Основні наукові і практичні результати дисертаційної роботи полягають в наступному: 1. Розроблений новий метод оцінки екологічної доцільності застосування різних методів зниження викидів, заснований на зіставленні приведеної маси уловлених викидів і маси шкідливих речовин, що виділяються при виробництві енергії і матеріалів, витрачених в процесі очищення. Методика застосована для оцінки доцільності очищення при переливах чавуну. Показано, що очищення викидів від газоподібних компонентів екологічно недоцільне, а очищення від пилу доцільне в циклонах, із застосуванням фільтрів або технологічним шляхом. 2. Встановлено, що пил, який утворюється при переливах чавуну, складається з трьох компонентів, що мають різне походження і різні властивості: бурого диму, що є дрібнодисперними частинками оксидів заліза випарного походження; крупнодисперних сферичних частинок, що є частково окисленими бризками чавуну; крупнодисперсних пластин графітної піни. Найбільші проблеми для навколишнього середовища представляє бурий дим у зв'язку з труднощами при уловлюванні, а графітна піна є цінним компонентом і її доцільно утилізувати. 3. На основі теоретичного аналізу умов утворення бурого диму і експериментально, шляхом дослідження пилу, який утворюється при переливах чавуну, встановлено, що бурий дим утворюється в результаті взаємодії бризок металу з киснем газової фази. Наявність бризок і окислювальної атмосфери є обов'язковою умовою виникнення диму, яке є складним, багатостадійним процесом, що включає наступні етапи: - вибух крупних бризок в результаті виділення бульбашки монооксиду вуглецю на поверхні пластин графіту в об'ємі краплі. Факт вибуху крапель при переливах чавуну доведений експериментально. Процес вибуху крапель чавуну при переливах металу в промислових умовах зафіксований на фотографіях. Доведено, що вірогідність вибуху залежить від розміру краплі. Вперше встановлено, що бризки більше 250 мкм вибухають завжди, бризки менше 30 мкм – не вибухають, бризки проміжних розмірів вибухають з тим більшою вірогідністю, чим більший їх розмір. Вірогідність вибуху пов'язана з вірогідністю наявності в об'ємі краплі частинки графіту; - другим етапом виникнення диму є окислення крапель діаметром менше 30 мкм, що утворюються в результаті вибуху крупних крапель, киснем газової фази. Відбувається розігрів крапель до температур, що перевищують 2500єС, близьких до температури кипіння розплаву, що викликає руйнування закисної плівки, інтенсивне випаровування заліза і його оксидів з поверхні краплі. Процес окислення дрібних крапель йде в режимі тотального горіння; - третім, таким, що завершує, етапом є окислення пари заліза і закису заліза в газовій фазі до Fe2O3, конденсація і утворення частинок бурого диму. 4. На основі вищевикладених уявлень про механізм виникнення бурого диму розроблена теорія придушення бурого диму при переливах чавуну, яка показує, що викиди бурого диму можна істотно понизити шляхом зменшення концентрації кисню в газовій фазі. Досягти цього можна, подаючи в наповнювану металом ємність газоподібний азот або азотно-водяний аерозоль. Розрахунковим шляхом отримані залежності ступеня пилоподавлення від конструктивних і технологічних параметрів - витрати нейтрального газу, кількості і діаметра сопел, їх розташування. В отриманих залежностях враховані як вплив на процес пилозаглушення зниження концентрації кисню в газовій фазі, так і процеси, пов'язані із зміною поверхні випаровування в результаті динамічної дії струменів газу. Таким чином, вперше теоретично обгрунтовано встановлений автором факт впливу на ступінь пилозаглушення швидкості струменя нейтрального газу. Вперше теоретично отримана екстремальна залежність ступеня пилозаглушення від витрати нейтрального газу. Показано, що, при заданих конструктивних параметрах установки пилоподавлення, збільшення витрати нейтрального газу спочатку сприяє зростанню ступеня пилозаглушення, потім призводить до різкого зниження ефективності цього процесу, а потім знов до зростання ступеня пилозаглушення. Запропонована нова формула для розрахунку ступеня пилозаглушення залежно від керованих конструктивних і технологічних параметрів. 5. Експериментально в промислових умовах досліджена аеродинаміка газових потоків і шляхи формування факела викидів при наповненні ковша чавуном. Вперше встановлено, що зовнішнє повітря поступає в об'єм ковша через дві зони, одна з яких розташована навколо струменя металу, а інша – в пристіночній області, а між цими зонами розташована зона викидів. 6. У промислових умовах досліджений вплив подачі азоту на властивості крупнодисперсної фракції пилу, що містить графіт. Встановлено, що при застосуванні пилозаглушення азотом змінюється хімічний склад ГСП – знижується вміст заліза і зростає вміст вуглецю з 13-20% до 30-40%, що перетворює цей пил на товарний продукт і повністю вирішує проблему її утилізації. Показано також, що шляхом магнітної сепарації і/або відділенням дрібних фракцій можна додатково збагатити пил, довівши вміст вуглецю приблизно до 60%, що підвищить його товарну ціну і забезпечить підвищення прибутку підприємств. 7. На основі теорії пилоподавлення розроблена технологія придушення бурого диму азотом. Технологія упроваджена при переливах чавуну в міксерному відділенні конвертерного цеху №1 Західносибірського меткомбінату на міксерах №1 і №2. Проведені промислові дослідження у відділенні переливу чавуну конвертерного цеху Череповецького меткомбінату (постановочні місця №1 і №2), на ливарному дворі доменної печі №3 Західносибірського металургійного комбінату (на жолобах, що коливаються №1 і №2). Проект установки пилозаглушення азотом придбаний металургійним комбінатом в Бенсі (Китай). 8. В результаті впровадження способу придушення бурого диму газоподібним азотом: - знизилися викиди бурого диму в атмосферу після циклонів на 80-86% без використання другого ступеня газоочистки; - збільшився вміст вуглецю в пилу, що уловлений циклонами, з 13-20% до 30-40% за рахунок зниження частки оксидів заліза, що перетворило уловлений пил на товарний продукт; - зменшився чад заліза при переливах, за рахунок чого досягнута економія чавуну на кожному об'єкті; - покращав санітарний стан робочих місць без збільшення продуктивності димососів. Встановлено також, що застосування азоту не приводить до істотних змін хімічного складу і температури металу і не впливає на технологічний процес переробки чавуну. 9. З метою підвищення ефективності пилозаглушення і скорочення витрати азоту була розроблена теорія і технологія пилозаглушення азотно-водяним аерозолем, випробувана в промислових умовах і упроваджена в міксерному відділенні конвертерного цеху металургійного комбінату «Азовсталь» на міксерах №1 і №2 і на ливарному дворі доменної печі №3 меткомбінату «Азовсталь» на жолобах, що коливаються №1 і №2. Розробка технології пилозаглушення азотно-водяним аерозолем проводилася за рахунок гранту, наданого Агентством міжнародного розвитку США. 10. В результаті впровадження технології пилозаглушення азотно-водяним аерозолем був досягнутий ступінь пилозаглушення 90-95% при скороченні витрати азоту на 50% в порівнянні з пилозаглушенням азотом. Досягнення високої ефективності методу при малих витратах азоту робить можливим широке впровадження цієї технології, оскільки незначні витрати азоту є практично на всіх металургійних заводах України. 11. Впровадження технологій пилозаглушення азотом і азотно-водяним аерозолем забезпечило підвищення екологічної безпеки при переливах чавуну і економічний ефект на об'єктах впровадження. За виконання робіт в рамках міжнародних контрактів до України поступило 78 тис. доларів США. | 