Issues of resource and energy saving in corundum production

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The purpose of this article is study and identification of the most promising trends and engineering solutions in order to improve resource saving and energy efficiency in the production of corundum on the basis of the conducted patent review on melting improvement and optimization. The ways to optimize the corundum production are considered in three directions from the point of view of energy saving. The first direction relates to the development of promising engineering developments. The latter are studied to select rational operating modes and determine the main factors affecting voltage surges during the technological process and useful product yield. Consideration is given to the conditions for reducing specific energy consumption and improvement of production environmental friendliness at all stages beginning from isothermal sintering of corundum, production of electrocorundum, fine corundum to single corundum crystals. The second direction is the optimization of corundum production at all stages for the development of an optimal control algorithm for the technological process. In this case the electricity consumption might be reduced by 10-12% as compared to current standards. The third direction is the development of engineering solutions involving the change of individual structural units of furnaces, namely, the use of modern components and new heat insulating materials, as well as the application of spent heat carriers as the sources of secondary energy resources and the introduction of additional controllers of the automated control system of the process. The analytical study has shown that the result of optimization should be upgraded designs of plants and electrical equipment, which can provide maximum electrochemical efficiency, and corresponding furnace tightness. Criteria for energy supply and energy quality making possible to stabilize furnace material balance and solve resource saving issues have been developed. These measures allow to reduce the loss of raw materials up to 20-25%, the specific energy consumption under the production of corundum by 2-3 thousand kWh per 1 t.

About the authors

P. S. Palyanicin

Saint Petersburg Mining University

Email: ppalyanitsin@yandex.ru

P. A. Petrov

Saint Petersburg Mining University

Email: petrov_pa3@pers.spmi.ru

V. Yu. Bazhin

Saint Petersburg Mining University

Email: bazhin-alfoil@mail.ru

References

  1. Niżankowski C. Manufacturing sintered corundum abradants // Archives of Civil and Mechanical Engineering. 2002. Vol. 2. P. 53–64. https://doi.org/10.1007/s00170-014-6090-2
  2. Zeidler S., Posch Th., Mutschke H. Mid-infrared properties of corundum, spinel, and α-quartz, potential carriers of the 13 μm feature // Asronomy and Astrophysics. 2013. Vol. 553. https://doi.org/10.1051/0004-6361/201220459
  3. Богданов С.П., Гаршин А.П., Сычев М.М. Бронеке- рамика на основе порошков корунда "ядро-оболочка" // Порошковая металлургия: инженерия поверхности, новые порошковые композиционные материалы. Сварка: сб. докл. XI Междунар. симпозиума: в 2 ч. (г. Минск, 10–12 апреля 2019 г.). Минск: ИД «Белорусская наука», 2019. Ч. 1. С. 424–430.
  4. Nadolny K. State of the art in production, properties and applications of the microcrystalline sintered corundum abrasive grains // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2014. Vol. 74. P. 1445–1457. https://doi.org/10.1007/s00170-014-6090-2
  5. Данчевская М.Н., Ивакин Ю.Д., Багдасаров Х.С., Антонов Е.В., Костомаров Д.В., Панасюк Г.П. Синтетический мелкокристаллический корунд – новое сырье для выращивания лейкосапфира // Перспективные материалы. 2009. № 4. С. 28–33.
  6. Li Zi-cheng, Li Zhi-hong, Zhang Ai-ju, Zhu Yu-mei. Influence of thermal treatment conditions on twodimensional crystal growth of nanocrystal corundum abrasives // Materials Research Bulletin. 2009. Vol. 44. Issue 4. P. 762–767. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2008.09.026
  7. Mccormick M. Asia-Pacific leading world’s corundum production. URL: https://www.indmin.com/Article/3499879/Regulation-LatestNews/Asia-Pacific-leading-worlds-corundumproduction.html (07.08.2020).
  8. Klyuev R.V., Bosikov I.I., Alborov A.D. Research and mathematical modeling of the thermal and power performance of resistance furnaces at metallurgical enterprises // Lecture Notes in Electrical Engineering. 2020. Vol. 641. Р. 630–636. http://doi.org/10.1007/978-3-030-39225-3_69
  9. Жуковский Ю.Л., Сизякова Е.В. Внедрение системы энергосбережения и энергоэффективности на предприятиях металлургического комплекса // Записки горного института. 2013. № 202. С. 155–160.
  10. Пингин В.В., Третьяков Я.А., Радионов Е.Ю., Немчинова Н.В. Перспективы модернизации ошиновки электролизера С-8БМ (С-8Б) // Цветные металлы. 2016. № 3. С. 35–41. http://doi.org/10.17580/tsm.2016.03.06
  11. Shakhrai S.G., Nemchinova N.V., Kondrat’ev V.V., Mazurenko V.V., Shcheglov E.L. Engineering solutions for cooling aluminum electrolyzer exhaust gases // Metallurgist. 2017. Vol. 60. No. 9-10. P. 973–977. http://doi.org/10.1007/s11015-017-0394-z
  12. Ярошенко Ю.Г., Гордон Я.М., Ходоровская И.Ю. Энергоэффективные и ресурсосберегающие техноло- гии черной металлургии. Екатеринбург: ОАО «УИПЦ», 2012. 670 с.
  13. Косенко Н.Ф., Филатова Н.В., Грехнев А.Ю. Кинетика активированного изотермического спекания ко- рунда // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. 2006. Т. 49. № 4. С. 56–58.
  14. Rashad A.M. Vermiculite as a construction material – a short guide for civil engineer // Construction and Building Materials. 2016. Vol. 125. P. 53–62. http://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.08.019
  15. Kariya J., Ryu J., Kato Y. Development of thermal storage material using vermiculite and calcium hydroxide // Applied Thermal Engineering. 2016. Vol. 94. P. 186– 192. http://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2015.10.090
  16. Педро A.A. Роль химического взаимодействия электрода с расплавом в изменении гармонического состава тока в электродах // Электротехника. 1997. № 4. С. 27–30.
  17. Лысенко А.П., Серѐдкин Ю.Г., Зенькович Г.С. Электролитический способ получения Аl2О3 чистотой 99,99–99,999% // Металлургия цветных металлов. Проблемы и перспективы: сб. тез. докл. Междунар. науч.-практ. конф. (г. Москва, 13–15 мая 2009 г.). М.: Изд-во МИСиС, 2009. С. 322–323.
  18. Лысенко А.П., Серѐдкин Ю.Г., Зенькович Г.С. Механизм электролитического получения оксида алюминия, пригодного для производства монокристаллов корунда // Технология металлов. 2009. № 12. С. 8–12.
  19. Gorlanov E.S., Bazhin V.Yu., Fedorov S.N. Carbide formation at a carbon-graphite lining cathode surface wettable with aluminum // Refractories and Industrial Ceramics. 2016. Vol. 57. No. 3. P. 292–296. https://doi.org/10.1007/s11148-016-9971-0
  20. Корнеев С.В., Трусова И.А. Управление шлаковым режимом в электродуговых печах // Литье и металлургия. 2017. № 4. С. 48–52. https://doi.org/10.21122/1683-6065-2017-4-48-52
  21. Гремячкин В.М., Мазанченко Е.П. Газификация пористых частиц углерода в диоксиде углерода // Химическая физика. 2010. № 12. С. 18–23.
  22. Ватулин И.И., Минков О.Б., Сухарев А.В., Сухарев В.А., Шингарев Э.Н. Высокотемпературное алюминотермическое восстановление оксида кальция // Материаловедение. 2009. № 3. С. 46–50.
  23. Косенко Н.Ф., Филатова Н.В., Шиганов А.А. Кинетика активированного изотермического спекания корунда в присутствии алюминатных добавок // Неорганические материалы. 2007. Т. 43. № 2. С. 193–196.
  24. Пат. № 2347766С2, Российская Федерация, C04B 35/107. Электрокорунд и способ его получения / В.А. Перепелицын, А.С. Зубов, И.В. Кормина, Л.А. Карпец, Е.М. Гришпун, А.М. Гороховский. Заявитель и патентообладатель ОАО "Первоуральский динасовый завод" (ОАО "ДИНУР"). Заявл. 16.04.2007; опубл. 27.02.2009.
  25. Пат. № 2664149С2, Российская Федерация, C01F 7/42. Способ получения мелкокристаллического корунда / Е.П. Новиков, Е.В. Агеев, Е.В. Агеева, А.Ю. Алтухов. Заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) (RU). Заявл. 21.03.2016; опубл. 15.08.2018.
  26. Пат. № 2366608С1, Российская Федерация, C01F 7/42. Способ получения оксида алюминия, пригодного для производства монокристаллов корунда / А.П. Лысенко, В.А. Бекишев, Ю.Г. Серѐдкин, Г.С. Зенькович. Заявители и патентообладатели: Лысенко Андрей Павлович (RU), Бекишев Владимир Афанасьевич (RU), Серѐдкин Юрий Георгиевич (RU). Заявл. 08.05.2008; опубл. 10.09.2008.
  27. Пат. № 1 104 798 A1, СССР, C01F 7/02. Способ получения пластинчатого корунда / Д.С. Рутман, Н.М. Пермикина, С.А. Азимов, Г.Т. Адылов, А.Г. Белогрудов. Заявитель и патентообладатель Восточный научно-исследовательский и проектный институт огнеупорной промышленности, Физико-технический институт АН УССР. Заявл. 08.04.1983; опубл. 23.08.1991.
  28. Качан Ю.Г., Мных А.С. Алгоритм динамической оптимизации процесса производства электрокорунда нормального на базе метода терминального управления // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2008. № 32. С. 48–56.
  29. Педро A.A., Суслов A.П. Вентильный эффект в электродной печи // Цветные металлы. 2012. № 12. С. 37–41.
  30. Peretyatko M.A., Yakovlev P.V., Peretyatko S.A., Deev A.S., Dyachenok G.V. The study of heart transfer during boiling process of organic fluid // Journal of Physics: Conference Series. 2019. Vol. 1614. http://doi.org/10.1088/1742-6596/1614/1/012069
  31. Shurygin Y.A. Technologies of organizational energy saving at metallurgical enterprises // International Russian Automation Conference (Sochi, 9–16 September 2018). Sochi: IEEE, 2018. http://doi.org/10.1109/RUSAUTOCON.2018.8501605
  32. Дубовиков О.А., Яскеляйнен Э.Э. Переработка низкокачественного бокситового сырья способом термохимия-Байер // Записки Горного института. 2016. Т. 221. С. 668–674. https://doi.org/10.18454/PMI.2016.5.668
  33. Шахрай С.Г., Скуратов А.П., Кондратьев В.В., Ершов В.А., Карлина А.И. Обоснование возможности нагрева глинозема теплом анодных газов алюминиевого электролизера // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2016. № 3. С. 131–138.
  34. Белоглазов И.И., Суслов А.П., Педро А.А. Изменение постоянной составляющей фазного напряжения при плавке циркониевого электрокорунда // Цветные металлы. 2014. № 5. P. 86–89.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).