Новая технология улучшит качество деталей для машин и ж/д техники и поможет решить экологическую проблему
Российские ученые разработали и запатентовали технологию использования старых автомобильных шин в качестве углеродной добавки при выплавке синтетического чугуна. Суть метода заключается в том, что бросовый материал измельчают до определенного размера и загружают в плавильную печь вместе с металлоломом для науглероживания расплава. Внедрение решения позволит заменить в производстве чугуна дорогие и дефицитные материалы, такие как графит и кокс. Также разработка поможет решить проблему утилизации опасных отходов. Эффективность изобретения подтвердили опытными плавками.
Как б/у покрышки делают сырьем для синтетического чугуна
Специалисты из Нижегородского государственного технического университета имени Р.Е. Алексеева придумали, как превращать старые автомобильные шины в ингредиент для производства высококачественного синтетического чугуна. Разработка повышает эффективность выплавки и решает задачу утилизации опасных промышленных отходов. На изобретение получен патент РФ.
Чугун — это сплав железа и углерода, а синтетическим принято считать материал, который получен путем обогащения углеродом стального расплава, объяснили исследователи. Он устойчив к большим нагрузкам, трению и нагреву. Поэтому его используют для наиболее ответственных деталей, например в составе колодок железнодорожных вагонов и двигателей внутреннего сгорания.
— Для получения синтетического чугуна используют стальной лом. Чтобы насытить сплав углеродом, применяют кокс или графит. Однако они дороги и дефицитны. Поэтому металлурги ищут доступные альтернативы. Предложенный вариант — отработавшие автомобильные шины, которые содержат до 60–70% углерода, — рассказал один из авторов проекта, заведующий кафедрой «Металлургические технологии и оборудование» НГТУ Игорь Леушин.
Предварительно, в процессе подготовки нужно отделить шины от текстильных элементов и стальной проволоки, которую используют в качестве армирующего материала, пояснил он. Затем покрышки разделывают на куски размером от 5 до 50 см. Это важно, поскольку меньшие фрагменты провоцируют снижение степени усвоения углерода, шлакообразование и выделение дыма. А слишком крупные куски не успевают полноценно раствориться и равномерно распределиться в жидком расплаве. Вместо этого они спекаются или слипаются в комки.
В ходе экспериментов разделанные куски покрышек загружали в рабочую емкость печи и засыпали стальной фракцией. Модификацию чугуна проводили при температуре +1450 градусов. В результате был получен сплав, который по свойствам не уступает синтетическому чугуну, выплавленному с применением традиционных источников углерода, сообщил ученый.
— Эффективность разработки подтверждена серией опытных плавок синтетического чугуна марки СЧ25 в индукционной печи ИСТ-016. При этом установлено, что применение фрагментов шин обеспечивает более высокую степень усвоения углерода и меньший расход карбюризатора по сравнению с прототипом при сохранении нормативного содержания серы в металле, — объяснил Игорь Леушин.
В дальнейшем, чтобы внедрить технологию в промышленных масштабах, необходимо продолжить исследования, направленные на снижение степени задымления и обеспечить безопасные условия труда. Также ведется работа по адаптации технологии к печам различного типа и большой емкости, отметил он.
Как внедрить технологию по переработке автомобильных шин
— Практика переработки шин развивается с конца 1990-х годов. Ее объем в нашей стране измеряется сотнями тысяч тонн. По российскому законодательству изношенные покрышки относятся к отходам 4–5-го классов опасности. Их захоронение и вывоз на контейнерные площадки запрещены, — рассказал «Известиям» эксперт Национальной технологической инициативы (НТИ) «Автонет» Игорь Мишин.
Поэтому важно развитие новых способов утилизации, особенно тех, которые позволят получать больше вторсырья и создавать отходам вторую жизнь, сообщил он.
— Разработка НГТУ — это пример того, как объединенные фундаментальные и инженерные знания способны одновременно решать две важные задачи — повышать эффективность промышленного производства и снижать экологическую нагрузку, — пояснил руководитель лаборатории промышленно-ориентированного поиска материалов Центра технологий материалов «Сколтеха» Александр Квашнин. — Принципиально важно, что технология уже готова к внедрению на литейных производствах автокомпонентов. Это свидетельствует о высоком уровне ее технологической зрелости.
Вместе с тем доцент кафедры технологий строительства и конструкционных материалов Российского университета дружбы народов имени П. Лумумбы Галина Окольникова отметила, что переработке могут подлежать также компоненты, которые не задействованы в предложенном способе. Например, в РУДН разработали бетонные смеси для 3D-печати с использованием фибры из стального корда автомобильных шин.
Профессор кафедры машиностроительных технологий Инженерной академии этого же учебного учреждения Марианна Малькова отметила, что, несмотря на перспективность и актуальность идеи, для ее внедрения необходимо проработать способы, которые предотвратят попадание органических веществ, содержащихся в составе покрышек, в расплав чугуна. Особенно серы, которая ухудшает механические свойства сплавов.
— Снижение зависимости металлургии от исчерпаемых ископаемых ресурсов соответствует общей стратегии экологизации промышленности. Вместе с тем предложенные подходы не делают технологию полностью безуглеродной: углекислый газ не полностью вовлекается в процесс восстановления металла, что приводит к его частичным выбросам в атмосферу, — отметил старший преподаватель департамента рационального природопользования Института экологии РУДН Ярослав Лебедев.
Тем не менее синтетический чугун находит широкое применение в двигателестроении, энергетическом машиностроении и других отраслях. Поэтому снижение себестоимости материалов повысит конкурентоспособность продукции высоких переделов, добавил он. Но, чтобы достичь нужного эффекта, требуется комплекс мер, включающий размещение перерабатывающих предприятий вблизи потребителей (например, автомобильных заводов), развитие сети сбора шин и налаживание их доставки. Учитывая энергетический потенциал нашей страны, отечественные предприятия могут перерабатывать подобные отходы и из сопредельных государств.
Вместе с тем следует учитывать и экологические риски. При производстве чугуна с использованием изношенных покрышек образуются выбросы не только углекислого газа, но и других соединений I–II классов опасности, в частности цианистого водорода, бензапирена, оксидов серы, канцерогенной сажи и ряда других веществ. Это означает, что эксплуатация таких производств требует внедрения дорогостоящих систем очистки выбросов, что в перспективе может существенно снизить экономический эффект технологии, резюмировал эксперт.
https://iz.ru/2038457/andrei-korshunov/shinnoe-pole-kak-starye-pokryshki-udesheviat-proizvodstvo-chuguna-v-rossii