Исследование, разработки и внедрение экологически чистой технологии переработки чугунной стружки с целью получения брикетов, свободных от СОЖ и пригодных для выплавки чугуна высокого качества при производстве отливок в автомобильной промышленности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.02, кандидат технических наук Потапов, Владимир Викторович

• Потапов, Владимир Викторович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Потапов, Владимир Викторович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 .СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПЕРЕРАБОТКИ ЧЕРНЫХ ВТОРИЧНЫХ МЕТАЛЛОВ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ В АВТОМОБИЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВАХ

1.1. Общая характеристика и структура машиностроительной промышленности.

1.2. Виды черных вторичных металлов образующихся в процессе автомобилестроительного производства.

1.2.1. Схема и условия формирования черных вторичных металлов.

1.2.2. Основные направления использования черных вторичных металлов.

1.2.3. Состав и свойства чугунной стружки, образующейся на производствах ОАО «ГАЗ».

1.2.4. Проблемы переработки чугунной стружки.

1.3. Анализ существующих методов переработки металлической стружки.

1.3.1. Холодное брикетирование на гидравлическом прессе.

1.3.2. Центрифугование стружки с последующим брикетированием.

1.3.3. Сушка стружки в барабанных печах с последующим брикетированием.

1.3.4. Электрофизический метод брикетирования чугунной стружки.

1.3.5. Переплавка чугунной стружки в печах ДППГУ.

1.3.6. Брикетирование по технологии «ЭкоМашГео».

Выводы по главе.

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЧУГУННОЙ СТРУЖКИ

2.1. Краткая характеристика смазочно-охлаждающих жидкостей.

2.2. Исследования процессов холодного брикетирования при подготовки металлической стружки к термической обработке.

2.2.1. Изучение состава масло-эмульсионных примесей в чугунной стружке при подготовке к брикетированию.

2.2.2. Определение предельного содержания масло-эмульсионных примесей в чугунных брикетах после холодного прессования в зависимости от исходного содержания ОСОЖ и давления прессования.

2.2.3. Определение зависимости плотности, пористости и механической прочности брикетов от удельного давления прессования.

2.3. Исследования процессов термической обработки чугунных брикетов.

2.3.1. Изучение процессов удаления ОСОЖ из брикетов при нагревании.

2.3.2. Изучение влияния газовой атмосферы на металл при нагреве.

2.3.3. Исследования параметров прессования брикетов после нагрева в печи.

2.3.4. Исследования по организации экологически обоснованного процесса сушки ОСОЖ-содержащих брикетов и сжигания масляных примесей.

Выводы по главе.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛУЧЕННЫХ БРИКЕТОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ ЧУГУННЫХ ОТЛИВОК

3.1.Краткая характеристика металлургического производства ОАО «ГАЗ».

3.2. Плавка брикетов в лабораторной индукционной тигельной печи ИСТ016.

3.3.Использование брикетов в шихте СЧ18 при плавке в промышленных индукционных и дуговых печах.

3.4.Использование брикетов в шихте СЧ18 при плавке в вагранке.

3.5.Состав шихты и баланс металла при ваграночной плавке с использованием брикетов в литейном цехе № 5 ОАО «ГАЗ».

Выводы по главе.

ГЛАВА 4. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРЕДЛАГАЕМОЙ

ТЕХНОЛОГИИ

4.1. Технологический регламент и технические условия на линию горячего брикетирования чугунной стружки.

4.2. Технологический проект линии горячего брикетирования чугунной стружки на ОАО «ГАЗ».

4.3 Оценка эффективности инвестиционного проекта линии горячего брикетирования чугунной стружки на ОАО «ГАЗ».

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование, разработки и внедрение экологически чистой технологии переработки чугунной стружки с целью получения брикетов, свободных от СОЖ и пригодных для выплавки чугуна высокого качества при производстве отливок в автомобильной промышленности»

С 2000 года сложилась устойчивая тенденция увеличения потребления черных вторичных металлов в России.

В 2007году общий сбор черных вторичных металлов вышел на уровень 32 млн. тонн, при этом в 2005 году 20 млн. тонн использовалось металлургическими предприятиями РФ, а по прогнозам в 2012 году потребность в черных вторичных металлов составит 37 млн. тонн. Прогнозируемый дефицит потребности черных вторичных металлов составит 13,5 %.

В 2000-2005годах основными видами черных вторичных металлов потребляемых отечественной промышленностью были 2А, ЗА,5А,8А,10А по ГОСТ 2787-75.

В настоящее время с целью удовлетворения своих потребностей Северсталь, ММК, НЛМК и другие металлургические заводы вынуждены создать собственные ломозаготовительные структуры по всей Европейской части России. Металлургические предприятия Уральского региона уже с 2005года испытывают дефицит черных вторичных металлов. Введенные в 2007году электрометаллургические мощности на Урале остались не загруженными.

Для производства автомобильного литья ОАО «ГАЗ» ежемесячно закупает 3 тысячи тонн чугунов и использует 8 тысяч тонн черных вторичных металлов вида 2А, ЗАД0А. Сторонним организациям ежемесячно продается 7 тыс. тонн черных вторичных металлов, не нашедших применение в металлургическом производстве. Для производства чугунов на ОАО «ГАЗ» используются ваграночные, индукционные и дуговые печи.

Анализ деятельности ОАО «ГАЗ» с точки зрения образования и переработки отходов показывает, что особенно актуальной является проблема переработки чугунной стружки, образующейся при механической обработке литых изделий в механообрабатывающих цехах.

Необходимость целесообразного решения этого вопроса обусловлено следующими причинами:

- чугунная стружка является для металлургического производства ценным вторичным металлом;

- одной из основных проблем переработки чугунной стружки является её загрязненность остатками смазочно-охлаждающей эюидкости (ОСОЖ);

- в настоящее время не существует эффективной экологически и технологически приемлемой технологии переработки чугунной стружки.

Решение этой задачи позволит снизить экологическую напряженность на предприятии.

Таким образом, разработка и внедрение технологии переработки чугунной стружки является актуальной проблемой в области рационального использования черных вторичных металлов.

Научная новизна работы заключается в следующем: -исследована степень поглощения различных компонентов СОЖ чугунной стружкой; установлен эффект концентрирования нефтепродуктов из ОСОЖ в стружке при её отстаивании и отжиме;

-изучены процессы отстаивания и отжима чугунной стружки от СОЖ; получены графо-аналитические зависимости параметров процессов; произведено многофакторное планирование эксперимента по отжиму и термической обработке чугунной стружки; получены математические модели процессов;

-разработаны научно-обоснованные обобщенные рекомендации по переработки чугунной стружки на основе технологии «горячего» брикетирования;

-разработана комплексная экологически безопасная технология переработки чугунной стружки, с высоким содержанием СОЖ.

Практическое значение работы:

В результате исследований установлена целесообразность обезвреживания и переработки ОСОЖ-содержащих черных вторичных металлов методом «горячего» брикетирования. Разработанная экологически безопасная промышленная технология позволяет перерабатывать чугунную стружку в металлические брикеты, заменяющие чугун при производстве автомобильных отливок. Вовлечение чугунной стружки в производственный цикл позволяет снизить потребность литейного производства в чугунах до 100%. Это способствует повышению ресурсосбережения и экологичности производства, а также уменьшает степень загрязнения окружающей среды и экологическую нагрузку на окружающую среду в целом.

Полученные брикеты в 2,5 раза дешевле чугунов, что имеет существенное значение для экономики предприятия.

Разработан технологический регламент на проектирование линий, которые могут быть применимы практически на всех предприятиях автомобилестроения. Технология «горячего» брикетирования внедрена на ОАО «ГАЗ».

Заключение диссертации по теме «Металлургия черных, цветных и редких металлов», Потапов, Владимир Викторович

выводы.

1. Чугунная стружка является экологически опасным и одновременно ценным черным вторичным металлом образующимся в процессе механической обработки чугунных изделий и должна быть использована взамен чугуна. Наиболее эффективным методом переработки и утилизации чугунной стружки является метод совмещающий естественное отстаивание, отжим, брикетирование, термическое удаление ОСОЖ и прессование очищенных брикетов до необходимых значений прочности и осыпаемости.

2. Разработан алгоритм последовательной обработки стружки:

• пассивное отстаивание стружки, обеспечивающее снижению содержание ОСОЖ до 8-12% (продолжительность отстаивания - не менее 6 часов); полученная насыпная плотность 1,8 г/см .

• отжим ОСОЖ с одновременным брикетированием обеспечивает содержание ОСОЖ в брикете 3,7-4% при давлении отжима 2000 кг/см ; л получаемая плотность брикетов 5,1-5,3 г/см .

• термическая обработка позволяет удалить ОСОЖ из брикетов до значений 0,3% при температуре обработки 800°С и продолжительности обработки 15-К20 минут; полученная плотность брикетов 4,2-4,4 г/см .

• «горячее» прессование брикета при температуре прессования 800 °С Л и давлении прессования 2000 кг/см позволяет достигнуть повышения плотности брикета свыше 6,0 г/см3.

3. Выявлен принципиально новый эффект концентрирования масла из ОСОЖ в стружке при её обработке. ОСОЖ в стружке до отстаивания содержат воду и масло в соотношении 82%-К8%. ОСОЖ, оставшиеся в стружке после отстоя - 67%-КЗЗ%. ОСОЖ, в брикете после прессования - 30%-^-70%.

4. Для экологически безопасного удаления ОСОЖ из брикетов предложен способ, включающий подачу продуктов сгорания топлива в камеры дожигания с одновременной подачей дополнительного воздуха. При этом конструкция печи позволяет провести низкотемпературное ( 800°С) сжигание примесей с высоким коэффициентом избытка кислорода (1,05<а<1,4), а окончательное дожигание ведется при температуре 1000—1100°С с низким коэффициентом избытка кислорода (0,85<а<1,05). Содержащиеся в ОСОЖ нефтепродукты, участвуя в горении, снижают расход газа на 50%, что повышает степень ресурсосбережения при реализации технологии обработки брикетов.

5. Полученные брикеты способны заменить чугуны при плавках в вагранке, индукционных и в дуговых печах. При этом снижается расход ферросицилия и ферромарганца, увеличивается выход годного литья на 1,2%,снижается брак. Качество полученных отливок соответствует ГОСТ 141285.

6. Внедрение разработанной технологии на ОАО «ГАЗ» позволит получить дисконтированную прибыль 132,4 млн. руб. за весь срок эксплуатации линии брикетирования. При этом дисконтированный срок окупаемости проекта составляет 0,76 года.