Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка технологических основ получения композиционных флюсо-образующих добавок на основе отходов производства вторичного алюминия, оказывающих комплексное воздействие на фазовый состав высококальциевых рафинировочных шлаков сталеплавильного производства, обеспечивающее их стабилизацию и придание свойств минеральных вяжущих веществ

Номер контракта: 14.604.21.0097

Руководитель: Шешуков Олег Юрьевич

Должность: главный научный сотрудник

Организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук
Организация докладчика: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
отходы производства алюминия, ковшевые шлаки, щебень, клинкер, рафинирование стали, фазовый состав, технология

Цель проекта:
Разработка технологических основ получения композиционных флюсо-образующих добавок на основе отходов производства вторичного алюминия для полной комплексной переработки высококальциевых рафинировочных шлаков в шлаковый щебень и минеральные вяжущие вещества высокой гидравлической активности . Результаты прикладного научного исследования будут использованы в реальном секторе экономики, а также в дальнейших исследованиях и разработках.

Основные планируемые результаты проекта:
Расчетами показано, что в основные шлаки ковшевой обработки стали не следует вводить более 30 % глинозема. При превышении этого количества глинозем ведет себя аналогично SiO2, т.е. снижает десульфурирующую способность шлака и повышает его агрессивность к футеровке. При меньшей добавке данный оксид ведет себя преимущественно как основной, т.е. он разжижает шлак, но, в отличие от SiO2, не снижает десульфурирующую способность шлака и не повышает его агрессивность к футеровке.
С другой стороны определено, что добавка ОПВА начинает оказывать стабилизирующее действие на шлак с содержания 16,0 масс.%. При этом реализуется в основном химический способ стабилизации, т.е. за счет преобразования белита в иные, более стабильные фазы, в частности при реализации эксперимента в майенит. В интервале введения от 10,0 до 16,0 масс.% ОПВА стабилизирующего действия на шлак не оказывает и для обеспечения стабилизации шлака вместе с ОПВА необходимо вводить дополнительные стабилизаторы. В качестве дополнительных стабилизаторов предложено использовать оксид бора и натрий двууглекислый. Показано, что оксид бора совместно с ОПВА, начинает стабилизировать шлак при содержании в модельном шлаке 0,02 масс.% и более; а натрий двууглекислый - при содержании в составе от 1,0 % модельного шлака и 10 % ОПВА.
Подобраны методы стабилизации сталеплавильных шлаков, позволившие подготовить заявку на патент РФ.
Показана наибольшая пригодность процесса брикетирования для небольших производств, предприятий малого и среднего бизнеса, которые наиболее заинтересованы в вопросах переработки техногенных отходов, накопленных «большими» заводами. Выбор брикетирования как способа окускования пылевидных отходов подтверждается практикой.
Методами планирования эксперимента при одновременном варьировании содержания связки в смеси и давления прессования (на оборудовании подготовленном и предоставленном Индустриальным партнером – ООО «СЕАЛ и К») изучено влияние содержания связки и давления прессования на прочность брикетов ОПВА.
Показано, что максимальная прочность брикетов достигается при максимальном давлении прессования и составляет около 3,0 МПа. При условиях прессования, соответствующих номинальному давлению прессования промышленного брикетного пресса и соответствующих 150 МПа, достигается прочность брикетов ОПВА в пределах от 2,4 до 2,6 МПа.
На основании исследований разработана технологическая схема процесса брикетирования с целью получения композиционных флюсо-образующих добавок.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Подобраны методы стабилизации сталеплавильных шлаков, позволившие подготовить заявку на патент РФ.
Разработанная технология предполагает использование для рафинирования стали флюсо-образующей смеси на основе отходов производства вторичного алюминия (ОПВА), содержащей алюминий, оксиды алюминия, магния, кремния и соли щелочных металлов, при этом ОПВА имеют следующий химический состав, масс. %: Al металлический мелкодисперсный - 5,0-20,0; Al2O3 - 20,0-75,0; MgO - 5,0-12,0; SiO2 - 1,0-10,0; (NaCl+KCl+NaF+KF+Na2O+K2O) - 5,0-20,0, и флюсообразующая смесь дополнительно содержит кальцинированную соду 1,0 - 2,0 масс.%.
В настоящее время способ переработки близких по решению к предлагаемому в проекте не существует. К шлакам внепечной обработки, которые рассматриваются в представленном проекте, только начинают подбирать подходы. Таким образом, полученные в проекте результаты обладают научной новизной и патентоспособностью.
В основном подобными разработками занимаются ученые и производственники Германии. Так в статье [Шюлер С. Качество электросталеплавильных шлаков /С. Шюлер, Х.-П. Маркус, Д. Алгермиссен, Д. Мудерсбах //Черные металлы, 2015. № 9. С. 31-41] описаны работы по переработке шлаков ученых FThS-Institut fϋr Baustoff-Forschung e.V. (Дуисбург, Германия), компании Max Aicher Umwelt GmbH (Майтинген, Германия), компании Lech-Stahlwerke GmbH (Майтинген, Германия). Рассмотрены различные способы переработки, но в основном для шлаков ДСП. К шлакам внепечной обработки, которые рассматриваются в представленном проекте, только начинают подбирать подходы. Таким образом, полученные в проекте результаты обладают научной новизной и патентоспособностью.
Разработанные в ходе выполнения ПНИ научно-технические основы обеспечат получение флюсо-образующих добавок с требуемыми техническими характеристиками.
Разработанные в ходе выполнения ПНИ научно-технические основы корректировки состава ковшевых шлаков обеспечат на любом металлургическом производстве, оснащенном широко распространенным стандартным оборудованием (агрегатами «ковш-печь»), реализацию технологии обработки шлака флюсо-образующими добавками с приданием шлаку необходимых металлургических свойств и характеристик, необходимых для его использования в строительной отрасли.
Разработанные в ходе выполнения ПНИ рекомендации и предложения по использованию результатов ПНИ в реальном секторе экономики, а также в дальнейших исследованиях и разработках предназначены для создания флюсо-образующих добавок и продуктов, получаемых их стабилизированных шлаков.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Разработанные флюсы могут использоваться в процессах внепечной обработки стали (при обработке стали на агрегатах «ковш-печь» и вакууматорах), а также в качестве утепляющих смесей со специально пониженной температурой плавления при разливке стали.
Обработанные данными флюсами сталеплавильные шлаки могут использоваться в качестве сырья при производстве щебня, соответствующего требованиям ГОСТ 5578-94 и ГОСТ 3344-83, и минеральных вяжущих веществ для получения цемента, соответствующих требованиям ГОСТ 31108-2003.
Полученные результаты позволят организовать обработку стали на агрегатах внепечной обработки стали без использования плавикового шпата. Это обеспечить снижение экологической нагрузки и замены достаточно некачественного импортного продукта в сталеплавильном производстве.
Возможные потребители ожидаемых результатов: ООО «СЕАЛ и К», ОАО «НСММЗ», ОАО «ЕВРАЗ НТМК», ОАО «ММК», ОАО «Невьянский цементник».
Для дальнейшего внедрения результатов проекта будут разработаны технические требования в виде проекта ТЗ на ОТР теме «Создание опытно-промышленного участка по производству глиноземистых флюсов с использованием отходов производства».

Текущие результаты проекта:
1. Разработаны технические, технологические решения в области получения композиционных флюсо-образующих добавок.
2. Разработана технологическая схема получения композиционных флюсо-образующих добавок.
3. Разработаны методы стабилизации шлаков.
4. Разработан лабораторный технологический регламент получения композиционных флюсо-образующих добавок на основе отходов производства вторичного алюминия.
5. Разработана методика определения пригодности сырья (в том числе специальных добавок) для получения композиционных флюсо-образующих добавок.
6. Разработан лабораторный технологический регламент получения материалов (шлаковый щебень и минеральные вяжущие вещества) на основе ковшевого шлака, стабилизированного композиционными флюсо-образующими добавками.
7. Разработана программа и методики исследовательских испытаний композиционных флюсо-образующих добавок.
8. Проведены экспериментальные исследования композиционных флюсо-образующих добавок в соответствии с разработанными программой и методикам.
9. По результатам ПНИ оформлена заявка на патент РФ.
Индустриальным партнером подготовлено оборудование и в присутствии сотрудников Исполнителя проведены экспериментальные испытания по отработке процессов брикетирования сырья при получении композиционных флюсо-образующих добавок и получены экспериментальные партии флюсо-образующих добавок.
11. Достигнуты все заявленные показатели результативности предоставления субсидии.