Введение к работе
Актуальность работы: Традиционные технологические процессы производства стали включают агломерацию, доменное и коксохимическое производство. Кафедрой ТМП Московского Института Стали и Сплавов с середины 80-х годов разрабатываются основы одностадийного технологического процесса прямого производства электростали методом восстановительной плавки с использованием расходуемых самообжигающихся полых электродов, через которые в электродуговую печь подаются оксидные железорудные материалы в смеси с восстановителем. Особенно возрастает значение данной технологии в современный период, так как малая металлургия позволяет использовать любые сорта топлива, различные железорудные концентраты, отходы производства, шламы.
Преимуществами данной технологии являются: простота в аппаратурном оформлении и управлении ходом плавки, относительно низкие капитальные и эксплуатационные расходы, возможность конструктивного выполнения процесса как экологически чистого при реализации его в закрытом кожухе и с использованием тепла отходящих газов. Применение данной технологии для вторичного использования отходов металлургического передела является перспективным направлением, требующим тщательной проработки.
В предшествующих работах была создана модель процессов восстановления оксидов железа в полом электроде, но в связи со значительными упрощениями ей был присущ ряд недостатков: описывался только одномерный процесс тепломассопереноса в полом электроде, тогда как в условиях реальной промышленной установки может иметь существенное значение радиальная составляющая тепломассопереноса; не уделялось внимание двухфазной зоне, возникающей в процессе плавления электродной массы в полом электроде; расчет производился только для установившегося режима восстановления оксидов железа в полом электроде, основанного на
нагреве с постоянной скоростью, т.е. не предусмотрен произвольный режим изменения температуры и скорости схода электродной массы; модель не позволяла расчитывать химический состава по объему полого электрода; не учитывалось влияние на ход процесса температурного поля вокруг полого электрода; отсутствовала возможность моделирования селективного газоотвода на состав восстановительной атмосферы внутри полого электрода.
Отсюда с учетом вышесказанного весьма актуальной представляется задача подробного описания процесса восстановления оксидов железа в полом электроде, позволяющего преодолеть описанные недостатки существующих подходов, с достаточной точностью прогнозировать ход процесса восстановления оксидов железа в полом электроде и определить условия применимости данного процесса для переработки вышеупомянутого сплава. Для количественной верификации созданного описания должна быть разработана соответствующая математическая модель, формализованная в виде системы уравнений и, в случае невозможности аналитического решения последней, реализованная в виде программы для ЭВМ.
Кроме того, как уже отмечалось выше, существует возможность переработки в полом электроде отходов металлургического производства; а. в настоящее время в стране накоплено огромное количество металлургических отходов, так на одном Магнитогорском металлургическом комбинате ежегодно образуется 235 тысяч тонн шламов и пылей /1/; на горнообогатительных комбинатах накоплено большое количество отходов (хвостов ) в процессе обогащения сульфидных руд. Они содержат такие ценные элементы, как железо, титан, хром, алюминий, марганец, ниобий и другие. Помимо того факта, что оказываются не использованными многие ценные металлы, происходит значительное загрязнение окружающей среды.
В данной работе разрабатывался способ использования сплава, полученного из отходов обогащения методом алюмотермического восста-
новления. По составу этот сплав близок к составу ферросилиция. Основная трудность в его утилизации - это очень высокая (выше 2000 С) температура плавления. Выявление недефицитных присадок к выше упомянутому сплаву, позволяющих ассимилировать его расплавом при температурах, характерных для сталеплавильных процессов ( 1400-1500 С ), являлось одной из задач данной работы. Использования данного легирующего сплава в промышленности позволит снизить уровень загрязнеігия окружающей среды.
Цель работы: разработка вариантов утилизации сплава, полученного аліомотермическим восстановлением окисленных хвостов обогащения.
Научная' новизна: разработано описание процесса восстановления оксидов железа в полом электроде; получены данные, позволяющие получить зависимость химического состава электродной массы по объему полого электрода от параметров процесса; по данным 'верификации разработанная модель была признана адекватно описывающей исследуемый процесс.
Практическая значимость: разработана комплексная оксидная модифицирующая присадка, позволяющая использовать сплав, полученный аліомотермическим восстановлением хвостов обогащения; установлен ее оптимальный состав; предложен способ использования исходного сплава, позволяющий утилизировать окисленные хвосты обогащения, кроме того предложенный способ может быть с успехом использован для модификации тугоплавких карбонитрндосодержащих сплавов, полученных металло-термическим восстановлением пиритных огарков, хвостов обогащения никелевых руд, а также других видов подобных отходов; на основе разработанной математической модели восстановления оксидов железа в полом электроде создан проект лабораторного практикума, позволяющего проводить имитационный восстановительный эксперимент в реальном масштабе времени.
Публикации и апробация: Основные результаты работы представле-
ны на девятой научной международной конференции "Современные проблемы электрометаллургии стали" в г.Челябинске, 1995 г. и опубликованы в 2-х печатных работах.
В настоящей работе защите подлежат: комплексная оксидная модифицирующая присадка, позволяющая использовать сплав, полученный алюмотермнческим восстановлением хвостов обогащения; ее оптимальный состав; математическая модель процессов восстановления оксидов железа в полом электроде.
Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, четырех
глав, заключения, списка использованных источников, включающего
наименований и приложения. Работа Изложена на 107 страницах машинописного текста, содержит 5 таблиц и 32 рисунка.