Отходы > WasteECo > 2009 > Промышленные отходы

Получение комплексной лигатуры из отходов производства

Мезенцева И. А., Горбенко В. В., Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», Харьков, Украина

На машиностроительных предприятиях широко используют метод электроэрозионной обработки деталей из сложнолегированных сталей и сплавов, в результате которой образуются отходы, содержащие значительное количество легирующих элементов — никеля, хрома, вольфрама, молибдена, титана и др. Получение из этих отходов комплексных легирующих добавок — весьма актуальная задача. Ее решение позволит возвратить ценные элементы в производство и снизить экологическую нагрузку на окружающую среду.

Отходы электроэрозионной обработки (рис. 1) изучали методами электронно-микроскопического, рентгенофазового, петрографического и дифференциально-термического анализов.

Рис. 1. Отходы электроэрозионной обработки

Основные составляющие отходов — 17 % оксидов NiO, СоО, Сг₂O₃, FеО, МоO₂, WO₂, TiO₂ и 83 % твердых растворов металлов (табл. 1).

Таблица 1

Химический состав отходов электроэрозионной обработки

Объект	Массовая доля, %
Объект	Ni	Co	Fe	Cr	Mo	W	Ti	О
Отход	57,48	6,78	6,86	13,48	6,67	3,57	1,38	3,78
Металлическая фаза	59,86	8,06	3,20	15,46	7,85	4,04	1,53	−
Оксидная фаза	NiO	CoO	FeO	Cr₂O₃	MoO₂	WO₂	TiO₂	−
Оксидная фаза	59,4	0,47	29,26	5,63	1,92	2,06	1,26	−

Основная задача переработки отходов состоит в наиболее полном восстановлении оксидов металлов. Для ее решения авторы использовали процесс углетермического восстановления. Его оптимальные параметры установлены в ходе дробного факторного эксперимента. В качестве факторов были выбраны температура, время, количество восстановителя и толщина слоя измельченных отходов. При оптимальных условиях восстановленного металла составляет 55 % от массы шихты. Химический состав полученного комплексного сплава приведен в табл. 2.

Таблица 2

Химический состав полученного сплава

Массовая доля, %
Ni	Cr	Fe	Mo	W	Ti	Co
б0,85	14,04	7,45	б,74	4,0б	1,02	5,84

Проанализированы термодинамика и кинетика процессов восстановления оксидов, построена физико-химическая модель протекающих взаимодействий.

Эколого-экономические расчеты подтвердили целесообразность утилизации отходов электроэрозионной обработки и применения полученного продукта в качестве легирующей добавки.

Учитывая различные показатели в соответствии с земельным кадастром Харьковского областного отдела земельных ресурсов, рассчитали размер возмещения ущерба от загрязнения земельных ресурсов в результате складирования окисленных никельсодержащих отходов на 10 м²территории предприятия. Размер возмещения ущерба составил более 8 тыс. грн.

Определен экономический эффект от использования при легировании серого чугуна комплексной лигатуры вместо ферросплавов. При производстве 5 тыс. т/год чугуна марки СЧ20 экономический эффект составляет более 1,8 млн грн/год. Себестоимость 1 т чугуна снижается на 8,2 %. В условиях нестабильной экономической ситуации представлены ориентировочные результаты расчетов.

Проведено опытно-промышленное микролегирование чугуна полученной комплексной лигатурой. Химический состав базового и экспериментального чугуна показан в табл. 3.

Таблица 3

Химический состав чугуна марки СЧ20

Элемент	Массовая доля, %
Элемент	Базовый чугун	Экспериментальный чугун
Углерод	3,29	3,45
Кремний	2,28	2,25
Марганец	0,76	0,77
Фосфор	не более 0,062	не более 0,081
Сера	не более 0,124	не более 0,067
Хром	0,21	0,21
Никель	0,24	0,245
Титан	−	0,023
Вольфрам	−	0,016
Молибден	−	0,027

В результате замены ферроникеля и частично феррохрома на комплексную лигатуру получен чугун со структурой, подобной базовому. Механические свойства улучшены — твердость и предел прочности на растяжение повышены на 5 и 12,5 % соответственно. Графит более тонкопластинчатый и равномернее распределен по металлической матрице (рис. 2).

Рис. 2. Микроструктура чугуна:
базовый чугун (´ 100, ´ 500 соответственно); в, г — экспериментальный чугун (´ 100, ´ 500 соответственно)

Таким образом, применение комплексной лигатуры, полученной из отходов электроэрозионной обработки деталей, уменьшит себестоимость производства чугуна и снизит вредное воздействие на окружающую среду.

Production of Complex Addition Alloy Made of Industrial Waste

Mezentseva I. A., Gorbenko V. V., National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute», Kharkiv, Ukraine

The paper reasons the necessity to recover wastes generated as a result of electroerosion processing of details made of nickel alloy materials. The damage from earth pollution by above-mentioned wastes is assessed. The optimal conditions of wastes utilization by carbothermic reduction are researched. The possibility to change iron nickel, used for gray cast iron melting, for complex nickel-base addition alloy is shown. Cost-effectiveness is calculated.

Сведения об авторах

Мезенцева Ирина Александровна, ассистент, кафедра охраны труда и окружающей среды, Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», ул. Фрунзе, 21, Харьков, 61002, Украина. Тел. (057) 707-64-65. E-mail
Горбенко Вероника Владимировна, канд. техн. наук, доц., кафедра охраны труда и окружающей среды, Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», ул. Фрунзе, 21, Харьков, 61002, Украина