Гладких Инна Васильевна. Исследование и разработка процессов получения безобжиговых композиционных материалов из техногенного сырья

Краткое описание

Гладких, Инна Васильевна. Исследование и разработка процессов получения безобжиговых композиционных материалов из техногенного сырья : диссертация ... кандидата технических наук : 05.16.07 / Гладких Инна Васильевна; [Место защиты: Нац. исслед. технол. ун-т].- Новокузнецк, 2012.- 161 с.: ил. РГБ ОД, 61 12-5/2401

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ»
На правах рукописи
Гладких Инна Васильевна
ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССОВ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЗОБЖИГОВЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ
Специальность 05.16.07 «Металлургия техногенных и вторичных ресурсов»
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель доктор технических наук, профессор Волынкина Е.П.
Новокузнецк - 2012
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 5
1 ГОРНОРУДНАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ, МЕТАЛЛУРГИЯ И ТЕП-ЛОЭНЕРГЕТИКА КАК ИСТОЧНИК ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ПЕРСПЕКТИВНОГО ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ 10
1.1 Анализ влияния предприятий горно-металлургического комплекса и теплоэнергетики на экологическую ситуацию в Кемеровской области .. 10
1.2 Характеристика отходов предприятий горно-металлургического комплекса и теплоэнергетики как перспективного техногенного сырья.. 14
1.2.1 Отходы огнеупорных материалов 14
1.2.2 Зольные микросферы золы-уноса тепловых электростанций 18
1.2.3 Шлаки сталеплавильного производства 23
1.2.4 Дисперсные отходы ферросплавного производства 26
1.2.4.1 Микрокремнеземистая пыль сухой газоочистки рудо- термических печей 26
1.2.4.2 Ферросилициевая пыль из аспирационных систем установок дробления и фракционирования ферросилиция 29
1.2.5 Глины вскрышных пород 32
1.3 Современный уровень разработок в области получения безобжиго¬вых композиционных материалов для металлургии 34
1.4 Выводы по главе 1 42
2 РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИИ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ТЕХНО-ГЕННОГО СЫРЬЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ ОГНЕУПОРНЫХ И ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ МЕТАЛЛУРГИИ 43
2.1 Критерии выбора сырьевых компонентов для производства огне¬упорных и теплоизоляционных материалов, используемых в футеровках металлургических агрегатов 43
2.2 Методология оценки отходов как техногенного сырья для получения композиционных огнеупорных и теплоизоляционных материалов для металлургии 46
2.3 Выводы по главе 2 59
3 ИССЛЕДОВАНИЕ И ОЦЕНКА ПЕРСПЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗО-ВАНИЯ ОТХОДОВ ГОРНОРУДНЫХ, МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ И ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ КЕМЕРОВСКОЙ ОБ¬ЛАСТИ В КАЧЕСТВЕ ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ БЕЗОБЖИГОВЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ФУ-
ТЕРОВКИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ АГРЕГАТОВ 60
3.1 Методы проведения исследований 60
3.2 Исследование характеристик и свойств отходов горнорудных, ме-таллургических и теплоэнергетических предприятий Кемеровской обла¬сти 64
3.2.1 Огнеупорные отходы - лом шамотного и динасового кирпича 64
3.2.2 Зольные микросферы «Западно-Сибирская ТЭЦ - филиал ОАО «ЗСМК» 66
3.2.3 Саморассыпающийся шлак электросталеплавильного производ¬ства ЭСПЦ № 2 ОАО «НКМК» 70
3.2.4 Микрокремнеземистая пыль ОАО «Кузнецкие ферросплавы» ... 72
3.2.5 Ферросилициевая пыль 75 %-го ферросилиция ОАО «Кузнецкие ферросплавы» 75
3.2.6 Огнеупорная глина вскрышных пород Изыхского угольного разре¬за 77
3.3 Выводы по главе 3 81
4 ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССОВ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЗОБЖИГОВЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ТЕХ-НОГЕННОГО СЫРЬЯ ДЛЯ МЕТАЛЛУРГИИ 82
4.1 Выбор и исследование характеристик вяжущих 83
4.2 Исследования и разработка процессов получения композиционных теплоизоляционных материалов из техногенного сырья 86
4.2.1 Теплоизоляционные материалы на основе огнеупорных отходов,
ферросилициевой пыли и ВКВС 88
4.2.1.1 Расчет теплового баланса сушки композиционного материала вследствие экзотермического взаимодействия ферросилициевой пыли и ВКВС 93
4.2.2 Теплоизоляционные материалы на основе огнеупорных отходов, полистирола и ВКВС 97
4.2.3 Теплоизоляционные материалы на основе зольных микросфер, ВКВС и жидкого стекла 102
4.3 Исследования и разработка процессов получения композиционных
огнеупорных материалов из техногенного сырья 111
4.3.1 Исследование влияния содержания добавок на качественные пока¬затели композиционных огнеупорных материалов 112
4.3.1.1 Шлак ЭСПЦ 112
4.3.1.2 Микрокремнеземистая пыль 116
4.3.2 Разработка оптимальных составов композиционных огнеупорных материалов из техногенного сырья для футеровки металлургических
агрегатов 118
4.4 Выводы по главе 4 121
5 ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ БЕЗОБЖИГОВЫХ КОМПОЗИ-ЦИОННЫХ ОГНЕУПОРНЫХ И ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕ¬РИАЛОВ ИЗ ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ И ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ФУТЕРОВКЕ МЕТАЛ¬ЛУРГИЧЕСКИХ АГРЕГАТОВ И ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТА¬НОВОК 123
5.1 Результаты промышленных испытаний безобжиговых композици¬онных огнеупорных и теплоизоляционных материалов в футеровке воз-духонагревателя доменной печи ОАО «ЗСМК 123
5.2 Результаты промышленных испытаний безобжиговых композици¬онных огнеупорных материалов в футеровке котельного агрегата ОАО «Кузнецкая ТЭЦ» 126
5.3 Перспективные направления использования композиционных огне¬упорных и теплоизоляционных материалов в футеровках металлургиче¬ских агрегатов 128
5.4 Выводы по главе 5 135
ВЫВОДЫ 136
Список использованных источников 138
Приложение 1 149
Приложение 2 150
Приложение 3 151
Приложение 4 154
Приложение 5 155

Список литературы

выводы
1. Разработана методология и предложены критерии оценки отходов как техногенного сырья для изготовления безобжиговых композиционных огне-упорных и теплоизоляционных материалов для футеровки тепловых агрегатов металлургии и теплоэнергетики.
2. На основе результатов исследований отходов с использованием пред-ложенной методологии выявлены и теоретически обоснованы направления использования образующихся в Кемеровской области отходов в качестве ог-неупорных (отходы шамотного и динасового кирпича) и порообразующих за-полнителей (зольные микросферы), пластификаторов (глина вскрышных по¬род), активных минеральных добавок (шлак ЭСПЦ), сырья для приготовления вяжущих (микрокремнеземистая пыль), газообразователей (ферросилициевая пыль) для производства безобжиговых композиционных огнеупорных и теп-лоизоляционных материалов.
3. На основании результатов проведенных исследований сформулирована концепция синтезирования новых видов огнеупорных и теплоизоляционных материалов и регулирования их технологических свойств путем целенаправ-ленного подбора композиций техногенных сырьевых компонентов, каждый из которых выполняет определенную функцию (заполнитель, порообразователь, активная минеральная добавка, вяжущее).
4. Разработаны составы шихт и процессы получения безобжиговых ком-позиционных теплоизоляционных и огнеупорных материалов из техногенного сырья, удовлетворяющих требованиям соответствующих стандартов и не уступающих по своим качественным показателям традиционно используемым изделиям.
5. Экспериментально доказана возможность использования ферросили- циевой пыли в качестве газообразователя для изготовления безобжиговых композиционных теплоизоляционных материалов и подтверждена возмож¬ность использования экзотермического эффекта взаимодействия ферросили- циевой пыли и ВКВС для сушки шихты в процессе изготовления теплоизоля¬ционных материалов.
6. Установлена нецелесообразность использования бисерного полистиро¬ла в качестве порообразователя.
7. Показана возможность получения высококачественных безобжиговых композиционных теплоизоляционных материалов на основе зольных микро¬сфер при одновременном использовании в качестве вяжущего ВКВС, что обу¬словлено высокими теплоизоляционными свойствами микросфер и полимери- зационным механизмом твердения ВКВС.
8. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возмож¬ность получения термостойких огнеупорных материалов из техногенного сы¬рья (шамотный лом, микрокремнеземистая пыль, глина вскрышных пород) при использовании шлака ЭСПЦ в количестве 10-15 %.
9. В результате проведенных промышленных испытаний установлена технологическая возможность и эффективность разработанных безобжиговых композиционных огнеупорных и теплоизоляционных материалов в качестве футеровки рабочего и изоляционного слоев среднетемпературной и низкотем-пературной зон воздухонагревателя доменной печи ОАО «ЗСМК», а также футеровки газохода и перегородок конвективного пучка котла ОАО «Кузнец¬кая ТЭЦ».