Studio delle polveri contenenti grafite da impianti metallurgici

V.A. KRAVETS * (Dottore in Scienze Tecniche, Assoc.), V.A. DARKHOOD ** (Candidate of Engineering Sciences, Assoc.), Yu.V. NASANOVA *
* Accademia nazionale di ingegneria civile e architettura del Donbass, Makeevka,
** Università tecnica nazionale di Donetsk, Donetsk

UDC 669.162.252

Durante il trabocco della ghisa negli altiforni e nelle acciaierie, nella desolforazione della ghisa e nel corso di alcuni altri processi tecnologici, viene rilasciata polvere contenente grafite, che può essere una preziosa materia prima per l'ottenimento di materiali utilizzati nel industria aeronautica, spaziale ed elettrica. A questo proposito sono stati effettuati studi sulle proprietà di questa polvere e sulla composizione delle inclusioni.

Parole chiave: ghisa, goccioline di metallo, grafite, polvere, fumo bruno, inclusioni eterogenee, analisi spettrale, studio sperimentale.

Problema e dichiarazione del problema

Quando la ghisa trabocca si scioglie, viene rilasciata una quantità significativa di polvere - circa lo 0,05% della massa del metallo traboccante. La polvere emessa inquina l'ambiente e degrada le condizioni igieniche dei luoghi di lavoro.

Il trabocco della ghisa è un collegamento necessario della tecnologia nella metallurgia ferrosa. Ogni porzione di metallo in viaggio dall'altoforno all'unità di produzione dell'acciaio viene versata 4 volte: quando si tocca il ferro da un altoforno, quando si versa in un mixer, quando si scarica da un miscelatore e quando si versa in un convertitore o in un focolare aperto. Quando si utilizzano supporti in ghisa miscelati, il numero di trabocchi è ridotto a 3, ma in Ucraina questa tecnologia viene utilizzata solo nell'impianto metallurgico di Alchevsk.

La polvere emessa è costituita da due componenti principali: il 10-20% di polvere di grafite grossolana, che è facile da catturare con i cicloni convenzionali, e il 75-85% di fumo marrone fine.

La grafite viene rilasciata dalla grafite libera, formata nel volume di metallo dal carbonio disciolto durante il raffreddamento della ghisa, a causa di una diminuzione della solubilità del carbonio nella fusione. Le particelle di grafite sono piatte e sono costituite da piastre esagonali intrecciate.

La proporzione di grafite è solitamente circa il 30% della massa della frazione grossolana catturata dai cicloni. La grafite è un componente prezioso ampiamente utilizzato nell'industria. Attualmente, la grafite viene estratta dal minerale di grafite o ottenuta mediante pirolisi del carbone. Entrambi i metodi sono economicamente costosi e dannosi per l'ambiente.

Nel frattempo, le risorse di materie prime di grafite nella metallurgia ferrosa dell'Ucraina sono tali che durante la raccolta e lo smaltimento di tutti i rifiuti contenenti grafite, le esigenze sia dell'Ucraina che della Russia possono essere pienamente soddisfatte. Nei paesi della CSI, attualmente, sono stati accumulati più di 4,0 milioni di tonnellate di rifiuti metallurgici contenenti grafite, l'80% dei quali è costituito da rifiuti dei reparti di miscelazione e desolforazione. A questo proposito, la questione delle proprietà della polvere contenente grafite, i metodi del suo arricchimento e utilizzo è di interesse pratico.

Metodologia e risultati della ricerca

È stata esaminata la polvere contenente grafite catturata dal ciclone nel reparto di miscelazione del KKTs MK "Azovstal". Le particelle metalliche presenti nella frazione grossolana sotto forma di impurità meccaniche sono state separate da un magnete. La composizione del setaccio della grafite cantata dopo la separazione degli schizzi di metallo è riportata in tabella. 1. La tabella 1 mostra che le lastre di grafite sono concentrate in grandi frazioni e sono completamente assenti in frazioni inferiori a 63 micron.

Tabella 1

La figura 1 mostra una particella cantata presa da un bordo. Si è visto che la particella è costituita da diversi strati di grafite cristallina, tra i quali vi sono inclusioni di metallo. Lo spessore dei singoli strati di grafite è di 0,6-0,8 micron, il bordo della piastra è diviso. La stima della densità di distribuzione delle inclusioni di ferro ha mostrato che sono più dense nei punti di irregolarità del rilievo sulla superficie delle piastre (pori, fessure, sporgenze alla giunzione dei cristalli, ecc.).

Immagine 1 - Vista dal bordo di un pezzo di grafite cantato. SEM. Contrasto negli elettroni riflessi. Ingrandimento: x1500 volte. La dimensione orizzontale dell'immagine corrisponde alla dimensione di 90 µm.

Le inclusioni nella struttura di grafite sono state esaminate utilizzando un microscopio elettronico. Le figure 2 e 3 mostrano fotografie di inclusioni sulla superficie di una lastra di grafite. I rettangoli nella fotografia segnano le aree in cui è stata eseguita l'analisi spettrale delle inclusioni. Le tabelle 2 e 3 mostrano i risultati dell'analisi spettrale.

Immagine 2

Figura 3

Tavolo 2 - Contenuto di elementi,% per il numero di atomi (alla Fig. 2).

Tabella 3 - Contenuto di elementi,% per il numero di atomi (alla Fig. 3).

Come si può vedere dalle fotografie, le inclusioni sulla superficie della grafite appartengono a due tipi principali:

• la maggior parte delle inclusioni ha una forma sferica, una superficie relativamente liscia e sono costituite da ferro (più del 55%), ossigeno e carbonio, nelle fotografie queste particelle sono bianche;
• una parte più piccola delle inclusioni è sferica con una superficie ricoperta di convoluzioni e contiene una quantità significativa di silicio e manganese; nelle fotografie hanno un colore più scuro.

L'analisi spettrale delle aree senza inclusioni visibili ha mostrato che sono costituite da carbonio (52-82%) con una miscela di ferro e ossigeno. Le particelle più scure e ricoperte di convoluzione sono probabilmente formate dall'interazione di goccioline di scorie fuse con lastre di grafite. Le inclusioni sferiche relativamente lisce sono state considerate in maggiore dettaglio. Si ottiene la dipendenza della percentuale di carbonio e ferro dal diametro delle inclusioni sferiche lisce, che è mostrata in Fig. 4 e 5.

Figura 4

Figura 5

Come si vede dalla Fig. 4 e 5, con un aumento del diametro delle inclusioni, la proporzione di ferro aumenta e la proporzione di carbonio diminuisce, mentre le particelle più grandi di 10 μm hanno approssimativamente la stessa composizione.

risultati

Sulla base degli studi effettuati, è possibile trarre le seguenti conclusioni e ipotesi.

La polvere di grafite è particelle piatte costituite da lastre di grafite cristallina incorporate di una caratteristica forma esagonale. Sulla superficie delle lastre di grafite ci sono inclusioni sferiche, che includono ferro, ossigeno e carbonio.

La maggior parte delle inclusioni sono particelle sferiche lisce che sono bianche nelle fotografie. Il componente principale di queste particelle è il ferro. Si può presumere che queste particelle si formino a seguito della condensazione del vapore di ferro sulla superficie delle lastre di grafite. Nel punto di contatto con la base di grafite di queste particelle si formano composti del tipo di carburo di ferro e nel punto di contatto con l'atmosfera si formano ossidi di ferro. In questo caso, la proporzione di carbonio è maggiore, maggiore è la superficie di contatto specifica con la superficie della grafite, il che spiega la dipendenza della composizione chimica dalla dimensione dell'inclusione.

Alcune delle inclusioni sono particelle sferiche scure con una superficie ricoperta di convoluzioni. L'alto contenuto di silicio e manganese in tali inclusioni suggerisce che si tratti di gocce di scorie.

LISTA DI REFERENZE

• 1 ... Kravets V.A. Soppressione del fumo bruno durante il trabocco della ghisa: monografia / V.A. Kravets. - Donetsk: UkrNTEK, 2002. - 186p.
• 2 ... Aspetti ambientali della riattrezzatura tecnica del JSC "Alchevsk Metallurgical Plant" / A.S. Khobta, N.A. Antonov, E.K. Nikolaeva, V.V. Rogulin // Raccolta di articoli scientifici dell'Università nazionale agraria di Lugansk. - 2008.– N. 81. - S.109-113.
• 3 ... Termografenite da rifiuti dispersi di ferro-grafite della metallurgia / Yu.P. Pustovalov, V.A.Maslov, I.V.Sagirov, N.Kh.Solyanik // Bollettino dell'Università tecnica statale di Priazovsky. - 2005. - Emissione. No. 15. - S. 213-216.
• 4 ... Trofimova L.A. Sviluppo della tecnologia per la lavorazione ad alta temperatura dei rifiuti ferro-grafite dispersi della produzione metallurgica: abstract della tesi. per il titolo di dottorato di ricerca 05.16.02. "Metallurgia dei metalli ferrosi" / L.А. Trofimova; PSTU. - Mariupol, 2007 - 22 p.
• 5 ... Studio delle polveri contenenti grafite provenienti dal cantiere di fonderia dell'altoforno n. 4 del Ilyich e lo sviluppo di metodi per il suo arricchimento / V.A. Kravets, I.Yu. Motroshilov, A.G. Gorokhov, et al. // Bulletin of the Donbass National Academy of Business and Architecture. - 2007. - VIP. 2 (64). - S. 42-47.

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Polvere di grafite - particelle di carbonio finemente macinate e modificate. Il colore della polvere di grafite è grigio-nero con una caratteristica lucentezza metallica. Le proprietà fisiche dipendono dalla qualità della grafite da cui è composta la polvere di grafite.

• Conduce bene il calore
• Ha un'elevata conducibilità elettrica,
• La grafite ha proprietà magnetiche,
• Punti di fusione e di ebollizione - circa 3500 C, rispettivamente, resistenza alle alte temperature

La polvere di grafite è prodotta dalla molatura meccanica della grafite. Se la polvere di grafite è costituita da materiale di cokeria, la materia prima viene ottenuta mediante reazioni di riscaldamento e decomposizione.

La polvere di grafite deve soddisfare una serie di requisiti:

1. La concentrazione di carbonio nella polvere di grafite deve essere elevata;
2. Non dovrebbero esserci praticamente impurità di terze parti;
3. La granulometria nella polvere di grafite può variare da 0,1 mm a 5 mm;
4. Anche il livello di fluidità dovrebbe essere alto.

Portata della polvere di grafite

La respirazione è un fatto scientificamente provato. Con la sua frequente esposizione, la respirazione diventa difficile, si sviluppa la malattia più comune: la silicosi. È anche pericoloso per le sue complicanze, che possono provocare un processo tubercolare, causare enfisema polmonare o bronchite. Questa malattia appartiene alla categoria dei professionisti. Spesso ne sono esposti i lavoratori dell'industria meccanica, metallurgica e della porcellana.

La polvere di grafite è pericolosa a causa della sua composizione chimica. La polvere carboniosa è costituita principalmente da biossido di silicio. È l'effetto di questo componente che è così pericoloso. Un'altra malattia simile alla silicosi nei sintomi è l'antracosi. Questa malattia si verifica quando molta polvere (carbone o grafite) si è accumulata nei polmoni.

Ma la bronchite polverosa è caratterizzata da patologia polmonare causata da danni ai bronchioli. La malattia è anche considerata professionale e deriva dall'esposizione attiva del corpo alla polvere di grafite per lungo tempo. I sintomi iniziali sono molto simili a quelli della bronchite ordinaria. Nelle ultime fasi dello sviluppo della malattia, si verifica più irritazione del sistema respiratorio rispetto al normale.

La polvere di grafite è anche dannosa per la pelle, causando prurito e irritazione. Adagiandosi su viso e mani, piccole particelle di polvere di grafite seccano la pelle e provocano la morte cellulare. Il processo di invecchiamento della pelle è molto più veloce. Se non usi creme e oli speciali, una persona ha diversi anni in più della sua età. I lavoratori la cui professione è direttamente correlata all'esposizione alla polvere di grafite devono fare la doccia dopo una dura giornata.

Metodi di controllo

Se riesci a gestire la normale polvere a casa con una pulizia frequente, nelle industrie polverose la situazione è molto peggiore. Per rendere la polvere di grafite meno pericolosa per l'uomo, vengono installate cappe sopra le macchine. Riducono la quantità di polvere nell'aria. Inoltre, il lavoratore è tenuto ad avere dispositivi di protezione individuale, di cui un respiratore è il più comune. Questi semplici metodi di protezione riducono più volte il rischio di malattie professionali. Se li ignori, dopo 10 anni si faranno sentire. Una doccia quotidiana pulirà la pelle ei suoi pori da piccole particelle di polvere, alleviando il prurito e l'irritazione.

Una persona che lavora a stretto contatto con grafite e altre sostanze contenenti grafite deve essere visitata da un medico almeno tre volte all'anno. È necessario

La polvere occupa un posto speciale tra i fattori di produzione sfavorevoli. La polvere di grafite è considerata una delle più pericolose in termini di effetto sul sistema respiratorio.

Malattie causate dalla polvere di grafite

Il danno della polvere di grafite al sistema respiratorio è un fatto scientificamente provato. Con la sua frequente esposizione, la respirazione diventa difficile, si sviluppa la malattia più comune: la silicosi. È anche pericoloso per le sue complicanze, che possono provocare un processo tubercolare, causare enfisema polmonare o bronchite. Questa malattia appartiene alla categoria dei professionisti. Spesso ne sono esposti i lavoratori dell'industria meccanica, metallurgica e della porcellana.

La polvere di grafite è pericolosa a causa della sua composizione chimica. La polvere carboniosa è costituita principalmente da biossido di silicio. È l'effetto di questo componente che è così pericoloso per i polmoni. Un'altra malattia simile alla silicosi nei sintomi è l'antracosi. Questa malattia si verifica quando molta polvere (carbone o grafite) si è accumulata nei polmoni.

Ma la bronchite polverosa è caratterizzata da patologia polmonare causata da danni ai bronchioli. La malattia è anche considerata professionale e deriva dall'esposizione attiva del corpo alla polvere di grafite per lungo tempo. I sintomi iniziali sono molto simili a quelli della bronchite ordinaria. Nelle ultime fasi dello sviluppo della malattia, si verifica più irritazione del sistema respiratorio rispetto alla bronchite ordinaria.

La polvere di grafite è anche dannosa per la pelle, causando prurito e irritazione. Adagiandosi sul viso e sulle mani, piccole particelle di polvere di grafite seccano la pelle e provocano la morte cellulare. Il processo di invecchiamento della pelle è molto più veloce. Se non usi creme e oli speciali, una persona sembra diversi anni più vecchia della sua età. I lavoratori la cui professione è direttamente correlata all'esposizione alla polvere di grafite devono fare la doccia dopo una dura giornata.

Metodi di controllo

Se riesci a gestire la normale polvere a casa con una pulizia frequente, nelle industrie polverose la situazione è molto peggiore. Per rendere la polvere di grafite meno pericolosa per l'uomo, vengono installate cappe sopra le macchine. Riducono la quantità di polvere nell'aria. Inoltre, il lavoratore è tenuto ad avere dispositivi di protezione individuale, di cui un respiratore è il più comune. Questi semplici metodi di protezione riducono più volte il rischio di malattie professionali. Se li ignori, dopo 10 anni si faranno sentire. Una doccia quotidiana pulirà la pelle ei suoi pori da piccole particelle di polvere, alleviando il prurito e l'irritazione.

Una persona che lavora a stretto contatto con grafite e altre sostanze contenenti grafite deve essere visitata da un medico almeno tre volte all'anno. Questo deve essere fatto anche se vengono utilizzate tutte le misure di protezione.

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Descrizione

Il prodotto di questa varietà è un impasto finemente disperso, che si ottiene dalla frantumazione della materia prima mediante macchine molatrici. Viene fornito in lotti determinati dal peso (kg). Le particelle in questa miscela sono grigio-nere ea forma di fiocco.

La grafite è un minerale che appartiene alla classe degli elementi nativi. È una versione allotropica del carbonio modificato. Conduce bene la corrente elettrica, ha una densità relativamente bassa. È una risorsa molto richiesta utilizzata nella moderna metallurgia.

La polvere di grafite è un prodotto moderno nella metallurgia delle polveri. Viene prodotto tenendo conto di tutte le norme e gli standard di qualità stabiliti, secondo GOST. Le risorse di alta qualità vengono utilizzate come materie prime. Affinché il prodotto sia adatto a determinati scopi d'uso, sono stati sviluppati diversi gradi della sostanza:

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Questo prodotto ha guadagnato popolarità relativamente di recente. Possiede proprietà grazie alle quali può essere utilizzato in molti campi moderni. I seguenti indicatori possono essere attribuiti alle caratteristiche di questo prodotto:

• Alto punto di fusione e ebollizione
• Ben lavorato
• Si dissolve in leghe metalliche ad alta temperatura.
• Versatilità di utilizzo
• Basso costo

Applicazione di polvere di grafite

Come notato sopra, questo prodotto viene utilizzato per una varietà di scopi. Viene utilizzato per realizzare matite, leghe speciali e acciai. Viene utilizzato per creare una serie di prodotti ad alta resistenza utilizzati per creare sistemi di tubazioni, valvole e altri prodotti, per il cui funzionamento efficace sono necessarie maggiore resistenza, durata e resistenza alla corrosione.