Пронякин Александр Юрьевич. Утилизация отходов горно-промышленного комплекса в производстве огнеупорных материалов

brief description

ОАО "Западно-Сибирский металлургический комбинат" Кузбасский государственный технический университет
УДК 666.974.2:669.1.043.1
На правах рукописи
ПРОНЯКИН АЛЕКСАНДР ЮРЬЕВИЧ
Утилизация отходов горно-промышленного комплекса в производстве огнеупорных материалов

25.00.36 - "Геоэкология"
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель доктор технических наук Павлович Лариса Борисовна
Кемерово, 2006

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.
ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................. 4
1. СОСТОЯНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ МИНЕ­
РАЛЬНЫХ ОТХОДОВ И СОВРЕМЕННЫЙ УРОВЕНЬ РАЗВИТИЯ ПРОИЗВОДСТВА ОГНЕУПОРОВ................................................ 9
1.1. Состояние использования промышленных минеральных отходов,
минерально-сырьевая база огнеупорного сырья Кузбасса.................. 9
1.2. Современный уровень развития производства огнеупоров............... 12
1.3. Состояние вопроса производства кварцитовых огнеупоров.............. 22
1.4. Состояние вопроса использования огнеупоров в футеровке метал­лургических агрегатов................................................................................................ 29
1.4.1. Коксохимическое производство.......................................................... 30
1.4.2. Доменное производство....................................................................... 43
1.4.3. Сталеплавильное производство........................................................... 49
1.4.4. Прокатное производство.................................................................... 55
1.5. Состояние вопроса производства жидкого стекла................................. 62
ВЫВОДЫ................................................................................................................ 70
2. ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА, ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ, МИНЕРА­ЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ, РЕСУРСОВ СЫРЬЯ И МАТЕРИАЛОВ...73
2.1. Методика постановки исследований................................................... 73
2.1.1. Методика исследования сырья, материалов, готовой продукции... 73
2.1.2. Методика постановки эксперимента, экспериментальное оборудова­
ние.................................................................................................................... 75
2.2. Исследование свойств сырья и материалов......................................... 86
ВЫВОДЫ.............................................................................................................. 108
3. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТ­ВА БЕЗОБЖИГОВЫХ КВАРЦИТОВЫХ ОГНЕУПОРОВ......................... 110
3.1. Технология производства силиката натрия - связующего кварцито-
110

- з -
3.2. Рецептура и технология изготовления огнеупоров.......................... 115
3.3. Влияние свойств заполнителей на качество огнеупоров................. 123
ВЫВОДЫ.............................................................................................................. 135
4. ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ФУТЕРОВОК МЕ­ТАЛЛУРГИЧЕСКИХ АГРЕГАТОВ......................................... ....137
4.1. В футеровке нагревательных колодцев............................................. 137
4.2. В сталеразливочном ковше конвертерного производства............... 146
4.3. В футеровке желобов доменной печи................................................ 149
4.4. В печах ферросплавного производства.............................................. 153
4.5. Исследование и испытание технического жидкого стекла из отходов
ферросилиция в литейном производстве........................................... 154
4.6. Исследование твердофазных процессов взаимодействия кремнезема-
металла-шлака....................................................................................... 158
4.6.1. Изменения минералов кремнезема в процессе эксплуатации огне­упоров в металлургических агрегатах................................................................ 159
4.6.2. Минералообразование в огнеупорах при их эксплуатации............ 170
4.6.3. Огнеупоры после службы.................................................................. 176
ВЫВОДЫ............................................... ;............................................................ 180
5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА И ЕГО ТЕХНИКО­ЭКОНОМИЧЕСКАЯ, ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА............... 182
5.1. Технологическая схема производства кварцитовых огнеупорных из­делий 182
5.2. Технико-экономическая оценка производства.................................. 192
5.3. Экологическая оценка производства................................................. 196
ВЫВОДЫ.............................................................................................................. 197
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................................................... 198
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ................................................................................. 201
ПРИЛОЖЕНИЯ.................................................................................................. 216

bibliography

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой представлено решение проблемы утилизации отходов горно­промышленного комплекса в производстве огнеупоров, имеющей сущест­венное значение для рационального использования материальных ресурсов региона.
Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:
1. Изучены физико-химические и минералогические свойства отходов обогащения кварцитов Антоновского месторождения, серпентин-отходов обогащения магнетитовых руд, отходов асбестодобывающих горнообогати­тельных предприятий, отходов сухих газоочисток, передельных углероди­стых феррохромовых шлаков, корундового шлама и боя шамотного кирпича. Показано, что эти отходы являются высококачественным минеральным сырьем для производства основных типов огнеупорной продукции.
2. Установлено, что высокие показатели качества огнеупоров обуслов­лены минеральным составом Антоновских кварцитов, содержащим, масс. %: халцедон - 7-10, акцессорные минералы - 1-3, кварц - остальное, а также тон­кой гранобластовой структурой кварцита размером зёрен (0,005-0,05 мм).
3. Впервые исследован механизм полиморфных превращений в полу­ченных огнеупорах при протекании процессов нагрева, взаимодействия с ме­таллом и последующего охлаждения, а также фазовое взаимодействие в сис­теме «кремнезем-металл-шлак» рабочей зоны огнеупорного изделия. Уста­новлены основные условия создания композиции для получения огнеупоров с малым трещинообразованием при протекании полиморфных превращений.
4. Обоснована и разработана рецептура производства кварцитовых ог­неупоров на базе отходов кварцитов Антоновского месторождения.
5. Обоснована и разработана технология синтеза связующего кварци­товых огнеупоров (технического жидкого стекла) на основе кремнезёмсо­держащей пыли, являющейся отходом сухих газоочисток ферросплавного производства. Показано, что кремнеземсодержащая пыль с содержанием Si02 86-93%, размером зёрен 50 - 250 мкм, содержанием общего углерода 0,5­3,0% масс, при разработанных параметрах технологического режима про­цесса синтеза позволяет получить техническое жидкое стекло, являющееся основным связующим компонентом, определяющим термостойкость и дол­говечность огнеупоров.
6. Определены условия эксплуатации безобжиговых кварцитовых ог­неупорных изделий на базе минеральных отходов в футеровке металлурги­ческих агрегатов.
7. Кроме кварцита Антоновского месторождения исследовано влияние на качество огнеупорных материалов различных заполнителей: корундовых, шламового корунда, серпентиносодержащих отходов, тонкомолотых отходов обогащения асбеста, шамотных заполнителей, боя шамотного кирпича.
8. Промышленные испытания мелкоштучных кварцитовых огнеупоров в сталеплавильном, ферросплавном и доменном производствах показали, что огнеупоры на базе отходов не уступают по механическим и эксплуатацион­ным свойствам огнеупорам промышленного производства, увеличивают сро­ки межремонтных периодов агрегатов и снижают удельный расход материа­ла. Исследование и испытание набивной огнеупорной кварцитовой массы в доменном цехе показали, что время работы футеровки до ремонтов возраста­ло в 2,25 раза, удельный расход огнеупора на тонну чугуна снизился в 3,1 раза.
9. Сухие огнеупорные смеси, огнеупорные массы, крупноблочные и мелкоштучные изделия, обладают значительными преимуществами: позво­ляют повысить качество и эффективность ремонтных служб металлургиче­ских заводов, а по сравнению с обжиговыми штучными изделиями они по­зволяют:
- сократить расход условного топлива более чем в 1,5-2 раза вследст­вие исключения передела обжига и улучшения теплоизоляционных свойств футеровок тепловых агрегатов;
- повысить производительность труда благодаря полной механизации производства огнеупоров;
- сократить трудовые затраты более чем в 3 раза при ремонтах футе- ровок тепловых агрегатов и продолжительность кладки футеровки более чем в 5 раз;
- повысить стойкость футеровок тепловых агрегатов в ряде случаев более чем на 30% вследствие уменьшения термических напряжений в кладке;
- сократить удельный расход огнеупоров на единицу выпускаемой продукции и транспортных расходов более чем на 30% в результате повыше­ния стойкости футеровок.
Применение огнеупорных изделий позволяет получить существенный технико-экономический эффект.
10. Разработка техногенных месторождений Кемеровской области, соз­дание производств по выпуску огнеупорных видов продукции позволит в значительной степени отказаться от привозного сырья и изделий, что суще­ственно повлияет на снижение себестоимости продукции, выпускаемой предприятиями области и увеличение налогооблагаемой базы региона в це­лом.
Ожидаемый экономический эффект от производства и использова­ния технического жидкого стекла и безобжиговых огнеупорных изделий с учетом повышения их стойкости и использования отходов в качестве сырья составит 57,2 млн. руб ./год, предотвращенный экологический ущерб - 10,1 млн. руб./год.