LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Технологія металів. Машинобуд. → Поліпшення металургійних властивостей залізорудних окускованих матеріалів для підвищення ефективності виплавки металу

створення сприятливих умов формування розплавів, що мають вирішальний вплив на утворення зони когезії. Властивості розплавів (температура плавлення, в'язкість) визначаються ступенем відновлення оксидів заліза до вюститу. Відомим шляхом підвищення ефективності доменної плавки є застосування металізованих матеріалів. Виробництво їх стимулюється зростаючим дефіцитом коксуючого вугілля і коксу, а для сталеплавильних процесів – потребою в первородному залізі, не забрудненому домішками кольорових металів. Одним з напрямків вирішення цієї проблеми є розробка сполученого процесу металізації і спікання тонкоподрібнених залізорудних концентратів в суміші з твердим паливом. Таким чином, для більш ефективної роботи доменних печей і інших металургійних агрегатів виявлена необхідність розробки окускованих залізорудних матеріалів з новими металургійними властивостями, а також подальших уточнень і проведення розробок для одержання окускованих продуктів, що задовольняють вимогам металургійних переробок. Ці розробки включають:

  • комплексне дослідження металургійних властивостей залізорудних окускованих матеріалів і розробка на цій основі адекватних критеріїв управління цими властивостями, що забезпечує поліпшення структури обкотишів, агломерату і губчатого заліза;

  • розробка ефективних складів обкотишів, агломерату і губчатого заліза, що забезпечують зниження витрат коксу і підвищення продуктивності доменної печі;

  • розробка технологічних і технічних рішень для виробництва окускованих залізорудних матеріалів із заданими металургійними властивостями на основі управління процесами тепло- і масообміну при використанні в шихті твердого палива і домішок, які регулюють склад зв'язки між оксидами заліза.


РОЗВИТОК НАУКОВИХ ОСНОВ ПОЛІПШЕННЯ МЕТАЛУРГІЙНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ЗАЛІЗОРУДНИХ ОбКоТИШІВ ПРИ ОКИСНОМУ обПАЛІ


В дисертації проаналізовані умови окислювального високотемпературного обпалу залізорудних обкотишів на різних агрегатах. Зіставлення температурних умов обпалу на конвеєрних машинах і комбінованих установках показує, що вони відрізняються швидкістю нагрівання (від 100-1500С/хв на конвеєрній машині до 500-6000С/хв на комбінованій установці), тривалістю перебування обкотишів при максимальних температурах (від 1 хв у нижній частині шару на конвеєрній машині до 10-12 хв в обертовій печі). У зонах підігріву (1000-11000С) і обпалу (1280-13000С) відбуваються фізико-хімічні процеси окислювання і спікання, завершеність яких обумовлює міцність і інші властивості залізорудних обкотишів. Неоднорідність ступеня окислення по перетині обкотиша є причиною його зональної структури. У місцях контакту магнетитового ядра і гематитової оболонки виникають напруги, викликані різницею коефіцієнтів термічного розширення магнетиту і гематиту, що виникає при переході Fe3O4γFe2O3aFe2O3. Підвищення температури переводить процес в область рідкофазного спікання, де в залежності від основності обкотиша формується зв'язка. Ступінь ущільнення при спіканні залежить від в'язкості і поверхневого натягу розплаву. В низькоосновному розплаві утворюються окислені залізосилікатні зв'язки, що не відновлюються і не окислюються. Основний розплав характеризується схильністю до кристалізації з утворенням ферритів кальцію, які мають здатність до відновлення зіставлену з оксидами заліза. Збільшення кількості розплаву при обпалі обкотишів з висококремністих концентратів, а також при підвищенні основності приводить до утворення шлакового каркасу і виникненню тріщин, які приводять до руйнування обкотишів при навантаженнях.

Фактором знеміцнення обкотишів є термічні напруги, що супроводжують процеси нагрівання і охолодження. Обидва процеси характеризуються виникненням градієнта температур по перетину обкотиша. Розходження між ними полягає в тому, що по завершенню нагрівання напруги релаксуються, тоді як при охолодженні вони частково залишаються. Умовою руйнування, як при нагріванні, так і при охолодженні є досягнення діючими напругами граничних значень, що визначаються величиною інтервалу і швидкістю зміни температури.

У роботах З.І. Некрасова, Ю.С. Юсфина, Ю.С. Карабасова, А.М. Пирікова, Ю.О. Бермана і ін. досліджені основні закономірності процесу окислення магнетитових обкотишів при зміні складу газової фази, температури, швидкості нагрівання, розміру зразка та його основності. Встановлено, що безпосередній зв'язок між окисленням і міцністю обкотишів відсутній, а виділення вуглекислоти при дисоціації кальциту в офлюсованних обкотишах не приводить до сповільнення процесу окислення магнетиту. Отримані в дисертаційній роботі експериментальні дані показали, що на хід процесу окислювання магнетиту впливає крупність концентрату, вміст у ньому кремнезему, вміст кисню в газовій фазі, витрати теплоносія, що розширює раніше відомі уявлення про цей процес. Разом з тим, при дослідженні процесу окислювання офлюсованних обкотишів у неізотермічному режимі встановлено, що при нагріванні обкотишів зі швидкістю 500С/хв процеси масообміну одержують розвиток в інтервалі температур 350-4000С, окислювання магнетиту протікає до температури 700-8500С и припиняється з початком процесу декарбонізації. Ступінь окислення при цьому режимі складає близько 70%. При швидкості нагрівання 1000С/хв ступінь окислення магнетиту 70% досягається при температурі 850-9000С разом з початком дисоціації кальциту. При швидкостях нагрівання 150-2000С/хв ступінь окислення магнетиту до початку дисоціації кальциту складає 20-25 %, а після розкладання карбонатів збільшується до 45-55 % в інтервалі температур 1100-13500С.

Таким чином, на відміну від існуючої точки зору, у дисертаційній роботі встановлено, що інтенсивне розкладання карбонатів в інтервалі температур 850-11000С знижує окисний потенціал газової фази, що гальмує процес окислювання магнетиту. Підвищення швидкості нагрівання зменшує ступінь окислювання в зоні помірних температур і зрушує процес окислювання в зону високих температур, при яких він різко сповільнюється внаслідок утворення залізосилікатних зв'язок, що не окислюються. Встановлений інтервал нагріву 100-1500С/хв., підвищення швидкості нагрівання більш 1500С/хв. веде до знеміцнення обкотишів.

Для управління процесом обпалу залізорудних обкотишів з шіхт, які містять тверде паливо, а також вивчення впливу параметрів технологічного процесу і складу обкотишів на ступінь окислення магнетиту, дисоціації карбонатів і якість обпалених обкотишів розроблена динамічна математична модель і програмний комплекс для розрахунку масо- і теплообміну у шарі обпалених обкотишів.

В моделі використані рівняння:

  • диференційне рівняння теплового балансу для шару сухих обкотишів, що описує швидкість зміни температури обкотишів, як функцію теплопереносу від газу, окислення магнетиту, вуглецю, витрат теплоти на дисоціацію кальциту:

(1)

де - густина сухих