечень ссылок
1. Южаков Б.А., Маслов В.А. Исследование физико-химических и технологических свойств дисперсных железографитовых отходов ОАО «Азовсталь» //Вестник Приазов. гос. техн. унта: Сб. науч. работ - Мариуполь, 1998. - Вып. 6. - С.30-34.
2. Лобас М.Я., Кабанов М.В., Маслов В. О. Промислове виробництво граф1ту та граф1тових препарат1в на Мар1упольському граф1товому комбшат1 //Х1м1чна промисловшть Украши-1994.-№4.-С. 49-54.
3 Маслов В.О. Композицшш матер1али на основ1 зал1зограф1тових в1дход1в металургшного виробництва//Х1м1чна промисловшть Укра1ни.-1994. - № 4,- С. 54-60.
Южаков Борис Алексеевич. Заведующий лабораторией кафедры теплофизики и теплоэнергетики металлургического производства, окончил Горьковский институт инженеров водного транспорта в 1977 г. Основные направления научных исследований - магнетизирующий обжиг и восстановление железографитовых отходов металлургического производства. Маслов Владимир Александрович. Д-р техн. наук, проф., заведующий кафедрой теплофизики и теплоэнергетики металлургического производства, окончил Ждановский металлургический институт в 1970 г. Основные направления научных исследований - разработка композиционных материалов, технологии и оборудование для их производства из железографитовых отходов металлургического производства.
