Воронов Г.В., Старцев, В.А. Огнеупорные материалы и изделия в промышленных печах и объектах вспомогательного назначения

Подождите немного. Документ загружается.

и т.п. в перерывы между заполнениями закрывают крышками, а в случае более

длительных перерывов подогревают специальными горелками.

5. Совершенствование конструкций огнеупорной кладки связано с необ-

ходимостью повышения термостойкости футеровки в целом, так как традици-

онные мероприятия направленные на повышение термостойкости отдельных

изделий, часто не обеспечивают термостойкость кладки. Защиту огнеупоров в

кладке от разрушения вследствие термомеханических напряжений решают раз-

личными методами.

Метод линеаризации градиента температур по толщине стенки при ста-

ционарном одностороннем тепловом потоке эффективен для уменьшения рас-

тягивающих термических напряжений, возникающих в футеровке. Линеариза-

ция градиента температур может быть реализована путем создания футеровки с

переменной пористостью.

Термические напряжения можно уменьшить также за счет сокращения

толщины огнеупорной футеровки в направлении теплового потока. Однако из-

менение толщины футеровки не всегда гарантирует снижение напряжений и,

кроме того, приводит к увеличению потерь теплоты. В случае отсутствия шла-

кового воздействия рациональным является конструирование огнеупорной

стенки, составленной из нескольких слоев одного материала, подобранных со-

ответствующим образом по толщине. Расчеты температур и напряжений в мно-

гослойной пластине в условиях стационарного режима с температурой на горя-

чей поверхности 1400°С показали, что для обеспечения термостойкости цель-

ной пластины необходима ее замена трехслойной с толщинами слоев, равными

8; 1,3; 4 мм.

Путем подбора материала и толщины швов удается существенно снизить

напряжение в кладке.

Большие возможности повышения стойкости огнеупоров заключаются

не только в совершенствовании конструкции кладки, но и рационализации

формы и размеров отдельных изделий. Например, эффективным методом

уменьшения склонности к скалыванию магнезитовых огнеупоров в условиях

службы, когда температура с одной стороны изделия постоянна, а с противопо-

ложной резко переменна, служит распиловка на глубину до 10 мм горячей сто-

роны изделия на отдельные фрагменты.

Шестигранная форма изделий, с точки зрения равномерности распреде-

ления напряжений, является предпочтительней в сравнении с четырехгранной и

изделия формы шестигранных призм должны найти применение в агрегатах

черной металлургии.

Рациональным оказалось изготовление безобжиговых смолодоломито-

периклазовых изделий в герметичной с пяти сторон кассете. Подобных приме-

ров можно привести много.

ГЛАВА 8. ПРОГНОЗ РАЗВИТИЯ ПРОИЗВОДСТВА И ПРИМЕНЕНИЯ

ОГНЕУПОРОВ

В основном прогноз строят на взаимосвязных аспектах развития науки,

техники и экономики.

К началу XXI в. максимальные температуры в металлургических печах и

других пиропроцессов, вероятно, не поднимутся выше 3000°С. На прогнози-

руемый период ведущее значение SiO

, CaO, MgO, ZrO

, Cr

, Al

, SiC, C(Si-

Al-N), P

, как исходных материалов для изготовления массовых огнеупоров

сохранится. В прогнозируемый период не предполагается рост производства

шамота и динаса. Производство же высокоглиноземистых изделий с использо-

ванием синтетического муллита и изделий с содержанием Al

до 99% будет

увеличиваться. Точно также намечается увеличение производства основных ог-

неупоров и их композиций с углеродом. В ближайшие десятилетия на выбор

огнеупоров окажут существенное влияние энергетические и сырьевые пробле-

мы. Но независимо от этих факторов будет развиваться производство и приме-

нение огнеупоров на основе ZrO

, ZrSiO

, SiC, Si

, Cr

, системы Si - Al - О -

N, соединений бора и углерода на основе обогащенного и синтетического сы-

рья.

Можно высказать положительные предположения о перспективах при-

менения разнообразных пластических, кремнийорганических и органо-

силикатных масс в производстве огнеупоров.

В технологии алюмосиликатных огнеупоров пластмассы могут служить

связующим, заменяющим глину-связку. Применение термореактивных пласт-

масс в производстве динаса, а также других огнеупорных изделий позволит от-

казаться от процесса сушки. Использование некоторых полимеров в качестве

связующих для изделий из особо чистых материалов имеет большое значение

вследствие отсутствия в их составе минеральных солей (зольности). Внедрение

пластмасс в огнеупорные бетоны и другие безобжиговые композиции может

значительно улучшить как рабочие свойства композиций, так и технологию их

применения.

Общий выпуск стали в мире оценивают в 1400 млн. т, в том числе кон-

верторной 800 млн. т (57%) и электростали 500млн. т (36%). По прогнозам ме-

таллургов основными агрегатами производства стали станут кислородные кон-

верторы с верхним и нижним дутьем емкостью 300 - 400 т и дуговые сталепла-

вильные печи 100, 200 и 300-400т.

Ожидается, что доменные печи останутся в XXI веке в числе основного

металлургического оборудования.

Предполагается, что значительное количество огнеупоров будет расхо-

доваться на внепечную обработку стали. Ожидается, что ~70% стали будут раз-

ливать на МНЛЗ. Появится трубопроводный транспорт металла, однако основ-

ное количество металла будут транспортировать в ковшах. Общий расход огне-

упоров оценивается в 10 кг/т стали.

В различных аспектах прогнозирования огнеупоров большое внимание

уделяется двум вопросам: соотношению формованных и неформованных огне-

упоров и соотношению производства оксидных и бескислородных огнеупоров.

Повышение качества огнеупоров шло в направлениях повышения чистоты и

снижения содержания флюсов в исходном сырье, т.е. в направлении производ-

ства огнеупоров из чистых оксидов, увеличения давления прессования и темпе-

ратуры обжига. Благодаря осуществлению этих мероприятий удалось сущест-

венно повысить устойчивость к коррозии и снизить проникновение шлаков.

Однако, наряду с этим возрос модуль упругости и снизилась термостойкость. В

итоге приходится делать выбор между коррозионной стойкостью и термостой-

костью. Лишь производство огнеупорных бетонов и безобжиговых изделии в

некоторой степени сглаживает противоречия между шлакоустойчивостью и

термостойкостью. Радикальным решением вопроса следует считать примене-

ние, в огнеупорных композициях бескислородных компонентов. Бескислород-

ные компоненты имеют низкие значения модуля упругости, т.к.л.р., а в ряде

случаев и повышенную теплопроводность, существенно повышают термостой-

кость материалов.

Уже в настоящее время намечается тенденция постепенного вытеснения

оксидных огнеупоров карбидкремниевыми в доменных печах и периклазоугле-

родистыми - в дуговых печах и кислородных конверторах. Конечно, нельзя

считать, что возможности получения термостойких и коррозионностойких ог-

неупоров из оксидных материалов полностью исчерпаны.

Производство бескислородных огнеупоров к тому же относится к энер-

гоемким. Поэтому соотношение между оксидными и бескислородными огне-

упорами будет определяться экономическими критериями.

При производстве особо ответственных изделий наметились следующие

области применения оксидных и бескислородных огнеупоров в зависимости от

определяющего требования к их свойствам (табл. 8.1).

Большие резервы повышения стойкости огнеупоров в службе заклю-

чаются в создании эффективной структуры как существующих, так и новых

огнеупоров, как оксидных, так и бескислородных и их композиции.

К группе факторов, указывающих на целесообразность увеличения про-

изводства неформованных огнеупоров, относят: полная механизация про-

изводств и укладки, бесшовность футеровки, высокая производитель-

ность труда (в 5 - 10 раз выше по сравнению с производительностью тру-

да при производстве и применении штучных изделий - кирпичей), экономия

энергии благодаря отсутствию процесса обжига изделии, высокая термостой-

кость.

Таблица 8.1.

Рациональные области применения кислородных и бескислородных

огнеупоров

Основные требования Вид материалов Изделия

Термостойкость Плавленый кварц Погружные стака-

ны

Термо- и коррозионная

стойкость

Глиноземуглеродистые,

специальные, неформо-

ванные периклазоуглеро-

дистые

Погружные стака-

ны, фурменные

трубки, конверте-

ры, ДСП

Коррозионная стойкость Корунд, диоксид цирко-

ния, оксид магния

Детали шиберных

затворов, пористые

пробки, фурмен-

ные изделия

Несмачиваемость жид-

кой сталью, высокая

прочность при высоких

температурах

Карбид кремния, нитрид

кремния, карбид бора, Si-

Al-O-N

Стаканы специаль-

ного назначения,

фильеры, трубо-

проводный транс-

порт расплавов ме-

талла

Тормозящие факторы: слишком большой разброс свойств футеровок

из неформованных огнеупоров (особенно при длительной эксплуатации), труд-

ности с сушкой, ее равномерностью, продолжительностью (процесс сушки за-

нимает по продолжительности больше времени, чем все другие операции по из-

готовлению футеровки из неформованных огнеупоров), высокая стоимость не-

которых связок, трудности повторного использования неформованных огне-

упоров, более низкая в ряде случаев стойкость в сравнении со стойкостью кир-

пичной футеровки, необходимость применения специальных машин для вы-

полнения футеровки (например, торкрет-машин, установок факельного торкре-

тирования и т.п.).

Прогнозируют, что неформованные огнеупоры в ближайшее время со-

ставят ~50% в общем производстве огнеупорных материалов.

ГЛАВА 9. ОБРАЗОВАНИЕ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ И ПУТИ

МЕНЬШЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ

ПРОИЗВОДСТВЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ОГНЕУПОРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

И ИЗДЕЛИЙ

Снижение выброса вредных веществ в атмосферу достигается примене-

нием более эффективных типов технологического оборудования, аппаратов пы-

ле -и газоочистки, лучшей герметизацией технологических процессов, повы-

шением технологической дисциплины и культуры производства, внедре-

нием новых прогрессивных технологических процессов.

Выбор методов очистки и аппаратуры для этого зависят от состава,

свойств, дисперсности и концентрации загрязняющих веществ и необходимой

степени очистки. В табл.9.1. приведены некоторые характеристики пылеулови-

телей и эффективность их использования на предприятиях.

Таблица 9.1.

Характеристики пылеуловителей и их эффективность

Пылеуло-

вители

Запыленность

воздуха, г/м

Минимальный

размер частиц,

мкм

Эффектив-

ность улав-

ливания, %

Агрегаты

применения

На вхо- На выходе

Пылеосади

тельные ка-

меры

Не ограничивается 30 5-15 Вращающиеся

печи, сушиль-

ные барабаны

Циклоны 1000 20 6 50-90 Вращающиеся

печи, мельни-

цы, дробилки,

пневмотранс-

порт и др.

Мокрые

пылеулови

тели

20 0,1 0,5-1 90-99 Тоже

Электро-

фильтры

10 0

1-3 0

5-1 90-95 Тоже

10 0

1 0

5 95-99

Рукавные

фильтры

20 0

1 0

5 98-99 Мельни

100 0,5 0,5

Для очистки технологических и вентиляционных выбросов от вред-

ных газов применяют адсорбенты и абсорбенты. В адсорберах очищаемый по-

ток пропускают через слой адсорбента, состоящего из зернистого вещества с

большой удельной поверхностью (оксид алюминия, силикагель, активирован-

ный уголь и т.п.). При этом вредные газы и пары связываются адсорбентом и

затем могут быть из него извлечены. После насыщения адсорбента, через не-

которое время работы, его заменяют свежим материалом. В адсорберах для очи-

стки газов применяют жидкие вещества, например, воду или растворы солей,

поглощающие вредные газы и пары. В этом случае вредные вещества раство-

ряются в адсорбенте или вступают с ним в реакцию.

Распространенным способом очистки газов, особенно содержащих орга-

нические соединения, является дожигание в высокотемпературном пламени.

Очистку отходящих газов от пыли на большинстве огнеупорных заводов ве-

дут по схеме:

циклон→мультициклон →электрофильтр→вентилятор (дымосос)

→атмосфера. В зависимости от технологических условий схему корректируют

в сторону добавления или упрощения очистки.

В некоторых случаях применяют мокрую очистку отходящих газов

жидкостью, которая захватывает твердые частицы и удаляет их из потока.

Производственные сточные воды подразделяют на две категории: за-

грязненные и незагрязненные (условно чистые). Состав производственных

сточных вод колеблется в значительных пределах, что вызывает необходимость

тщательного подхода к выбору надежного и эффективного метода очистки.

Значительную часть воды на промышленных предприятиях (до 50-70%) расхо-

дуют на охлаждение продуктов горения в различных аппаратах, для промывки

промежуточной продукции, для транспортировки, в качестве растворителя и др.

Незагрязненный, чистый оборотный цикл работает по схеме: нагретая

вода→охлаждение в градирне→потребитель.

В загрязненные оборотные циклы поступают стоки мокрой очистки

воздуха, мокрой уборки помещений и промывки технологического оборудо-

вания. Схема очистки при этом строится так: емкость→накопитель сто-

ков→коагулирующие смесители→ отстойник (очистка от шлама) → фильтры

(очистка от масел и нефтепродуктов) →песчаные фильтры→с6орный резер-

вуар → потре6итель.

Повторное использование сточных вод после их очистки получило в на-

стоящее время широкое распространение. В ряде отраслей промышленности

(черной металлургии) 90-95% сточных вод используется в системах оборотного

водоснабжения и лишь 5-10% сбрасывается в водоемы. Эффективность исполь-

зования воды на предприятиях оценивают расходом оборотной воды, коэффи-

циентом ее использования и процентом потерь

Снижение выбросов при добыче и переработке минерального сырья

Промышленность по добыче и переработке минерального сырья пре-

вращает существующие в природе материалы в полезные продукты. Минераль-

ное сырье добывается в рудниках или открытых разработках. Из-за относительно

сухого состояния многих ископаемых материалов добыча и последующая пе-

реработка их приводят к образованию пыли. Основной выброс в атмосферу от

переработки минерального сырья происходит в виде пыли. Однако если имеет

место тепловая обработка или плавление сырья, то может происходить выброс

летучих материалов, зависящий от состава сырья.

Цикл операций по переработке минерального сырья начинается с его

добычи в рудниках или выемки из открытых разработок.

Выбросы в атмосферу широко варьируются в зависимости от типа руд-

ника и методов добычи сырья, от содержания влаги в материале и его плот-

ности. Так, выброс в атмосферу из шахты может быть небольшим, в то

время как открытый карьер, требующий бурения и проведения взрывных ра-

бот, может давать высокие пылевые выбросы.

Ниже приведены источники выбросов аэрозолей при добыче и первичной

переработке минерального сырья большинства типов:

1. Закрытые источники бурение, дробление, грохочение, узлы пере-

грузки контейнеров;

2. Открытые источники: вскрытие месторождения, взрывные рабо-

ты, погрузка, транспортировка, выемка, дорога, отвалы, конвейеры

Источниками аэрозолей могут быть процессы относительно закрытого

типа , такие как дробление и грохочение и открытого типа, такие как погруз-

ка, хранение в отвалах, перевозка. Перечисленные операции не являются

обязательными для каждого цикла добычи и переработки сырья. Перегрузку

и вывоз материала производят в основном при разработке поверхностных ме-

сторождений, что влечет за собой удаление пахотного слоя почвы, грунта и

других слоев покрывающих разрабатываемое месторождение. Разработка

открытых карьеров и каменоломен, перегрузка и удаление грунта и других

пород являются чаще одноразовой или периодической операцией. Для этих

типов месторождений мощность залежи, которую надо выработать, сравнима с

объемом перегружаемой породы.

Последующая переработка минерального сырья зависит от типа сырья и

конечного продукта. На рис. 9.1. показана структура типичного процесса до-

бычи и переработки минерального сырья, а в табл. 9.2 источники выбросов и

мероприятия по их подавлению. Бурение и взрывные работы используют при

разработке только твердых пород. Первоначальная обработка минерального

сырья связана с применением механического оборудования (погрузчики и

ленточные конвейеры), а также требует использования большегрузных авто-

мобилей и горного транспорта. Временные немощеные дороги, участки раз-

грузки и погрузки руды, участки захоронения отходов и работы горно-

добывающей техники также являются источниками пыления.

При обращении с сухим минеральным сырьем происходит выброс

пыли. До переработки минеральное сырье загружают непосредственно в по-

дающее устройство или бункер, дробят и сортируют по крупности. Устройст-

ва, подающие руду, как правило, являются открытыми источниками выброса

пыли. В первичных дробилках, щековых и жираторных. измельчают сырье раз-

мером от 0,6-0,9 до 0,15 м. Существует большое количество типов дробилок,

выбор конкретного типа и размера дробилки зависит от типа сырья, скорости

его подачи и конечного размера частиц. Большинство дробилок, хотя и произ-

водят много шума, достаточно хорошо закрыты и выбрасывают относительно

небольшие количества пыли сравнительно с другими процессами по обра-

ботке минерального сырья:

Рекультивация земли

Вскрытие место-

рождения

Бурение и взрыв-

ные работы

Погрузка

породы

Транспортировка

Разгрузка

вагонов

Первичное

дробление

Вторичное дробление и

грохочение

Мойка

Погрузка породы

Железные дороги

Автомобили

Морские суда

Переработка породы Хранение

Удаление хвостов