Введение к работе
Актуальность работы. Выбранное направление, связанное с развитием теоретических основ и прикладных аспектов кислородно-конвертерного процесса, является актуальным. Проведение исследований обусловлено необходимостью совершенствования ресурсосберегающих технологий, связанных с переработкой в конвертерах способом жидкофазного восстановления железо - и марганецсодержащего сырья, а также широкого спектра металлургических отходов. В этой связи особый интерес представляет изучение и разработка рациональных режимов продувки расплава, присадки в ходе плавки значительных количеств оксидных материалов на основе получения новой информации по гидро-газодинамике ванны, структуре и параметрам реакционных зон при введении углеродсодержащих восстановителей.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» в рамках научно-технической программы Рособразования «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» подпрограммы «Производственные технологии», региональной программы «Горно-металлургический комплекс Кузбасса», при поддержке грантов МО РФ по фундаментальным исследованиям в области технических наук по проблемам металлургии ТО2-05.2-2749 и ТО2-05.2-2743.
Цель работы. На основе теоретических и экспериментальных исследований разработать и совершенствовать технологию продувки конвертерной ванны с жидкофазным восстановлением железо-марганецсодержащих материалов, обеспечивающую значительное повышение выхода годного металла, снижения расхода марганецсодержащих ферросплавов и шлакообразующих материалов.
Для достижения указанной цели в работе поставлены задачи: систематизировать базу термодинамических данных возможных реакций между оксидами железа и марганца и различными восстановителями и на основе физико-химического анализа выявить возможность интенсификации восстановления оксидов из шлака по ходу продувки конвертерной ванны кислородными, кислородно-топливными и нейтральными газовыми струями; установления особенностей поведения конвертерной ванны, структуры и параметров реакционных зон при введении углеродсодержащих восстановителей, оксидных материалов и дожигании отходящих газов; разработки и оптимизации режимных параметров, определения предельных критических значений шихтовки, новых технологических вариантов продувки конвертерной ванны с жидкофазным восстановлением.
Научная новизна. Cистематизирована база термодинамических данных для всех возможных реакций между оксидами железа и марганца и различными восстановителями. На основе термодинамического анализа выявлены наиболее эффективные реагенты для раздельного и совместного восстановления монооксидов железа и марганца в условиях конвертерного процесса с жидкофазным восстановлением. Проанализированы и уточнены основные положения высокотемпературного моделирования продувки конвертерной ванны с жидкофазным восстановлением, в том числе при использовании присадок железомарганцевых оксидных материалов, использованием углеродсодержащих восстановителей и дожиганием отходящих газов. С использованием усовершенствованных установок и методик «горячего» моделирования получены новые сведения и изучены особенности поведения и аэрогидродинамики конвертерной ванны при продувке расплава в агрегатах жидкофазного восстановления. На основании полученных теоретических и экспериментальных данных выполнены аналитические исследования по разработке и оптимизации параметров технологии конвертерной плавки с жидкофазным восстановлением. Выполнен термодинамический и кинетический анализ процессов, сопровождающих выплавку стали в 160-т конвертерах с использованием оксидных материалов на примере прокатной окалины.
Практическая значимость и реализация результатов. Полученные в работе научные результаты использованы при разработке и промышленном внедрении технологии двустадийного газо-кислородного рафинирования в конвертере с жидкофазным восстановлением при полном или частичном замещении металлолома прокатной окалиной и послужили основой при разработке дополнений к технологической инструкции для условий кислородно-конвертерного цеха №1 ОАО «ЗСМК».
Предмет защиты и личный вклад автора. На защиту выносятся основные положения, представляющие научную новизну и практическую значимость, в том числе:
систематизированная база термодинамических данных для возможных реакций восстановления оксидов железа и марганца при температурах процесса, позволяющая обоснованно выбирать для диапазона температур наиболее эффективные способы для раздельного или совместного восстановления монооксидов железа и марганца;
идея оптимального сочетания кинетических и гидродинамических параметров процесса с определенными термодинамическими условиями в каждом характерном периоде операции;
комплексная методика проведения опытных плавок на конвертерах жидкофазного восстановления, включающая анализ распределенных во времени и пространстве окислительно-восстановительных процессов;
результаты аналитических исследований и оптимизации параметров технологии плавки с жидкофазным восстановлением на основе термодинамического и кинетического анализа процессов, сопровождающих выплавку стали в 160-т конвертерах с использованием оксидных материалов;
параметры технологии конвертерной плавки с частичной или полной заменой металлолома отходами производства – прокатной окалиной, в том числе в предельных режимах шихтовки плавки.
Автору принадлежит: теоретические и экспериментальные исследования; совершенствование методов высокотемпературного моделирования аэрогидродинамических и теплообменных явлений при продувке конвертерной ванны с жидкофазным восстановлением; аналитическая оценка технологии; участие во внедрении в промышленных условиях технологии конвертерной плавки с жидкофазным восстановлением; результаты обработки и обобщения данных экспериментов.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены на III Межвузовской научно-технической конференции по фундаментальным проблемам металлургии, г. Екатеринбург, 2002 г.; Международной научно-практической конференции, посвященной 90-летию Меджибожского М.Я. «Современные проблемы производства стали и управление качеством подготовки специалистов», г. Мариуполь, ПГТУ, Украина, 2002 г.; XIII Международной научно-практической конференции «Теория и практика сталеплавильных процессов», г. Днепропетровск, Украина, 2008 г.; Всероссийской научно-технической конференции «Металлургия: новые технологии, управление, инновации и качество», г. Новокузнецк, 2008 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ, из них 6 статей в изданиях, рекомендованных ВАК для опубликования результатов кандидатских и докторских диссертаций.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованных источников из 162 наименований, приложения и содержит 146 страниц текста, 32 рисунка, 20 таблиц.
