Технологія отримання нікелесодержімих сплавів з використанням відпрацьованих нікелесовместімих

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.


Нажми чтобы узнать.
скачати

Зміст

Вступ

1. Літературний огляд

1.1 Стан питання в області виплавки сплавів з оксідосодержащіх матеріалів і відходів металообробки

1.2 Особливості редкофазной відновлювальної плавки

2. Методика проведення експерименту

2.1 Опис експериментальної установки

2.2 Методика дослідження

3.Експеріментальная частина

3.1 Матеріальні баланси плавки

3.2Аналіз розроблених технологій виплавки никельсодержащих

сплавів з використанням у шихті никельсодержащих каталізаторів

4. Висновки

5. Література

Вступ

У цей час в Україну, в результаті скупчення значних обсягів токсичних (шкідливих) відходів виробництв і підприємств нафтохімічного і гірничо-металургійного комплексу проблема екологічної безпеки видобуває особливої ​​гостроти. Полігони, копильника і свалочні карти, призначені для поховання побічних продуктів виробництва, яке не уявляє інтересу в подальшому технологічному циклі, знаходяться на завершальній стадії свого використання. Багато підприємств змушені робити поховання своїх відходів "темно" - в місцях, для цього не пристосованих, поблизу населених пунктів і водойм. При цьому, виробничий потенціал промислового комплексу країни вимагає відведення додаткових площ для захоронення відходів виробництва, яке робить екологічну обстановку в багатьох регіонах критично.

Одним із шляхів вирішення даної проблеми є використання різноманітних технологій з переробки зазначених видів відходів, з наступною регенерацією з них важких і кольорових металів.

На сьогоднішній день існує цілий ряд підприємств приватного та малого бізнесу, які, використовуючи відомі технологічні прийоми і задіючі виробничі потужності, які простоюють, на різному рівні займаються переробкою токсичних відходів з витримкою легуючих елементів і наступною реалізацією готового продукту через посередницькі структури на підприємства далекого зарубіжжя. При цьому відсутня єдина політика ціноутворення на відходи, які переробляють, а також порушуються норми екологічної безпеки при непрофесійному використанні плавильного устаткування і неволодіння технологічними особливостями переробки.

Описана ситуація, у сфері поводження з токсичними відходами, сприяє розвитку "тіньових" фінансових потоків і втрати стратегічної сировини для вітчизняних підприємств чорної металургії.

З метою стабілізації становища в області переробки відходів нафтохімічного і гірничо-металургійного промислового комплексу України, а також дотримання Закону України "Про загальнодержавну програму поводження з токсичними відходами" (№ 1947-Ш, від 14 вересня 2000р.), Доцільно на базі профільних науково- дослідних інститутів і фінансово-промислових кампаній, які мають всі види ліцензій на роботу з токсичними відходами, створення холдингової групи (корпорації, концерну ..), яка взяла на себе питання щодо здійснення контролю за нагромадженням, зберіганням, переробкою токсичних відходів, а також реалізацією отриманого продукту.

Такий підхід до вирішення проблеми, дозволить спільними зусиллями Міністерства промислової політики та Міністерства Екологічних Ресурсів, використовуючи досвід профільних наукових установ і матеріально-технічну базу фінансово-промислових кампаній створити струнку систему поводження з токсичними відходами, для задоволення потреби вітчизняних підприємств чорної металургії в легуючих багатокомпонентних з'єднаннях і лігатури.

1. Літературний огляд

1.1 Стан питання в області виплавки сплавів з оксідовмісткіх матеріалів і відходів металообробки.

Однією з основних галузей промисловості Україні є машинобудування, на частку якої припаде близько третини всієї промислової продукції, яка випускається. Застосовувані в машинобудуванні технології охоплюють весь виробничий цикл: заготівельне і складальне виробництва, механічну обробку.

Одне з провідних місць у цьому циклі займає заготівельне виробництво, яке вимагає застосування конструкційних матеріалів, які містять легуючі елементи. Без таких матеріалів практично не може виготовлятися обладнання в більшості галузей машинобудування.

У механічної обробки широко застосовуються електрофізічні та електрохімічні методи обробки деталей, які включають нанесення захисних і захисно-декоративних покриттів і виготовлення виробів складних конфігурацій з високолегованих сталей і сплавів.

При виконанні різних технологічних операцій у заготівельному виробництві та механічній обробці утворюються відходи у вигляді оксидів і гідрооксидів металів, які містять легуючі елементи. Крім того, в хімічній промисловості для інтенсифікації технічних процесів широко використовуються нікелевмісткі каталізатори, при експлуатації яких нікель перетворюється на оксид. У практиці машинобудівних заводів зазначені сполуки, до складу яких входять нікель, хром, молібден, вольфрам та інші, не втягуються в металлооборот, а йдуть у відходи й безповоротно губляться.

Враховуючи розвинене машинобудування в Україні та відсутність родовищ багатьох легуючих елементів, проблема використання металів у вигляді зазначених сполук є досить актуально, особливо для вітчизняної промисловості.

Як відомо, оксиди металів можуть бути відновлені вуглецем. Процес є одним з основних методів, що застосовуються в металургії для одержання металів, сплавів і різних сполук.

Відповідно до існуючої теорією, при взаємодії вуглецю з оксидами металів важлива роль належить процесам переходу їх в пароподібний стан та переносу пари на поверхню відновника.

У цьому випадку основним відновлювальним агентом є твердий вуглець, на поверхні якого і протікають реакції відновлення оксидів. Цей механізм виявлено як при низькотемпературному, так і при високотемпературному відновлення оксидів металів вуглецем. До особливостей вуглецевотермічніх процесів отримання металів варто також віднести виникнення реакцій карбідоутворення, що отримують переважна розвиток при досить високих температурах.

Як правило, в процесі карбідоутворення з'являються проміжні оксідокарбідні розчини, які представляють собою фази змінного складу із широкою областю гомогенності. Виконати аналіз реальних стадій процесу відновлення дуже складно, оскільки термодинамічні характеристики більшості оксідокарбідніх фаз дотепер практично не вивчені.

У роботі наведені узагальнені дані про термодинаміці фаз змінного складу і запропонована раціональна класифікація фазових рівноваг складних оксидних розчинів.

Як вказувалося вище, відновлення оксидів металів твердим вуглецем може протікати, дотримуючись механізму перенесення пари оксиду на відновник. Для ряду оксидів металів при певних температурних умовах (вище 800 .. 900 ° С) також ймовірний механізм відновлення за участю монооксиду вуглецю і його регенерації по реакції СО2 С = 2СО [2].

Тому для розгляду процесів взаємодії можна при відповідних умовах залучати адсорбційно-каталічну і дифузійно-кінетичну схеми. Досить повно і докладно термодинамічна сторона цих механізмів викладена в роботах [3].

Відомо, що термодинамічна міцність оксидних з'єднань не однакова, оскільки метали мають різний спорідненість до кисню. Наприклад, алюміній, цирконій, титан, ніобій, хром і ін утворюють термодинамічно міцні з'єднання, в той час як оксиди молібдену, вольфраму, міді, нікелю та ін порівняно невисокою термодинамічної міцністю. Для монооксиду вуглецю характерний зростання термодинамічної міцності з підвищенням температури. Це означає, що при досить високих температурах будь оксид металу може бути відновлений монооксидом вуглецю.

У цей час розроблені технологічні процеси, в ​​основу яких покладені принципи рідкофазного відновлення оксидів металів вуглецем в електропечах. Так, на підставі термодинамічного аналізу запропонована технологія виплавки легованої сталі шляхом відновлення окисленої руди вуглецем в рідкій фазі [3].

Іншими дослідниками на основі діаграми стану системи FеО - Fе203 запропонований теоретичний металургійний цикл всього процесу відновної плавки від нагрівання гематиту до відновлення рідкого гомогенного оксиду.

Теоретично досяжні рівноваги відбиті на ізотермічному перетині системи Fе-С-О для трьох шляхів відновлення оксидної фази: монооксидом вуглецю, твердим вуглецем і вуглецем, який утримується в розплаві.

Запропоновано спосіб відновлюваної плавки, яка передбачає рідкофазне відновлення оксидів металів в дуговій печі постійного струму.

Технологія включає наведення шлаків на поверхні рідкої ванни і подачу коксу на поверхню шлаків. Вуглець служить відновником оксидів, що поділу рідкий метал - шлаки.

Інше рішення відомого способу відновлюваної плавки засноване на вдмухуванні твердих оксидів металу разом з вугіллям через спеціальні пристрої в рідкий метал. З метою інтенсифікації процесу в шар шлаків вдмухують інертний газ.

Розроблено технологію отримання паспортної заготовки на основі малонадкостнічних відходів виробництва швидкорізальних сталей. Отримання заданого вмісту молібдену і вольфраму досягається введенням до складу шихти молібденового і шеелітового концентратів. Використання брикетів в якості легованої заготівлі шихти при виплавці швидкорізальної сталі незагрязняющее розплав сіркою і фосфором. Засвоєння молібдену і вольфраму розплавом представляє 93 .. 97%.

У розроблених технологічних процесах особливе місце займає технологія отримання легованих сталей методом відновлення оксидів металів у рідкій фазі. Слід зазначити, що більшість запропонованих способів засноване на термодинамічних розрахунках та їх ефективності не підтверджена експериментальними даннямі.

У Фізико-технологічному інституті металів і сплавів НАН України раніше були проведені дослідження вуглецевотермічного відновлення металів з ​​електролітного шламу в плазменної печі. Використовували електролітний шлам, який містить оксиди титану, кремнію, вольфраму, молібдену та гідрооксиди нікелю, заліза, хрому, марганцю. Результати дослідів показали, що вихід металевої основи з шламу представляє 23 .. 25%, а її хімічний склад наступний,%: Fe 20,5; Мn 0,05; Сг 14,9; Ni 61,2; Мо 1,42; Nb 0,87; W 0,55; Ti 0,43.

Виплавлений матеріал являє собою хромонікелевий сплав з високим вмістом дефіцитних легуючих елементів, яке може бути використане як лігатура при виробництві високолегованих сталей. Отримані експериментальні дані послужили основою для проведення подальших досліджень у цьому напрямку.

В літературі [7] описана технологія виплавки сталі в плазменній печі, яка передбачає використання в шихті хромової руди і коксу, що подаються в рідку ванну в процесі плавки. Ступінь відновлення хрому представляє 92-95%. У процесі плавки в газову фазу віддаляється майже 50% сірки, яка утримується в руді і коксі, в результаті перемішування рідкого металу моно оксидом вуглецю.

Запропоновано спосіб витримки заліза, цинку, свинцю, хрому, молібдену, нікелю з металургійних переділів (ЖПШ), який отримав назву "Плазмадест" [9, 10].

Досліджено можливість карботермічного відновлення V2O5 в плазмовому агрегаті "PLAZMAKAN" [4]. Технологія передбачає наведення рідкої ванни залізовуглецевих сплавах з наступним інжектірованіем суміші порошків V205 і графіту в рідку ванну. Економічно обгрунтоване відновлення металу з пилу електросталеплавильного та конвертерного виробництв. Технологія включає змішування пилу з антрацитом і подачу суміші в плазмовому піч для карботермічного відновлення оксидів металу. Досягається висока ступінь відновлення хрому, нікелю і молібдену.

Фірма TRD здійснила промисловий варіант переробки пилу з використанням плазмового нагрівання, що дозволяє витягнути з цих відходів Zn і Pb, а також отримати шлаковий розплав, який не містить іонів важких металів. Зазвичай пил містить, масова частка%: Fe2O3 - 30-60; Zn - 10-35; РbО - 1-5; СD - 0-0,01; (Сl F) - 1-4; Сr203 - 0,1-1 , 0. Пил з витратного бункера самопливом подають через звід у ванну печі, а пари що містять Zn і Рb, пропускають через холодильник для конденсації цих металів.

Запропоновано технологію отримання феррохром з хромової руди, яка містить 40% Сr203. Для здійснення процесу використовують плазмову шахтну піч, у якій плазменні пальники встановлені в нижній частині. Технологія передбачає використання коксу в якості відновника. Суміш пилкоподібних хромовмісткіх матеріалів, відновник і флюси вдмухують в піч через плазмові фурми.

У наступних роботах вивчали можливість рідкофазного відновлення оксидів металів у залізовуглецевих розплавів за схемою Fe - Мео - С. В цьому випадку процес відновлення оксидів протікає за таких реакцій:

Мео + С = Me + СО (1)

Мео + СО = Me + CО 2 (2)

СО 2 + С = СВ 2 (3)

У результаті цих реакцій відновлений метал розчиняється в рідкому залозі, а монооксид вуглецю видаляється з розплаву в газову фазу.

Одним з видів сировини для одержання ливарних сплавів є відпрацьовані каталізатори, які містять оксиди нікелю, хрому, ванадію, молібдену та ін Ці матеріали можуть бути використані як легуючі компоненти для виплавки легованих чавуну і сталі. Результати досліджень [11] показали, що використання відпрацьованих нікелевих каталізаторів дозволяє отримувати заготівлю шихти з вмістом нікелю 11% і ванадій 3% при одношлакового режимі плавки.

1.2 Особливості редкофазной відновлювальної плавки.

Виконаний аналіз наявних даних показав, що використання оксідовмісткіх матеріалів для виплавки сплавів досить ефективно. Плавка зазначених матеріалів, яким би методом вона не здійснювалася, - це комплекс окремих процесів. Серед них у разі переробки різних шламів, доменних та сталеплавильних шлаків, ковальської і прокатної окалини, рудної сировини та іншого найважливіше значення мають: нагрівання шихти і дисоціація хімічних сполук; взаємодія відновників і оксидів металів; розплавлювання складових шихти з утворенням первинних розплавів; розчинення більш тугоплавких компонентів у первинних розплавах, поділ продуктів плавки; розподіл цінних компонентів між продуктами плавки.

Швидкість і повнота перебігу цих процесів залежать від фізико-хімічних властивостей компонентів шихти, температури та інтенсивності масо-та теплообміну, а продуктивність агрегатів у цілому визначається часом, витраченим на завершення самої повільної стадії.

Нагрівання шихти лімітується процесами теплопередачі. Очевидно, нагрівання великих шматків шихти через порівняно низьку теплопровідність матеріалів шихти протікає відносно повільно і може бути прискорений лише зменшенням розмірів шматків.

Реакції взаємодії відновника, наприклад, вуглецю та оксиду металу є екзотермічними процесами і протікають на границі розділу фаз.

Великі дані, відомі з літератури і практики, підтверджують, що власний хімічний акт процесу окислення вуглецю при високих температурах протікає вкрай швидко.

Процеси утворення металевого розплаву і шлакоутворення протікають у дві стадії: розплавлювання легкоплавких складових шихти і розчинення більше тугоплавких речовин у цих розплавах.

Шлакоутворення, як правило, починається після розплавлювання металевої складової шихти і відбуваються повільніше, тому що для більшості оксидів шихти температура плавлення вище заліза. При обмежених температурах в плавильному агрегаті особливо важливого значення набувають процеси розчинення тугоплавких оксидів у первинних шлакових розплавах. Процеси розчинення є дифузійними і тому протікають значно повільніше процесів розплавлювання легкоплавких компонентів.

Освіта шлаків в плавильних печах починається, як правило, з отримання легкоплавкой евтектики, наприклад, оксид-сульфідніх евтектики, і більше складних багатокомпонентних легкоплавких композицій.

Найбільш повільним етапом плавки, навіть для сучасних процесів, є виплавка феросплавів, в яких лімітуючими стадіями є коалесценція металевих крапель і поділ металу і шлаків. Досить ефективним прийомом прискорення коалесценції крапельок металу є перемішування шлаків з металевим розплавом, який утворюється при плавленні шихти.

У цей час інтенсивно ведуться роботи зі створення технологій одержання сплавів з оксидних матеріалів методом рідкофазного відновлення металів і є досить переконливі дані, які підтверджують ефективність цього способу плавки [8].

Слід зазначити, що під керівництвом Ванюкова AB на підставі багаторічних теоретичних досліджень металургійних процесів, вивчення будови та фізико-хімічних властивостей розплавів, закономірностей поділу фаз і шляхів зниження втрат металів здійснені роботи зі створення процесу плавки сульфідної сировини в розплаві, названого плавкою в рідкій ванні.

Встановлено, що при розчиненні відновленого елемента з оксиду металу в металевому розплаві настає зміна величини енергії Гіббса системи і більшу повне відновлення оксиду за рахунок зменшення активності відновленого елемента при переході його в розчин. Зменшення загальної енергії системи при утворенні розчину знижує температуру відновлення провідного елементу та витрату електроенергії на відновлення. При цьому більше низька активність провідного елементу зменшує парціальний тиск пари відновленого елемента, а, отже, його втрати з газовою фазою. У металевому розчині за рахунок зменшення активності компонентів знижується ступінь взаємодії елементів з монооксидом вуглецю, а скорочення вторинного карбідоутворення збільшує витримку провідних елементів, покращуючи умови протікання металургійних процесів в печі за рахунок зменшення кількості шлаків, його в'язкості і втрат металу з шлаками.

Розглянуті особливості процесів плавки шихти в плавильних печах і характер протікання металургійних процесів у рудовідновлювальніх печах в деякій мірі можуть бути перенесені на процес рідкофазної відновлювальної плавки. Однак вони не розкривають механізм процесу плавки, при якому протікають фізико-хімічні процеси мають свої особливості і містять в собі,: термічне розкладання складних сполук; відновлення оксидів металів; плавлення шихти і утворення шлаків, поділ металевої та шлакової фаз.

Відомо, що період плавлення шихти і, в першу чергу, окатишів та інших оксідовмісткіх матеріалів в дуговій печі, характеризується різноманіттям процесів масо-і теплопередачі, обумовлених дією як теплотехнічних, так і технологічних факторів. Під технологічними чинниками мається на увазі сукупність фізико-хімічних процесів, які супроводжують плавлення,: обезуглероживание ванни; шлакоутворення, окислення металу киснем атмосфери печі та інше.

З теорії сталеплавильних процесів відомо, що при введенні залізної руди в шлаки збільшується в ньому вміст оксиду заліза (Fe2O3). Останній при взаємодії з корольками металу, які утримуються в шлаку, а також з залізом на поверхні розділу метал-шлак відновлюється до оксиду (Fe) по реакції

(Fe 2 O 3) + [Fе] = 3 (FеО) (1.1)

Оксид заліза FеО шлаку окислюється також до оксиду Fe2O3 при взаємодії з киснем пічної атмосфери:

2 (FеО) + 1 / 2 {О 2} = (Fe 2 O 3) (1.2)

У результаті протікання реакцій (1.1) і (1.2) відбувається збільшення вмісту оксиду заліза FеО в шлаці.

Як відомо, оксиди металів можуть бути відновлені вуглецем. Цей процес є одним з основних методів, що застосовуються в металургії при виплавці металів, сплавів і феросплавів.

Окислювання вуглецю в залізовуглецевих розплавів оксидами FеО є гетерогенної реакцією і складається з наступних стадій:

- Перехід оксиду FеО зі шлаку в метал;

- Взаємодія між оксидом FеО (киснем) і вуглецем з виділенням монооксиду вуглецю (СО) у вигляді бульбашок в атмосферу печі.

Перехід оксиду заліза FеО зі шлаку в метал супроводжується збільшенням концентрації кисню в шарі металу, який межує з шлаками, і зменшенням концентрації FеО в шарі шлаку, який межує з металом. Надалі має місце дифузія кисню та оксиду FеО в обсязі металу і шлаку, який протікає з малою швидкістю. Проте інтенсивне перемішування рідкої ванни печі пухирцями СО, які виділяються при взаємодії між оксидом FеО і вирівнювання складів металу і шлаку.

Збільшення вмісту FеО в шлаку, зменшення концентрації кисню в металі, збільшення температури металу та зменшення в'язкості шлаків збільшують швидкість переходу оксиду заліза FеО зі шлаку в метал.

Відповідно до існуючої теорією, при взаємодії вуглецю з оксидами металів важлива роль належить процесам переходу оксидів в пароподібний стан і перенесення пар на поверхню відновлення. У цьому випадку основним відновлювальним агентом є твердий вуглець, на поверхні якого і протікають реакції відновлення оксидів. До особливостей вуглетермічніх процесів, які протікають у Fе-С розплаві, варто також віднести виникнення реакцій карбідоутворення, що отримують переважна розвиток при досить високих температурах. Як правило, в процесі карбідоутворення з'являються проміжні оксікарбідні розчини, які представляють собою фази змінного складу із широкою областю гомогенності.

При використанні в якості відновника вуглецю однією з причин, які ускладнюють перебіг відновних процесів, є вторинне карбідоутворення, що відбувається за рахунок окислення вже відновлених елементів монооксидом вуглецю газової фази. При цьому крім первинного карбідоутворення, що відбувається за рахунок термодинамічної більш ймовірного відновлення оксидів до карбіди (Sі, Mn, Fе тощо), утворюється додаткова кількість карбідів, що в ряді випадків призводить до утворення додаткової кількості шлаків з високим вмістом карбідів. Такі шлаки виходять гетерогенними з високою в'язкістю, яка є причиною збільшеної кількості корольків металу в них і, отже, зменшення витримці провідних елементів і ускладнення протікання відновних процесів, пов'язаних з утворенням значної кількості шлаків в печах.

Так, наприклад, дослідження реакцій взаємодії монооксиду вуглецю і шихти, складеної з оксиду кремнію і металевої частини, представленої Mn, Fе та ін, показують, що при температурах 1673-2073 До спочатку відбувається вторинне карбідоутворення. При цьому Fе переходить в Fe 3С, - у SіС, Mn - у Mn 7С3, потім починається взаємодія карбідів з оксидами.

При зменшенні активності відновленого елемента (Sі, Mn, Fе тощо) вторинне карбідоутворення протікає у меншій мірі. Цим визначається позитивна роль металевого розплаву при рідко фазному відновлення оксидів металів.

При плавці в дугових і плазмових печах в пріелектродній області дуги на поверхні металевої ванни спостерігається високий перегрів рідкого металу.

Наявність градієнта температури в рідкій ванні і виділення газоподібних продуктів реакції в результаті взаємодії вуглецю з оксидом металу сприяє створенню інтенсивних потоків розплаву, які прискорюють протікання процесів тепло-і масопереносу.

При рідко фазною відновної плавці фізико-хімічні процеси, які протікають в рідкій ванні, містять у собі: термічне розкладання складних сполук; відновлення оксидів металу; плавлення шихти та освіта рідких фаз, поділ металевої та шлакової фаз.

2 Методика проведення експеримент

2.1Опісаніе експериментально установки

З метою відпрацювання основних технологічних параметрів плавки були проведені дослідження особливостей процесу при переплаву відпрацьованих нікелемісткіх каталізаторів в плазмовій печі постійного струму ємністю 10 кг.

Експериментальні плавки проводилися в плазмовій печі, схема якої показана на малюнку.

Рис. 1 Схема експериментально установки

Конструкція печі містить корпус 1, плавильний тигель з вогнетривкої футерівки 2, кришку 3, дугового плазмотрон 4, механізм переміщення плазмотрона 5, пристрій для завантаження шихти в плавильний тигель 6, оглядове вікно 7, струмопровід 8, що складається з металевої плити 9, графітової плити 10 і мідної шини 11. Плавильний тигель розміщався всередині плавильної камери. Пристрій для завантаження шихти було виконано у вигляді керамічної труби з лійкою, розміщеної на кришці печі. Подовий електрод служив графітовий стрижень, вмонтований у футеровці поду печі.

2.2 Методика дослідження.

При проведенні експериментальних плавок спочатку наводилася рідка ванна шляхом розплавлювання заготовок ст.З. Після наведення рідкої ванни на її поверхню завантажували каталізатори, флюс і електродний бій певними порціями.

У період розплавлювання сталевого брухту струм дуги підтримували рівним 630-650 А, а після розплавлювання металу і завантаження каталізаторів, флюсу та електродного бою струм дуги зменшували до 500-550 А.

Рідкий метал зливали разом з шлаками у попередньо нагріту до температури 403-573 К і облицьовані вогнетривкої глиною графітову вілівніцю.

З метою вивчення можливості отримання нікелевмісткіх сплавів з відпрацьованих нікелемісткіх каталізаторів були проведені плавки на експериментальній дугового печі постійного струму в лабораторії Фізико-технологічного інституту металів та сплавів НАН України.

Виплавка сплавів проводилась методом рідко фазного відновлення оксидів металів у залізовуглецевих розплавів.

При виплавці сплавів використовували відходи ст.3 з вмістом заліза 98%, нікелемісткі каталізатори складу 0,085% Na; 0,04% Mg; 42,4% Al; 0,76% Si; 6,23% Ca; 0,122% Mn; 0,122 % Fe; 5,9% Ni, вапно і плавиковий шпат з вмістом 78% СаО та 90% СаF2 відповідно, електродний бій з вмістом 86% вуглецю і 8% золі.

При розрахунку матеріального балансу плавок кількісний склад оксидів в каталізаторі і шлаках визначали з виразів:

в каталізаторах: (2.1)

і шлаках: (2.2)

де: G До G Ш - Кількість каталізаторів в шихті і шлаку, який утворився, відповідно;

Me К, Me Ш - відсоткове вміст металу в каталізаторах і шлаках відповідно;

К1-коефіцієнт, який враховує кількісне співвідношення між металом і його оксидним з'єднанням.

Кількість СаО, внесену в шлаки з плавиковий шпат, визначалося з виразу:

(2.3)

де: К2 - коефіцієнт, який враховує вагове співвідношення між CaF2 та СаО у реакції взаємодії фтористого кальцію з водяною парою.

3 Експериментальна частина

3.1 Матеріальні баланси плавки.

Плавка № 1

Футерівка печі - кіснула (кварцовий пісок).

Матеріали шихти:

1. Відходи ст. 3 - 5025 р

2. Каталізатори - 3915 р

3. Вапно - 500 г

4. Плавиковий шпат-145 г

5. Електродний бій - 750 г

З відходами ст.3 вноситься залізо:

G Fe = 5025 * 0,98 = 4925

З каталізаторами вноситься:

; ;

; ;

; ;

;

З вапном вноситься:

G Ca = 500 * 0,78 = 390г

З плавиковом шпатом вноситься:

G Ca0 = 145 * 0,9 * 0,72 = 94г

З електроднім боєм вноситися:

Кількість виплавленого металу: 5255 р

Кількість шлаків: 3200 г шлаків I (із печі) 690 г шлаків II

(Злитого з металом у виливницю) = 3890 р

Хімічній вміст виплавлення металу,%:

Fe

Ni

Si

Cr

91,1

4,01

4,2

0,14

Хімічне вміст шлаків I Хімічна вміст шлаків II

Al

Ca

Si

Fe

Mn

Ni


Al

Si

Ca

Fe

Ni

41,2

7,9

4,5

0,5

0,11

0,034


39,1

9,1

10,5

1,9

0,022

У виплавлення металі знаходиться:

У шлаку I містіться:

У шлаку II містіться:

Загальний вміст оксидів у шлаку:

3002г; 455г; 444г; 1,2 г; 38г.

Розрахунково й фактичний кількісній склад шлаків, м:


А1 2 0 3

СаО

Si0 2

Fe

Ni

Зола

Усього

розрахунковий

3137

825

30

-

-

60

4052

фактичний

3002

455

444

38

1,2

60

4000

Розрахунковий І фактичний вміст заліза, нікелю й кремнію в металі, м:


Fe

Ni

Si

розрахунково

4925

231

-

фактична

4787

211

221

Вміст нікелю в каталізаторах за результатами плавки:

Втрати заліза:

Співвідношення А1203 і СаО в шлаку,%:

Шлаки I: А12О3 - 87%; СаО - 13%.

Шлаки II: Аl 2Оз - 84%; СаО - 16%. Загальне: А1 2 0 3 - 87%; СаО - 13% (фактична);

А1 2 0 3 - 79%; СаО - 21% (розрахунково)

Плавка № 2

Футерівка печі - кіснула (кварцовий пісок).

Матеріали шихти:

1. Відходи ст. 3 - 4990

2. Каталізатори - 13050 м.

3. Вапно - 4300

4. Плавиковий шпат-260 р.

5. Електродний бій - 1300

З відходами ст.3 вноситься залізо:

GFe = 4990 * 0,98 = 4890

З каталізаторами вноситься:

;

;

З вапном вноситься:

GCaО = 4300 * 0,78 = 3354 р

З плавиковий шпат вноситься:

GCa0 = 260 * 0,9 * 0,72 = 168 г

З електродним боєм вноситься:

Кількість виплавленого металу: 5255 р

Кількість шлаків: 3200 г шлаків I (із печі) 690 г шлаків II

(Злитого з металом у виливницю) = 3890 р

Хімічній вміст виплавлення металу,%:

Fe

Ni

Mn

Cr

Si

P

85,3

11,1

0, 35

0,16

2,55

0, 3

Хімічний вміст утворення шлаку,%

Al

Ca

Si

Fe

Mn

Ni

Р

Cr

Mg

41,2

15, 2

7, 9

0,22

0,33

0,18

0,008

0,021

0, 22

У виплавлення металі містіться:

; ;

; ; ;

У шлаку містіться:

; ;

; ;

; ;

Розрахунково й фактичний кількісній склад шлаків, м:


А1 2 0 3

СаО

Si0 2

MgO

MnO

FeO

NiO

Зола

Загаль

розрахунковий

10458

4660

213

9

21

-

-

104

15465

фактичний

10163

3598

2863

62

56

48

39

104

16933

Розрахунковий І фактичний вміст заліза, нікелю й кремнію в металі, м:


Fe

Ni

Si

розрахунково

4906

770

-

фактична

4274

556

128

Вміст нікелю в каталізаторах за результатами плавки:

Втрати заліза:

Співвідношення А1 2 0 3 і СаО в шлаку,%:

Загальне: А1 2 0 3 - 74%; СаО - 26% (фактична);

А1 2 0 3 - 69%; СаО - 31% (розрахунково)

Плавка № 3

Футерівка печі - кисла (кварцово пісок).

Шіхтові матеріали:

Відходи ст. 3 - 49 5 0 г

Каталізаторі - 3620 р

Вапно - 3150 р

Плавиковий шпат-15 0 г

Електродній Бій - 2 0 0 г

З металом плавки № 2 вноситися:

;

З каталізаторамі вноситися:

; ;

; ;

; ;

; ;

;

З вапном вноситися:

G CaО = 3150 * 0,78 = 2457 р

Із плавиковом шпатом вноситися: G Ca0 = 150 * 0,9 * 0,72 = 97 г

З електроднім боєм вноситися:

Розрахунково кількість шлаку: 2901 +316 +3 +59 +2457 +97 +16 = 5855г

Хімічний вміст виплавлення металу,%:

Fe

Ni

Mn

Cr

Si

Са

84,8

14,0

0,13

0,2

0,16

0,127

У виплавлення металі містіться:

; ;

;

;

Розрахунково й фактичний кількісній склад металу, м:


Fe

Ni

Cr

Mn

Si

розрахунковий

4227

764

10

17

126

фактичний

4198

693

10

6

8

Вміст нікелю в каталізаторах за результатами плавки, м:

Втрати заліза:

Співвідношення А1 2 0 3 і СаО в шлаку,%:

Загальне: А1 2 0 3 - 50,2%; СаО - 49,8%

Плавка № 4

Футерівка печі - кисла (кварцово пісок).

Шіхтові матеріали:

Відходи ст. 3 - 5 370 г

Каталізаторі - 1 3 620 г

Вапно - 4663 р

Плавиковий шпат-520 г

Електродній Бій - 1,417 г

Із відходамі ст.3 вноситися залізо:

G Fe = 5370 * 0,98 = 5263

З каталізаторамі вноситися:

;

; ;

;

З вапном вноситися:

G Ca = 4663 * 0,78 = 3 637 г

Із плавиковом шпатом вноситися:

G Ca0 = 520 * 0,9 * 0,72 = 337 г

З електроднім боєм вноситися:

Кількість виплавлення металу: G М = 5 270 г

Кількість утворення шламу: G Ш = 16125г

Хімічній вміст виплавлення металу,%:

Fe

Ni

Si

Mn

Cr

82,646

16,152

0,442

0,004

0,756

Хімічний вміст утворення шламу,%

Al

Ca

Si

Fe

Mn

Ni

Na

Cr

Ti

S

P

Mg

35, 7

16, 5

2, 54

0, 53

0, 52

0, 062

0, 17

0,29

0,128

0,128

0,014

0, 69

У шламі містіться:

; ;

; ;

; ;

Розрахунково й фактичний кількісній склад шламів, м:


А1 2 0 3

СаО

Si0 2

MgO

MnO

FeO

Зола

Загаль

розрахунковий

10914

5162

222

9

21

21

113

16462

фактичний

10880

3725

3725

184

108

110

113

15998

Розрахунковий І фактичний вміст заліза, нікелю й кремнію в металі, м:


Fe

Ni

розрахунково

5263

803

фактична

4355

851

Вміст нікелю в каталізаторах за результатами плавки:

Втрати заліза:

Співвідношення А1 2 0 3 і СаО у шламі,%:

Загальне: А1 2 0 3 - 74%; СаО - 26% (фактична);

А1 2 0 3 - 68%; СаО - 32% (розрахунково)

Плавка № 5

Футерівка печі - кисла (кварцово пісок).

Шіхтові матеріали:

Відходи ст. 3 - 5000 г

Каталізаторі - 1 020 0 г

Вапно - 1440 р

Кварцово пісок-100 0 г

Електродній Бій - 2 3 0 р

Із відходамі ст.3 вноситися залізо:

G Fe = 5000 * 0,98 = 602 р

З каталізаторамі вноситися:

;

;

З вапном вноситися:

G CaО = 4300 * 0,78 = 3354г

Із кварцово піском вноситися:

G Ca0 = 1440 * 0,78 = 1123г

З електроднім боєм вноситися:

Кількість виплавлення металу: G M = 5255г

Кількість утворення шламу: G Ш = 3200г

Хімічний вміст виплавлення металу,%:

Fe

Ni

Cr

Si

P

90,2

8,7

0,087

0,16

0,131

Хімічний вміст утворення шламу,%

Al

Ca

Si

Fe

Mn

Ni

Р

Cr

Ті

Mg

35,3

7,8

5,2

5,34

0,51

0,132

0,006

0, 108

0,042

0, 22

У виплавлення металі містіться:

; ;

; ; ;

У шламі містіться:

; ;

; ;

;

;

Розрахунково й фактичний кількісній склад шлаків, м:


А1 2 0 3

СаО

Si0 2

MgO

MnO

FeO

NiO

Зола

Загаль

розрахунковий

8174

2013

1166

7

16

16

-

18

11410

фактичний

6255

1024

1045

232

62

644

16

18

9296

Розрахунковий І фактичний вміст заліза, нікелю й кремнію в металі, м:


Fe

Ni

розрахунково

4900

602

фактична

4303

415

Вміст нікелю в каталізаторах за результатами плавки:

Втрати заліза:

Співвідношення А1 2 0 3 і СаО в шлаку,%:

Загальне: А1 2 0 3 - 86%; СаО - 14% (фактична);

А1 2 0 3 - 80%; СаО - 20% (розрахунково)

3.2 Аналіз розроблених технологій виплавки нікелемісткіх сплавів з використанням у шихті нікелемісткіх каталізаторів.

У процесі проведення плавок встановлено, що виплавка нікелемісткіх сплавів з використанням у шихті нікелемісткіх каталізаторів характеризується утворенням великої кількості шлаків. Це обумовлено високим вмістом в каталізаторах оксидів Al, Са і Si (90% від загальної маси), які мають міцну термодинамічну зв'язок і не можуть бути відновлені в умовах проведених плавок. Крім того, високий вміст глинозему (до 800 кг на 1 т каталізаторів) вимагає великої затрати вапна для отримання легкоплавкой евтектікіА1203-СаО.

Аналіз діаграми стану системи А12Оз-Сао (Мал. 2) показує, що найбільш низька температура ліквідусу системи (рідкий стан шлаків) спостерігається содержаніеі в сплаві від 42 до 55% СаО.

Рис. 2 Діаграма стану системи СаО - Al 2 O 3

Зменшення витрати вапняку підвищує температуру розплавлювання шлаків, знижує його рідко плинність, сприяє утворенню тугоплавких шлакових настіглів на укосах печі і тим же погіршує умови його скачування.

Висока в'язкість шлаків погіршує умови переходу відновленого нікелю в металевий розплав. Про це свідчить присутність корольків відновленого нікелю в шлаку, виявлених при його дробленні.

Звертає на себе увагу помітна різниця в кількісному вмісті СаО у розрахунковому і дійсне складах шлаків всіх плавок. Очевидно, це пов'язано з частковим виносом порошкоподібного вапняку з печі в результаті електродинамічного впливу дуги на в момент завантаження вапняку на поверхню рідкої ванни, а також з використанням не прожареного.

Необхідна рідко плинність шлаків при зниженій витраті вапняку може бути досягнута за рахунок підвищення температури розплаву. Однак у цьому випадку збільшуються питомі енерговитрати, спостерігається підвищений знос футерівки печі і високий вігар заліза. Це підтверджується результатами порівняльного аналізу розрахункових і дійсного кількісних составів виплавленого металу і шлаку, який утворився в процесі плавки. Так, наприклад, дійсне вміст Si02 в шлаку плавок № 1 і № 2 перевищують їх розрахункові значення відповідно в 15 і 14 разів, а вігар заліза в плавках № № 2, 4 і 5 являє відповідно 12,9; 17,25 і 12, 2%.

Аналіз даних показує, що отримані шлаки за своїм хімічним складом відповідають шлакам електрошлакового переплаву. Це досить наочно видно з табличних даннях.

Висновки

Я брав участь у проведенні експериментальних розрахунків вмісту нікелю в виплавленого металу. Порівняння розрахункових і дійсних значень вмісту нікелю в виплавленого металу, свідчить про повне відновлення основного елемента (Ni) у ході плавки.

Переробка відпрацьованих нікелевмісткіх каталізаторів є вирішенням проблеми скупчення відходів промислових підприємств, а також значно покращує екологічну обстановку в місцях їх колишніх поховань.

Рівень газоподібних викидів, при переробці відпрацьованих каталізаторів методом рідко фазного відновлення, не перевищує ГДК за вмістом шкідливих

4. Встановлено, що переплаву каталізаторів з високим вмістом Аl2O3 (до 90%) вимагає підвищеної витрати вапна для отримання рідкоподвіжного шлаків при загальноприйнятих температурних умовах сталеплавильних процесів.

5. У результаті переплаву відпрацьованих каталізаторів утворюються шлаки, близькі за хімічним складом шлакам, що застосовуються у ЕШТП. В умовах застосовуваної технології економічно доцільно доводити склад одержуваних шламів до рівня товарного продукту.

6. Метал, що отримується методом рідко фазною відновної плавки з використанням відпрацьованих нікелемісткіх каталізаторів, може застосовуватися як заготівля шихти для отримання легованих, жароміцних сплавів.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Курсова
146кб. | скачати


Схожі роботи:
Технологія вилучення паладію з відпрацьованих каталізаторів
Технологія регенерації очищення й освітлення відпрацьованих масел
Отримання знебарвлюючих та фіксуючих розчинів з відпрацьованих фотографічних розчинів
Технологія монтажу трубопроводів з кольорових металів і їх сплавів
Технологія виробництва і споживчі властивості сплавів твердих безвольфрамових
Розробка технології електротермічного отримання сілікоалюмінія з використанням малозольних
Створення інтерактивних WEB - сторінок для отримання інформації в мережі Інтернет з використанням
Створення інтерактивних WEB сторінок для отримання інформації в мережі Інтернет з використанням форм
Технологія отримання і обробки заготовок
© Усі права захищені
написати до нас