Конструкционные стали - это общее название сталей, предназначенных для изготовления строительных конструкций и деталей машин или механизмов. Достоинствами сталей этого класса являются удовлетворительные механические свойства в сочетании с технологичностью обработки и низкой стоимостью.
Устойчивое потребление и переработка продукции – это то, к чему сегодня стремится все человечество, чтобы попытаться изменить в лучшую сторону экологическую ситуацию в мире и при этом сэкономить на сырье и ресурсах.
Кроме того, что имеет место определенное развитие новых технологий, традиционные тоже нельзя списывать со счетов, они модернизируются и совершенствуются с целью повышения качества производимого продукта и обеспечения его конкурентоспособности на перенасыщенном рынке.
Если говорить о реконструкции – она происходит непрерывно в той или иной степени. На доменных печах компаний компании возникают системы очистки, на аглофабриках внедряется система аспирации, модернизируются имеющиеся прокатные станы. Значительно снизить издержки компании и улучшить качество готовой продукции помогает строительство новых агрегатов на имеющихся предприятиях.
Стремление передовых металлургических компаний удовлетворять потребности как рынка в целом, так и отдельных клиентов, разработка новых продуктов, диджитализация процессов, усовершенствование существующих технологий и имплементация новых «зеленых» проектов являются движущими силами развития как отечественной, так и мировой металлургии на сегодняшний день.
Именно сталь является одним из самых перерабатываемых материалов в мире! Ежегодно на переработку уходит больше стали, чем бумаги, стекла, алюминия и пластика вместе взятых.
Жизненный цикл стали потенциально бесконечен, потому что ее легко восстановить и практически на 100% переработать без существенной потери качества. С 1900 года во всем мире было переработано более 25 миллиардов тонн стали! В среднем, новая сталь содержит 37% уже ранее переработанной.
Неиссякаемый интерес на ремонтных предприятиях привлекают детали, окончательно забракованные на этапе некондиции для которых предписан путь на металлургический комбинат в качестве металлолома. Такие детали необходимо подвергнуть тщательной технической и технологической диагностике по химическому составу и структурному состоянию материала, механическим свойствам, геометрическим размерам, видам и характеру неисправляемых дефектов. По результатам выполненной диагностики специалистами решается важная и актуальная задача по продлению жизненного цикла стали данных деталей. Решение этой задачи включает в себя очередность выполнения следующих этапов:
1. На начальной стадии работы изучают конфигурацию детали и определяют виды сечений возможные для повторного использования стали. Ключевое внимание уделяют цилиндрическим участкам, а также обращают внимание на квадратные и прямоугольные сечения. При наличии таковых устанавливают их размеры и предполагаемый вариант использования для заготовок деталей другого наименования.
2. Применение материала изношенных деталей для других изделий должно опираться на обеспечение показателей надёжности вновь изготовленных деталей. Причем, качество и свойства материала, используемого для новой детали, должны обеспечить их надёжную работу в течении расчетного срока службы с учетом заданных условий эксплуатации (нагрузка, температура, атмосфера среды и т.д.) и удовлетворять требованиям нормативно технической документации на основной материал. Используемая для новых целей сталь забракованных деталей подвергают макро- и микроисследованию, контролируют на наличие наружных и внутренних дефектов, выполняют химико-спектральный анализ и прогнозируют показатели механических свойств. Методы и объёмы контроля должны обеспечивать получение достоверной информации о качестве и свойствах материала и выполняться они должны в полном соответствии со стандартами и техническими условиями.
3. В случае повторного использования стали от деталей, которые испытывали знакопеременные нагрузки в эксплуатации, обязательным условием является их магнитометрический или ультразвуковой контроль на предмет выявления трещин, а также отпуск для снятия напряжений, приобретенных в процессе работы изделия.
4. Завершающим этапом работы является использование предлагаемой технологии по продлению жизненного цикла стали утилизируемых деталей.
Весь лом от производства стали и последующей обработки собирается и перерабатывается непосредственно на сталелитейном производстве. Содержание вторичного сырья в любом стальном продукте может составлять от 5 до 100%. 25% мирового производства стали приходится на электросталеплавильное производство на основе лома.
Отходы в виде использованных стальных изделий должны быть собраны и соответствующим образом подготовлены для переработки (измельчены и спрессованы). Благодаря относительно высокой стоимости стального лома существуют экономические стимулы, которые позволяют поддерживать высокие объемы переработки этого материала, помимо экологических выгод.
Вторичная переработка стали обеспечивает значительную экономию энергии и сырья: более 1 400 кг железной руды, 740 кг угля и 120 кг известняка экономится на каждой тонне стального лома, превращенного в новую сталь.
Магнитные свойства стали облегчают ее отделение от других материалов. Примерно 90% автомобилей перерабатывается повторно, и практически вся сталь в них восстанавливается. Если говорить о секторах экономики, глобальные коэффициенты извлечения стали оцениваются в 85% для строительства, 90% для автомобилестроения (почти 100% в США), 90% электроприборы и 50% для бытовых приборов.
Средний срок службы стальных изделий составляет примерно 40 лет. Например, автомобили в среднем служат 15-20 лет, а вот здания и элементы инфраструктуры – 100 лет и более. При этом время на переработку отходов из стали варьируется от нескольких дней до нескольких недель.
Разрабатываются в том числе инновационные методы переработки и утилизации стали. Так, например, исследователи из Академии наук Китая и Университета Цзилинь разработали уникальный экологически чистый метод переработки нержавеющей стали для изготовления новых электродов для ионно-калиевых аккумуляторов. Несмотря на высокую эффективность и широкий спектр применения, литий-ионные аккумуляторы имеют ограниченный срок службы. Кроме того, они представляют проблему с точки зрения охраны окружающей среды при их утилизации.
Используя инновационную технику, ученые использовали сетку из нержавеющей стали в качестве источника железа. Она была преобразована для создания стабильных, недорогих, высокопроизводительных катодов для ионно-калиевых батарей. Предлагаемый метод открывает новые возможности для повторного использования нержавеющей стали.
Остается только удивляться, насколько же уникален этот материал! Свыше 75% из 3 500 марок стали, которые применяются сегодня, еще 20 лет назад не существовали. И все это разнообразие можно перерабатывать снова и снова, неограниченное количество раз без потери свойств и при этом сберегая ресурсы планеты.
С точки зрения химии к стали относят простые вещества, в узлах кристаллической решетки которых располагаются нейтральные атомы и положительные ионы. Кристаллическая решетка такого типа получила название металлической. Для стали характерны положительные степени окисления в соединениях, хорошие тепло- и электропроводность, способность отражать электромагнитные волны, ковкость и пластичность.
Наиболее типичным признаком стали является отрицательный температурный коэффициент электропроводности. В нормальных условиях большинство сталей находится в твердом агрегатном состоянии.
С точки зрения практического применения под сталью подразумеваются не только простые вещества, но и сплавы различного состава, а также интерметаллические соединения.
Подавляющее большинство ископаемых, включая рудные, представляет собой не возобновляемый ресурс. По оценкам специалистов, известные запасы некоторых руд практически исчерпаны, разведка и разработка новых месторождений требует огромных капиталовложений, сопряженных с большим риском.
При этом ежегодно миллионы тонн стали оказывается на свалках в виде отслуживших свой срок металлоконструкций, механизмов, приборов и прочих металлических изделий. Сталь, оказавшаяся на свалке, разлагается крайне медленно, в процессе окисления некоторых компонентов технических сплавов образуются ядовитые соли, а изделия, содержащие ртуть, и сами по себе представляют огромную опасность.
Выбрасывать металлосодержащие изделия на свалку, не пытаясь повторно использовать ресурс, – крайне расточительно и безответственно по отношению к будущим поколениям. Именно для этой цели существуют пункты приемки металлолома.
В связи с истощением запасов рудных ископаемых и не возобновляемых энергоносителей во многих странах все шире применяются технологии, разработанные для использования вторичных ресурсов. На сегодняшний день примерно половина вырабатываемой стали производится именно из сырья вторичного цикла.
Все виды стали представляют собой уникальный материал, который в принципе можно подвергать вторичной переработке неограниченное количество раз с минимальными потерями в объеме и полным сохранением его технических свойств.
Вторичную переработку стали классифицируют так:
цветные и благородные металлы, полученные из огарков пирита и других отходов металлургической промышленности;
металлические отходы бытового происхождения;
сырье для извлечения металлических составляющих.
Вторичная переработка металлоконструкций и металлосодержащих изделий имеет следующие преимущества по сравнению с выплавкой стали из руды:
уменьшение стоимости готовой стали в 2-4 раза;
сокращение объемов добычи руды для потребностей металлургической отрасли;
сокращение энергопотребления;
уменьшение выбросов газообразных отходов, включая оксиды углерода, серы, азота и других потенциально опасных соединений;
уменьшение потребления других ресурсов, в частности воды и кислорода.
Вторичная переработка отходов производства и быта дает возможность примерно на 40 % сократить потребности в сырьевых ресурсах, примерно на треть удешевить производство строительных и конструкционных материалов. Кроме прямых выгод для экономики вторичная переработка отходов стали позволяет сократить площади, предназначенные для захоронения отходов, а также снизить потребности в рекультивации земель в местах добычи руд и на полигонах для утилизации отходов.
Так как в последнее время во всем мире наблюдается экологическая катастрофа, люди стали задумываться над ее устранением и часто используют натуральные виды топлива и вторичную переработку сырья.
Вторичная переработка стали
Все металлы, а особенно цветные, являются дорогостоящим сырьем. Поэтому их вторичная обработка почти всегда экономически оправданна. Наибольшие объемы вторичной переработки для стали.
Вторсырье собирается либо специальными организациями, либо усилиями населения по всей стране, включая самые маленькие населенные пункты, например, подмосковную Малаховку (см. также вывоз мусора в Малаховке).
Значительная доля металлолома поступает централизованно за счет утилизации промышленных сооружений и установок. Большой процент деталей сдается на лом в силу естественного износа.
Вторичная переработка наиболее простая для однотипных металлов. Сплавы перерабатываются значительно сложнее. Большое значение имеет тип и конфигурация утилизируемого изделия. Если она сложная или металл содержит значительные посторонние примеси, переработка будет невозможной.
Более толстые корабельные корпуса уже можно перерабатывать. Из всех сортов стали наиболее хорошо перерабатывается обычная конструкционная сталь У3. Марганцевые, жаростойкие и легированные стали часто вторичной обработке не подлежат, однако тут многое зависит от конфигурации изделия.
Главное, что необходимо обеспечить при сборе сырья – чистота металла. Именно по этой причине лучше всего переработке поддаются массивные изделия, которые не были окрашены эмалью. К таким относятся все детали трансмиссионной системы авто, стальные картеры, кожухи трубы и весь остальной крупный прокат. Тонкая стальная проволока и лист перерабатывается очень плохо.
Процесс вторичной переработки стали выполняется в электропечах. Во многом он аналогичен получению новой стали из чугунного полуфабриката. При этом многие стадии технологического процесса выполнять не требуется.
Возможно ее легирование различными добавками и получение стали любых других сортов.
По большому счету, утилизация металлолома менее энергоемкая и более эффективна, чем добыча и рафинирование сырьевых металлов посредством традиционных процессов добычи. Добыча вызывает ряд экологических опасностей, включая ядовитый сток, загрязнение грунтовых вод, разрушение среды обитания и нестабильные геологические условия. Более того, большинство видов горных работ требуют больших затрат.
Вторая причина, почему нужна переработка металла, заключается в сложности хранения отходов. Сегодня из металла производят практически все:
- Металлические и ЖБ-конструкции,
- Автомобили, самолеты и суда;
- Прокатные изделия (швеллер, арматура, трубы);
- Столы, табуреты;
- Каркасы строений.
Сюда же следует добавить более мелкие изделия. И каждое из них выходит из строя или истекает его срок службы. Без вторичной переработки потребовались бы огромные площади для утилизации всего этого объема металла. В дальнейшем такое захоронение потребовало бы больших расходов на содержание.
Основные причины для вторичной переработки стали
Вторичное использование сырья в тяжелой промышленности имеет определенные выгоды, а именно:
— Снижается объем добычи руды. В земных недрах многих металлов осталось совсем мало, и если люди не перестанут добывать медь большими темпами, то она исчезнет буквально через несколько десятилетий.
— Уменьшится уровень загрязнения окружающей среды. Места, где сбрасываются отходы производства, непригодны для существования живых организмов, а проникшие в почву вредные вещества отравляют подземные воды и уменьшают количество пригодной для питья жидкости. Некоторые страны уже страдают от недостатка питьевой воды и вынуждены существовать в тяжелых условиях.
— Со временем нормализуется экологическая ситуация. Постепенно очистятся грунтовые воды и водоемы, что приведет к размножению многих видов исчезающих животных и растений.
В заключение можно добавить, чем больше мы будем заботиться об окружающей среде, поддерживать оптимальный экологический баланс, тем лучше это отразится на самочувствии не только людей, но и животных. Исчезнут многие заболевания, связанные с негативным влиянием тяжелых металлов на организм.
Почему важно перерабатывать сталь?
Сбор и переработка стали – это не только прибыльный бизнес, но и забота обокружающей среде. Дело в том, что отходы человеческой деятельности достигают огромных масштабов.
Если ненужный лом просто выбрасывать на свалку, будут уничтожены большие территории. Металл разлагается в земле, но на это нужно очень много времени.
Кроме того, алюминий и некоторые другие материалы являются опасным, токсичным мусором, который в большом количестве смертелен для всего живого.
Переплавить металлические изделия можно всегда, в каком бы состоянии они ни находились. Процесс такой переработки дает следующие преимущества:
материальная выгода. Выработка металла из старого лома обходится намного дешевле, чем его выплавка из руды;
экономия полезных ископаемых. Запасы не восстанавливаемой руды сохраняются в недрах нашей планеты;
экономия водных ресурсов и электрической энергии.
Таким образом, выбрасывать металлические отходы – безнравственно и экономически невыгодно. Поэтому сейчас очень много охотников за бесхозным ломом. Если железо, сталь и другие черные металлы еще можно найти на помойках, различных строительных площадках и железных дорогах, то более ценные цветные, например, медь, латунь, обнаружить в большом количестве просто нереально.
Список использованной литературы
Азаматов Р.А. Восстановление деталей автомобиля / Р.А. Азаматов. – Набережные Челны: КАМАЗ,
1994. – 215 с.
Бойцов А.Г. Упрочнение поверхностей деталей комбинированными способами / А.Г. Бойцов. – М.:
Машиностроение, 2001. – 144с.
Власов В.М. Техническое обслуживание и ремонт автомобилей / В.М. Власов, С.В. Жанказиев, С.М. Круглов и др.; под общ. ред. В.М. Власова. – М.: Академия, 2003. – 480 с.
Глинер Р.Е. Введение в управление качеством металла / Р.Е. Глинер. - Казань: КФУ, 2015. – 351 с.
Карагодин В.И. Ремонт автомобилей и двигателей / В.И. Карагодин, Н.Н. Митрохин. – М.: Академия, 2002. - 496 с.
Лялякин В.П. Восстановление и упрочнение деталей машин - резерв экономии материальных ресурсов / В.П.
Лялякин // Ремонт, восстановление, модернизация. – 2012. – № 1. - С.9-13.
Никифоров В.М. Технология металлов и других конструкционных материалов / В.М. Никифоров. – СПб.:
Политехника, 2003. – 211 с.
Новиков А.Н. Восстановление и упрочнение деталей автомобилей / А.Н. Новиков, М.П. Стратулат. – Орел: ОГТУ, 2006. – 332с.
Схиртладзе А.Г. Технология ремонта деталей металлургических машин пластическим деформированием / А.Г. Схиртладзе, В.А. Скрябин // Технология металлов. – 2017. – №9. – С.36-40.
Фетисов Г.П. Материаловедение и технология металлов / Г.П. Фетисов. – М.: Высшая школа, 2001. – 640 с.