ВВЕДЕНИЕ
Разработкаэкологически чистых технологий в машиностроении и металлургии в новомтысячелетии является одной из актуальных задач. Очистка поверхностиметаллопроката перед дальнейшим переделом (волочение, прокат, нанесениезащитных покрытий) в металлургии на сегодняшний день в основном осуществляюткислотным способом, в машиностроении и трубной промышленности очисткаповерхности металлов перед раскроем, сваркой, нанесением защитных покрытий идругими операциями производится в основном механической очисткой дробью, пескоми стальными щетками (иглофрезы).
Огневая зачистка поверхности стальных заготовок, болванок,брусков и плит, проводимая для удаления дефектов поверхности сопровождаетсяобразованием отходов. Огневая зачистка состоит в быстром удаленииповерхностного слоя стали при сжигании топлива в кислороде, подводимого кповерхности с помощью одной или нескольких горелок. Кислород окисляет частьстали, причем происходит выделение тепла и повышение температуры, приводящее кплавлению поверхностного слоя. Образующиеся при этом отходы представляют собойчастично окисленные частицы стали, главным образом сферической формы.
Целькурсовой работы – рассмотреть способы утилизации отходов, образующихся приогневой зачистке поверхности металлов.
Глава1 уДАЛЕНИЕ ДЕФЕКТОВ С ПОВЕРХНОСТЕЙ
Послепрокатки слитков на блюминге (слябинге) на поверхности прокатанных блюмов(слябов) имеются различные дефекты (трещины, закаты окалины и шлака и т. п.).
Переддальнейшей прокаткой блюмов (слябов) с их поверхности необходимо удалить этидефекты, что осуществляется двумя способами:
1. зачисткойповерхности холодных блюмов и слябов на складе; ручными автогенными резаками ипневматическими зубилами, обдиркой, строжкой и фрезерованием на станках и т.п.; эти операции малопроизводительные и требуют применения тяжелого физическоготруда;
2. зачисткойповерхности горячих блюмов (слябов) сразу же после окончания прокатки их настане, т.е. в потоке движения металла по рольгангу между станом и ножницами.Эта операция полностью механизирована и частично автоматизирована и поэтомуполучила за последние годы широкое применение.
Нарисунке 1 показан общий вид машины огневой зачистки (МОЗ) слябов, установленнойза рабочей клетью слябинга (перед ножницами) и предназначенной для зачистки находу поверхности слябов шириной до 1500 мм и толщиной до 250 мм одновременно со всех четырех (или только с двух) сторон; глубина зачистки (толщинаповерхностного слоя металла с дефектами) составляет 1,5—3 мм и регулируетсяпутем изменения скорости рольганга (0,25—0,75 м/с).
Газорежущиеблоки верхний 1 и нижний 2 установлены на суппортах: 3 и 4, перемещаемых повертикали и горизонтали гидроцилиндрами 5 и 6. Вертикальные стойки машины 7установлены на раме 8, скрепленной с рамой 9 двухроликовой секции рольганга 10;если не требуется огневая зачистка металла (а также в случае ремонта), МОЗможет быть смещена с линии потока металла путем передвижения машины пофундаментной плитовине 11 (при помощи реечной передачи), при этомосвободившееся место будет занято секцией рольганга 10.
Газорежущиеблоки имеют щелевидные сопла, расположенные под углом около 25° к поверхностиметалла. При движении блоков к металлу автоматически включается подача к сопламкислорода и горючего газа (ацетилена, природного или коксового газа),загорающихся от горячего металла. Поверхность металла оплавляется, и в этотмомент включается подача режущего кислорода (чистотой 96—98 %), в которомусгорает железо металла, благодаря чему температура пламени повышается до2500—3000 °С и расплавляется поверхностный слой металла. Одновременно включаетсясистема для гидросбива образующегося шлака водой высокого давления (до 3 МПа).
Присплошной огневой зачистке сжигается поверхностный слой металла толщиной до 2,5 мм; потери металла составляют 1,5—2,5 %. При такой относительно большой потере металла сплошнаяогневая зачистка блюмов (слябов) целесообразна только для наиболее дешевоймалоуглеродистой стали при наличии значительных дефектов на поверхности по всейдлине блюмов (слябов); во многих случаях, особенно для слябов из качественнойстали, применяют огневую зачистку только с двух сторон слябов, выборочнуюзачистку в потоке (не всех слябов, а только имеющих значительные дефекты), атакже выборочную зачистку холодных блюмов (слябов) на складе.
/>
Рисунок1 — Машина огневой зачистки слябов
Присплошной огневой зачистке металла удельные расходы составляют: кислорода (придавлении 0,3 МПа) около 4 м3на тонну металла, ацетилена(при 0,025 МПа) или природного газа (при 0,06 МПа) около 0,3 м3/т.Для удаления большого количества образующегося дыма машина огневой зачистки(МОЗ) снабжена вентиляционной системой; кроме того, предусмотреныавтоматические системы на случай тушения пожара на кислородопроводах при помощиазота.
Следуетотметить, что на малых блюмингах, прокатывающих слитки из легированной стали, атакже на заготовочных станах, вместо машины огневой зачистки иногдаустанавливают фрезерные многорезцовые (дисковые) станки для механическойзачистки (снятия стружки) с горячих слитков, блюмов и заготовки(термофрезерование). Этот способ является весьма эффективным, но требуетдальнейшего усовершенствования.
Механизацияуборки обрезков от ножниц
Прирезании блюмов и слябов ножницами на мерные длины обрезки от их головной ихвостовой частей составляют 10—15 % по массе. При производительности блюминга(слябинга) 550—700 т/ч от ножниц необходимо убирать 60—90 т/ч обрезков. Уборкаосуществляется конвейером с непрерывной загрузкой обрезков в специальныецельнометаллические железнодорожные платформы грузоподъемностью до 100 т.
Цепнойскребковый транспортер (рисунок 2) расположен поперек двух пролетов: становогои скрапного. Приемная часть конвейера находится в первом пролете ниже уровняпола цеха (под ножницами), а разгрузочная наклонная часть конвейера — вскрапном пролете с железнодорожным путем для платформ. По наклонному желобу уножниц обрезки подают вниз и попадают на приемную плиту 1. Скребки 2,прикрепленные к звеньям боковых цепей, перемещают горячие обрезки массой до 1,5т каждый по промежуточным плитам к разгрузочному желобу 4, с последнего обрезкипадают непосредственно в полузакрытую платформу 5.
/>
Рисунок2 — Транспортер для уборки обрезков от ножниц блюминга непосредственно вжелезнодорожные вагоны
Ведущиезвездочки 3 приводятся электродвигателем переменного тока мощностью 50 кВтчерез трехступенчатый цилиндрический редуктор (1=353,8). На выходном тихоходномвалу редуктора предусмотрена зубчатая муфта предельного момента со срезнымишпильками, предохраняющая поломку зубьев редуктора при случайном заклиниванииобрезков на конвейере. Нижняя ветвь конвейера поддерживается направляющимизвездочками 6 и роликами 7; для гидросмыва окалины под приемной плитой вфундаменте сделана траншея.
Направляющиепланки, по которым движется верхняя ветвь цепей, смазываются густой мазью отавтоматической смазочной системы. Скорость движения цепи 6,4 м/мин; ширинарабочего полотна конвейера 1790 мм; масса конвейера 180 т.
Нанекоторых блюмингах и слябингах обрезки с конвейера загружают ненепосредственно в металлические железнодорожные платформы, а в промежуточныеямы (колодцы), наполненные водой; из последних обрезки после охлажденияпериодически транспортируются на платформы с помощью магнитных кранов. Такойспособ уборки обрезков отличается существенными недостатками: он требуетинтенсивной работы магнитного мостового крана; затрудняет сортировку обрезковпо маркам стали, а также циркуляцию воды в колодце ввиду скопления окалины вканалах и т. д.
Механизацияуборки окалины
Приработе блюмингов и слябингов большое внимание надо уделять уборке окалины,которая дробится и отделяется от прокатываемой полосы во время прохождения еемежду валками и нахождения на рольгангах. Окалина скапливается под валками ирольгангами.
Еслипринять, что угар металла на блюмингах и слябингах составляет 2 %, и чтополовина этого металла в виде окалины отделяется от слитков в нагревательныхколодцах, а другая половина — при прокатке, то при большой производительностисовременных крупных блюмингов и слябингов количество окалины, подлежащей уборкена стане, может доходить в отдельных случаях до 150—200 т сутки. Кроме того,при прокатке слитков, особенно из кипящей стали, от них отделяются куски.шлака, количество которых в отдельных случаях может доходить до 20—30 т всутки. Эту окалину и куски шлака, попадающие под рабочую клеть и рольганги,необходимо своевременно удалять.
Применяютразличные способы уборки окалины на блюмингах и слябингах. Наилучшим способомуборки окалины является гидравлический, при котором окалина смывается водой.Недостатком этого способа является то, что крупные куски металла, особенноотваливающиеся от слитков кипящей стали, в этом случае удалить нельзя.
Наблюминге 1150 под рабочими рольгангами (поперек движения металла) расположеныдва скребковых транспортера, каждый длиной 21,6м. Желоб транспортератрапецеидальной формы, и по нему движутся цепи со скребками со скоростью 2м/мин.
/>
Рисунок3 — Скиповый подъемник для уборки окалины и кусков скрапа из-под рабочегорольганга
Крупныекуски скрапа направляются двумя наклонными решетками; на скребковыетранспортеры, которые удаляют их в коробы, установленные в ямах в скрапномпролете. Из этих ям коробы периодически вынимаются краном и разгружаются нажелезнодорожные платформы.
Мелкаяокалина проваливается через щели в наклонных решетках и попадает в наклонныеканалы, по которым непрерывно течет вода, смывающая ее в большую отстойную ямув скрапном пролете. Из ямы ее убирают с помощью грейферного крана.
Наслябингах 1250 конструкции НКМЗ применяется механизированная уборка скрапа припомощи скипового подъемника (рисунок 3).
Подрабочими рольгангами 1 расположены бункера 2 с затворами;. в бункера попадаютвесь скрап и большие куски окалины, которые отделяются от слитков при прокатке.По наполнении бункера затвор 3 пневмоприводом 4 открывается и скрап загружаетсяв скиповую тележку 5. При помощи лебедки 6 и канатного привода скип со скрапомподнимается вверх и разгружается в железнодорожную платформу 7, находящуюся вскрапном пролете.
Мелкаяокалина проваливается вниз через щели в решетках и попадает в наклонные каналы,по которым непрерывно течет вода. Окалина смавается в отстойную яму в скрапномпролете, из которой периодически удаляется грейферным краном в железнодорожныеплатформы.Глава 2 ПЛАЗМЕННАЯ ЭЛЕКТРОДУГОВАЯ ОЧИСТКАМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ
Впервыеэлектрическая дуга, следовательно, и низкотемпературная плазма, былииспользованы на практике для удаления оксидов и любых других загрязнений споверхности алюминия и некоторых его сплавов при разработке технологийаргонно-дуговой сварки конструкций из алюминиевых сплавов [1-3]. При сварке напостоянном токе при обратной полярности очищающее действие электрической дуги вкатодной области реализуется в течение всего процесса ее горения, а при сваркена переменном токе, в те полупериоды, когда изделие является катодом. Механизмочистки поверхности в катодном пятне электрической дуги от оксидов и любыхдругих загрязнений заключается в воздействии на поверхность катода потокавысокоэнергетичных ионов плазмы, генерируемых электронами эмиссии в прикатоднойобласти дуги.
Потокомбомбардирующих ионов, ускоренных падением потенциала в катодных пятнах,очищаемой поверхности передается энергия с плотностью порядка 1011 Вт/м2. Приэтом, по оценкам ряда исследователей [4, 5], в катодном пятне температурадостигает (5-10) – 103К, а давление пара оксидов и металла 107-108 Па. Отсюдамеханизм очистки металлов от оксидов и других загрязнений в катодном пятнеможно представить в режиме «стоп-кадр» следующим образом. Над металлическойповерхностью находится слой плотного металлического пара или слой перегретогометалла, с поверхности которого в окружающее пространство со сверхзвуковойскоростью истекают струи газовой смеси металла с диссоциированными оксидами. Вэтой смеси компоненты с низким потенциалом ионизации (в основном атомы металлов– по уравнению Саха [6]) находятся в состоянии плазмы. Катодные пятнахаотически под воздействием собственных или внешних магнитных полейперемещаются по поверхности очищаемого изделия. Исследования показали, чтоскорость перемещения катодных пятен с плотностью тока порядка 1010 А/м2 зависитот толщины оксидного слоя (печная, прокатная окалина, ржавчина, другиезагрязнения), давления насыщенного пара материала изделия и загрязняющихвеществ на поверхности, теплопроводности, температура очищаемого изделия,конфигурации и рельефа поверхности, давления и химического состава окружающейсреды.
Внекоторых случаях катодная область дугового разряда на очищаемом изделиипредставляет собой сплошной нитевидный фронт на границе очищенного металла иоксидного покрытия. Длина или периметр нитевидного фронта катодной областиможет достигать сотен миллиметров. Это наиболее производительный режимплазменно-дуговой очистки.
Наибольшаяпроизводительность и высокое качество плазменной электродуговой очисткидостигается при понижении давления внешней среды относительно атмосферного до1,33х102 – 1,33 Па [7-9]. В этом диапазоне давлений электрическая дугастабильная, парциальное давление кислорода ниже упругости диссоциациибольшинства оксидов металлов при температурах, реализуемых в катодной областивакуумной дуги, благодаря чему на очищаемой поверхности интенсивно протекаетреакция диссоциации оксидов и других загрязнений, их ионизация и испарение(сублимация). Ионизируются в основном металлы, при этом ионы под воздействиемэлектростатического поля, возникающего в области катодного падения потенциала,ускоряются и имплантируются в поверхность очищаемого изделия. В результате наповерхности очищенного изделия образуется слой металла, восстановленного изоксидов. Энергозатраты на очистку 1 м2 в зависимости от степени загрязненностиповерхности составляют 0,3 – 2,0 кВт/ч.
Глава3 АБРАЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ИЗ ОТХОДОВ
ОГНЕВОЙ ЗАЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Огневая зачистка поверхности стальных заготовок, болванок,брусков и плит, проводимая для удаления дефектов поверхности сопровождаетсяобразованием отходов. Огневая зачистка состоит в быстром удаленииповерхностного слоя стали при сжигании топлива в кислороде, подводимого кповерхности с помощью одной или нескольких горелок. Кислород окисляет частьстали, причем происходит выделение тепла и повышение температуры, приводящее кплавлению поверхностного слоя. Образующиеся при этом отходы представляют собойчастично окисленные частицы стали, главным образом сферической формы.
Отходы огневой зачистки охлаждают, смывают с поверхностистали струей воды под высоким давлением и собирают в бассейне. Размер частиц неменее чем 0,15 и не более 50,8 мм в диаметре. Частицы состоят из внешнейоболочки из окиси железа, окружающей внутреннее металлическое ядро, котороеимеет химический состав, аналогичный обрабатываемой стали.
Отходы огневой зачистки не находят специального применения.В последнее время предпринимают попытки их переработки в стальных дробилках длявыделения железа, которое содержится в частицах. Отходы смешивают с окалиной,стальной стружкой и подобными материалами и смесь добавляют к агломерату, изкоторого выделяют железо. Однако для этого могут быть использованы толькокрупные частицы. Из этого следует, что большинство крупных частиц необходимоудалять из мельниц и складировать. В последние годы широкое распространениеповерхностной зачистки стали привело к росту использования автоматических машиндля огневой зачистки поверхностей. В результате возросло количество отходов,что требует увеличения времени на транспортировку и объема хранилищ.
Процесс позволяет получать материал с твердостью HRC20—35, который может быть использован в качестве градуированного по размеруметаллического абразива, обладающего хорошей жесткостью, временем службы иповышенной чистящей способностью по сравнению с продажными градуированнымистальными абразивами (сферическая дробь, стальная остроугольная дробь).
Отходы просеивают для отделения частиц от посторонних материалови делят на фракции, содержащие частицы диаметром менее 6,35 и более 6,35 мм.Фракция >6,35 мм возвращается в процесс производства стали. Фракция
Металлическая дробь имеет микроструктуру неотпущенногомартенсита с чистотой поверхности токарной обработки, она значительной степенисвободна от межзеренного и внутризеренного раскалывания, обладает твердостьюоколо HRC 20—35 и характеризуется хорошей ударной прочностью иувеличенным временем службы.Механическиеметоды очистки поверхности
Механические методы очистки позволяют создать шероховатуюповерхность, обеспечивающую надежную адгезию покрытия с металлом, отличаютсясравнительной простотой, относительно небольшой стоимостью и универсальностью,за исключением дробеструйной и гидравлической очисток. К механическим методамочистки относятся гидроабразивный, пескоструйный, дробеметный,дробепескоструйный, в галтовочных барабанах, на специальных станках, ручнымиинструментами, механизированными инструментами.
Вручную поверхности очищают простейшими инструментами — стальнымишпателями, скребками, стальными проволочными щетками и т. п. Этот методпростой, но очень трудоемкий, в настоящее время применяется довольно редко, принебольшом объеме окрасочных работ, например в единичном производстве. Ручныеэлектрические и пневматические машины, называемые иначе механизированнымиинструментами, применяемые для очистки металлических поверхностей изделий,позволяют повысить производительность очистительных работ в единичном имелкосерийном производстве по сравнению с очисткой вручную в 5, а во многихслучаях даже в 15, раз и значительно облегчить ручной труд. По конструкциирабочего органа они бывают прямые, торцовые и угловые.
Наиболее распространенный тип рабочего инструмента— ручныепневматические прямые шлифовальные машины с ротационным пневмодвигателем,например модели П-2009, ПШМ-08-90, П-2008, ШР-2, 9668-512 и др.; конструкции ихво многом сходны. Ось рабочего органа у них совпадает с осью вала двигателя(поэтому и в названии слово «прямые»).
Угловые пневматические шлифовальные машины предназначены дляобработки поверхностей в труднодоступных местах. Вместо абразивного инструментаэти машины оснащают торцовой стальной проволочной щеткой и используют дляочистки металлических поверхностей от ржавчины, старой краски, зачистки сварныхшвов, углов и поверхностей, имеющих выступы.
Представителем угловых пневматических машин является модельП-2109. В ее корпусе установлен пневмо-двигатель с центробежным регуляторомчастоты вращения. На шлицевом конце вала ротора двигателя насажено коническоезубчатое колесо, которое передает вращение коническому зубчатому колесу,смонтированному на шпинделе в угловой головке. На корпусе имеется металлическоекольцо для подвешивания машины на рабочем месте к балансиру.
Пневматическая угловая щетка с нереверсивным ротационнымдвигателем, которой в течение часа можно очистить до 5—6 м2 металлическойповерхности. Сжатый воздух из заводской сети поступает через шланг внутрьрукоятки. При нажатии пальцем на нижнюю головку цилиндрического золотникакольцевая проточка его совмещается с воздушным каналом, имеющимся в корпусе,сжатый воздух устремляется в рабочую полость пневмодвигателя, действует налопатки ротора, заставляет его вращаться. На конце вала ротора закрепленоконическое зубчатое колесо, которое передает вращение находящемуся с ним взацеплении зубчатому коническому колесу, насаженному на шпиндель угловойголовки. На нижнем конце шпинделя смонтированы две чаши, в которых закрепленыдва сменных вкладыша, представляющих собой щетки, выполненные из стальнойпроволоки. Беспрерывная работа стальной щетки рассчитана на 1—3 рабочие смены,после чего ее заменяют новой.
К ручному электрическому инструменту, применяемому для очисткиметаллических поверхностей, принадлежат шлифовальные машины моделей С-499А,И-65, И-82 и др., на которые вместо шлифовального круга закрепляют стальныепроволочные щетки.
Электросверлильные машины как прямые, так и угловые, используютдля очистки труднодоступных мест, например, для выполнения этой операции уэлектросверлилки И-38А вместо сверла в патроне закрепляют металлическуюпроволочную щетку.
Пескоструйная и дробеструйная очистка металлической поверхности отокалины, ржавчины и старой краски металлическим песком или дробью являетсяэффективным способом струйной подготовки поверхности к окрашиванию.Металлический песок (представляет собой рубленую проволоку, длина частицкоторой равна диаметру, т. е. 0,4—2,7 мм) или дробь диаметром 0,2—8,0 мм,направляемые сжатым воздухом через сопло специального аппарата, с силойударяются об очищаемую поверхность; в результате на последней образуетсяравномерная шероховатость, обеспечивающая хорошую прилипаемость лакокрасочногоматериала.
Обработка поверхности изделия сухим кварцевым песком в закрытыхпомещениях запрещена из-за вредного действия на здоровье работающихобразующейся кварцевой пыли, она применяется только на открытом воздухе дляочистки мостов, бензохранилищ и других крупногабаритных сооружений.
Металлический песок и дробь должны быть из того же материала илиматериала, близкого по электрохимической характеристике к материалу очищаемойповерхности. В этом случае частицы металла, остающиеся на поверхности, не могутбыть причиной преждевременного появления под слоем покрытия очагов коррозии. Вкачестве материала для изготовления песка и дроби применяют сталь, чугун,алюминий, медь, бронзу и другие материалы; песок и дробь можно применятьмногократно.
Очистка пескоструйными и дробеструйными аппаратами сопровождаетсяобразованием металлической пыли, поэтому очистку этими аппаратами поверхностиизделий осуществляют в специальных кабинах, камерах, металло-пескоструйных идробеструйных барабанах или используются установки, оснащенные этими аппаратами.
Очистку крупногабаритных размером 1,8x1,5x1,5 м изделий, отливок,поковок осуществляют в полуавтоматической установке типа 361.
Применение передвижных и переносных дробеструйных аппаратов собеспыливанием исключает загрязнение рабочего места продуктами очистки иобеспечивает высокое качество подготовки поверхности изделия к окрашиванию.
Схема передвижного аппарата БДУ-Э2 для беспыльной очистки.Давлением сжатого воздуха открывается клапан и дробь или металлический песок изрезервуара через шланг направляется к сопловой головке и выбрасывается из еесопла на очищаемую поверхность. Нижняя часть сопловой головки снабженаметаллической полой щеткой. В процессе очистки щетку слегка прижимают кочищаемой поверхности, предотвращая разбрасывание отработавшей дроби (илипеска) и продуктов очистки, которые эжектором отсасываются из сопловой головкичерез кольцевой зазор, имеющийся между соплом и внутренней поверхностьюконусной части сопловой головки, и направляются по шлангу в сепаратор, гдедробь или песок отделяются от продуктов очистки и пыли и через перепускнойклапан попадают снова в резервуар.
Загрязненный воздух из сепаратора поступает в циклон, крупные исредние частицы окалины, ржавчины и пыли оседают в его пылесборнике. Затемвоздух проходит через матерчатый фильтр сборника пыли, очищается от мелкихпылевидных частичек и выбрасывается в атмосферу.
Техническая характеристика передвижного аппарата БДУ-Э2: давлениесжатого воздуха 0,5—0,7 МПа, расход сжатого воздуха 400 м3/ч, диаметр отверстиядробеструйного сопла 7 мм, производительность очистки от ржавчины 4—8 м2/ч,масса загружаемой дроби 100 кг, масса аппарата 260 кг, габаритные размеры 800X1100Х Х2000 мм.
Ручной беспыльный аппарат работает по тому же принципу, что иБДУ-Э2. Аппарат снабжен комплектом сменных головок-щеток, которые используютдля очистки поверхностей различного профиля, и рукояткой для его перемещения.
Гидроабразивный способ очистки состоит в том, что из резервуараустановки на очищаемую поверхность изделия через сопло под давлением сжатоговоздуха направляется струя смеси кварцевого песка и воды (пульпа). Абразивнымматериалом может служить не только кварцевый песок, но и молотый гранит и шлак.В абразивную смесь вводят ингибиторы — вещества, предотвращающие быстроепоявление коррозии на очищенных влажных поверхностях. Кроме того, поверхностиизделия после очистки промывают в холодной и горячей воде, а затем в растворепассиваторов — хромпика или нитрита натрия—для предотвращения коррозии.
Существуют несколько конструкций гидроабразивных установок,отличающихся системами смешения абразивного материала с водой и подачи рабочейсмеси к соплу: давлением сжатого воздуха, давлением, создаваемым насосом набыстровращающийся ротор, который рабочую смесь отбрасывает на очищаемуюповерхность; раздельная подача песка и воды сжатым воздухом и др.
Основное преимущество гидроабразивной очистки — почти полноеотсутствие пыли, а к недостаткам относятся большой расход песка, необходимостьзатраты времени на очистку от песка не подлежащих обработке поверхностейизделий, на промывку и сушку, неблагоприятное действие на кожу рук некоторыхантикоррозионных составов.
Дробеметная очистка осуществляется также металлической дробью, нокинетическую энергию дробь приобретает не за счет сжатого воздуха, а за счетдействия центробежной силы, возникающей при быстром вращении лопаточногодвухдискового дробеметного колеса, являющегося рабочим органом дробеметногоаппарата. Этим способом очищают поверхности отливок, поковок, проката, а такжелистовой материал толщиной не менее 5 мм.
Очистку крупных изделий осуществляют в проходных дробеметныхкамерах непрерывного действия, например, типа 9984-878.
Существуют и другие способы механической очистки, например, наспециальных станках металлическими щетками различной формы, в галтовочныхбарабанах и колоколах.
Глава 4 АБРАЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ИЗ ОТРАБОТАННЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ
В последние несколько десятилетий наблюдается резкий рост впромышленном использовании гетерогенных каталитических процессов. Резкоеувеличение использования нефти-сырца и продуктов ее переработки, которыенеобходимо десульфурировать с целью защиты окружающей среды, привело кзначительному увеличению использования катализаторов этих реакций. В одном изнаиболее распространенных процессов десульфурации исходный углеводородныйматериал подают на Мо—Сокатализатор, нанесенный на оксид алюминия (А1а03),в результате чего выделяется сероводород. В других случаях используются Mo—Ni- и W—Ni-катализаторыили комбинации других металлов.
В ходе каталитической реакции катализатор адсорбирует илиабсорбирует различные химические элементы или соединения из реакционной массы ипостепенно теряет активность. Хотя катализатор и может быть регенерирован, но входе процесса он постепенно расходуется и со временем должен быть замененновым. С экономической точки зрения важно утилизировать хотя бы частьиспользованных катализаторов.
Различные процессы были предложены для переработкиотработанных катализаторов гидродесульфирования. Один из них включает обжигкатализаторов с хлоридом натрия (NaCl) после предварительногокальцинирования с последующей экстракцией соединений молибдена, ванадия,алюминия, никеля и (или) кобальта с получением аммонийных солей молибдена иванадия и гидроксида алюминия Al(OH)s. Кобальт и никель, содержащиеся в остатке послеэкстракции, выделяют в дополнительных стадиях экстракции.
Другой процесс осуществляется с использованием соды(карбоната натрия) вместо хлорида натрия. Все известные процессы дорогостоящи исложны как с химической точки зрения, так и в техническом отношении. Крометого, достаточно трудно отделить соединения молибдена от ванадия и кобальта отникеля.
Носитель катализатора — оксид алюминия — являетсяабразивным материалом, а металлические компоненты катализатора используют дляполучения сплавов, которые могут быть использованы (непосредственно или послеочистки) в сталелитейной промышленности, или легко могут быть подвергнутыхимическому разделению на исходные элементы.
Абразивный материал получают из исходного продукта —отработанного металлического катализатора на оксиде алюминия — путем плавленияисходного материала с восстанавливающими агентами с целью получения расплава,содержащего оксид алюминия, охлаждения расплава со скоростью, определяемойтребованиями к размерам кристаллов получаемого абразивного материала, ипоследующим механическим отделением расплавленных компонентов от остатковсплава до или после отверждения; при этом в расплаве содержится абразивныйматериал.
Размер получаемых корундовых кристаллов изменяется вшироких пределах в зависимости от скорости охлаждения расплава. Размерыкристаллов абразива определяют области их использования. Кристаллы, сильноотличающиеся по размерам, могут быть получены, например, очень медленнымотверждением расплава в блоке, с одной стороны, и быстрым охлаждением при литьена поверхность металлических шаров, с другой. Размеры получаемых корундовыхкристаллов, таким образом, могут меняться, в зависимости от метода охлаждения,от 1 до 0,001 мм. Конечный продукт — твердый оксид алюминия — являетсяпрекрасным абразивом, получаемым после тонкого измельчения и градуирования поразмерам, с использованием термической обработки или без нее. В зависимости от типаи количества добавок и размера кристаллов, эти абразивы могут быть использованыдля полировки стали, прецизионной полировки при низких усилиях нажима илиполировки дерева.
Расплав компонентов катализатора, собирающийся на днеплавильной печи перерабатывают путем литья или отверждения. В зависимости оттипа катализатора, сплав может состоять в основном из МоСо, WNi, MoCoVNi иразличных примесей, таких как сера, углерод, железо, титан и хром. После тогокак сплав механически отделяется от абразивного компонента, он можетнепосредственно использоваться в сталелитейном производстве или в производствесплавов. Если примеси — сера, кремний, углерод — присутствуют в нежелательныхколичествах, сплав можно очищать любым подходящим способом.
Хотявысокое содержание алюминия, железа, титана предполагает использование красногошлама в качестве вторичной руды, до сих пор не удалось достичь эффективногоизвлечения отдельных элементов, таким образом красный шлам является главнымпобочным продуктом производства алюминия, накапливающимся в огромном количествев отвалах.
Вобычном процессе «Байер» алюминатный раствор после обработки каустической содойотделяют от красного шлама и подвергают осаждению с целью выделения оксидаалюминия. Красный шлам, который также содержит окклюдированный растворимыйалюминат натрия, обычно промывают для повышения выхода процесса.
Однаково многих случаях красный шлам также содержит значительные количества оксидаалюминия, который в условиях процесса «Байер» не подвергается выщелачиванию.Это, в основном, имеет место тогда, когда исходная руда содержит значительноеколичество кремния, поскольку кремнезем и оксид алюминия взаимодействуют в ходепроцесса с образованием нерастворимого продукта, что приводит к потерям оксидаалюминия и каустической соды. В связи с этим было предложено подвергатьалюминиевожелезистые руды с небольшим содержанием железа, включая упомянутыйкрасный шлам, так называемому содово-известковому спеканию. В этом процессесоединения щелочноземельных металлов, например известь, н соединение щелочногометалла, например сода, смешиваются с красным шламом и спекаются. Функциясоединения щелочноземельного металла заключается во взаимодействии скремнеземом с образованием нерастворимого соединения кальция и кремния. Функциясоединения щелочного металла заключается во взаимодействии с оксидом алюминия споследующим образованием растворимого алюмината щелочного металла. После тогокак спекание полностью заканчивается, спек выщелачивается с целью выделениярастворимого соединения алюминия и каустика. Хотя метод содоизвестковогоспекания известен уже давно, существует много проблем, связанных с егонедостаточной экономичностью. Имеются также технические проблемы, в частностиповышение выхода целевых продуктов. Так, например, операция спекания должнапроводиться таким образом,чтобы спекание частиц происходило без заметного расплавлениясмеси, что позволяет уменьшить потери значительной массы ценных продуктов напоследующей стадии выщелачивания.
Существуютразличные методы для обработки алюминиевожелезных руд, имеющих высокоесодержание железа. Однако наличие высокого содержания оксида железа в рудеприводит, к невосполнимым потерям извести и соды. Для того, чтобы уменьшитьсодержание оксида железа в руде обычно проводят специальную обработку. Так,например, известно использование в известково-щелочном методе добавокуглеродсодержащих материалов, которые реагируют с оксидом железа с образованиеммагнитного железа; последнее может быть отделено другими методами.
Известнытакже методы, включающие стадию кислотной экстракции, в которой образуетсяоксид алюминия, загрязненный соединениями железа, но с малым содержаниемкремнезема. Этот продукт далее подвергается известково-содовому спеканию.Совершенно очевидно, что комбинация кислотной экстракции со щелочным спеканиемприводит к дополнительному удорожанию процесса. Экспериментальных данных,касающихся процесса переработки красного шлама с высоким содержанием железа,нет, однако очевидно, что кислотный процесс связан с повышенным расходом соды, аметод магнитного выделения, как полагают, будет слишком дорогим.
Процесспредназначен для выделения каустика и оксида алюминия из красного шлама,получаемого в том случае, когда шлам или руда содержат значительные количествасоединений железа и кремния, а также соды. Было найдено, что если массовоеотношение Fe20/Si03 в шламе, подвергаемомобработке, превышает 0,4, степень выделения соды и оксида алюминия из шлакасильно уменьшается.
Попричинам, которые до конца не выяснены, количество регенерированного оксидаалюминия и каустика уменьшается с увеличением отношения количества железа ккремнезему в шламе, подвергаемом переработке.
Оченьвысокий выход как соды, так и оксида алюминия может быть получен при добавленииуглеродсодержащих веществ в сырье с высоким содержанием железа и последующемизвестково-содовом спекании и экстракции образующегося агломерата.
Растворзатем нагревается при рН = 1 для осаждения гидроксида титана в результатегидролиза. Остающиеся в растворе сульфаты выделяют в твердом состоянии выпариваниемили осаждением с помощью ацетона. Твердый остаток прокаливают для переводаалюминия и железа в оксиды. После выщелачивания сульфата натрия водой оксидыалюминия и железа разделяют по способу фирмы «Байер».
Оксидалюминия, остающийся после последней стадии выщелачивания, в которой сульфатнатрия отделяется от смеси оксидов алюминия и железа, показал высокуюрастворимость в условиях выделения оксида железа из руды по процессу «Байер».Этот результат является неожиданным, поскольку данные рентгенеструктурногоанализа образцов показывают, что оксид алюминия присутствует главным образом ввиде альфаоксида, который не выщелачивается в байеровском процессе при обычныхтемпературах. Оксид алюминия, полученный таким способом, однако поддаетсяуспешной обработке по процессу «Байер» без существенного повышения температуры.
ЛИТЕРАТУРА
1. Хренок К.Н.Электрическая сварочная дуга. – М.: Машгиз, 1949.2. Клячкин Я.Л. Сваркацветных металлов. – М.: Машгиз, 1950.3. Бродский А.Я.Аргоно-дуговая сварка вольфрамовым электродом. — М.: Государственноенаучно-техническое издательство машиностроительной литературы. 1956. С. 17.4. Раховский В.И.Физические основы коммутации электрического тока в вакууме. – М.: Наука, 1970.5. Кесаев И.Г. Катодныепроцессы электрической дуги. – М.: Наука, 1968.6. Финкельбург В.,Меккер Г. Электрические дуги и термическая плазма. – М.: ИЛ, 1961.7. Терехов В.П. Очисткаповерхности проволоки дуговым разрядом /Бюл. «Черметинформация». 1976. №7.8. Булат В.Е. и др. ДАНУзбекской ССР. 1981. №7. С. 31-34.9. Сенокосов Е.,Сенокосов А. Плазма, рожденная Марсом/Металлоснабжение и сбыт. 2001. №4. С. 5610. Сенокосов Е., Сенокосов А. Плазменнаяэлектродуговая очистка металлических изделий, Металлург. 2005. №4. С. 44.
11. Сенокосов Е., Сенокосов А.Плазменная электродуговая очистка металлопроката, катанки, проволоки, труб иштучных металлических изделий от окалины, ржавчины и других загрязнений.Металлические страницы. 2005. №10. С. 2