Главная » 2014»Август»1 » Скачать Строение ванны печи и шлакообразование в условиях производства углеродистого феррохрома из руд массива Рай-Из. Пашкеев, Александр бесплатно
23:38
Скачать Строение ванны печи и шлакообразование в условиях производства углеродистого феррохрома из руд массива Рай-Из. Пашкеев, Александр бесплатно
Строение ванны печи и шлакообразование в условиях производства углеродистого феррохрома из руд массива Рай-Из
Диссертация
Автор: Пашкеев, Александр Игоревич
Название: Строение ванны печи и шлакообразование в условиях производства углеродистого феррохрома из руд массива Рай-Из
Справка: Пашкеев, Александр Игоревич. Строение ванны печи и шлакообразование в условиях производства углеродистого феррохрома из руд массива Рай-Из : диссертация кандидата технических наук : 05.16.02 / Пашкеев Александр Игоревич; [Место защиты: Юж.-Ур. гос. ун-т] Челябинск, 2008 178 c. : 61 08-5/954
Объем: 178 стр.
Информация: Челябинск, 2008
Содержание:
ВВЕДЕНИЕ
11 ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СТРОЕНИИ ВАННЫ ФЕРРОСПЛАВНОЙ ПЕЧИ И ВЛИЯНИИ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ШЛАКОВ НА ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА УГЛЕРОДИСТОГО ФЕРРОХРОМА
11 Представления о строении ванны ферросплавной печи, выплавляющей феррохром
12 Роль температуры начала затвердевания шлаков и их вязкости в технологическом процессе производства углеродистого феррохрома
121 Температура начала затвердевания шлаков
122 Роль вязкости шлаковых расплавов в электрометаллургии углеродистого феррохрома
2 ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ ШЛАКООБРАЗОВАНИЯ В ВАННЕ ПЕЧИ РКО-16,5 И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ШЛАКОВ ПРОИЗВОДСТВА УГЛЕРОДИСТОГО ФЕРРОХРОМА
21 Исследование ванны печи РКО-16,5, выплавляющей углеродистый феррохром
211 Методика исследования ванны печи
212 Результаты исследования ванны печи РКО-16,5
213 Работа ванны печи РКО-16,5 при выплавке углеродистого феррохрома
22 Исследование шлаков производства углеродистого феррохрома
221 Определение зависимости потерь Сг20з от состава отвальных шлаков
222 Микрорентгеноспектральный анализ отвальных шлаков
223 Исследование шлаков в процессе выпуска из печи
23 Исследование вязкости и температуры начала затвердевания расплавов системы
§0-А1203-8Ю2
231 Методика исследования вязкости шлаков
232 Исследование вязкости шлаков и нахождение математической зависимости вязкости шлаков от состава
233 Определение температуры начала затвердевания высокомагнезиальных расплавов в зависимости от состава
3 РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ МЕЖДУ ШЛАКОМ И МЕТАЛЛОМ
ПРИ ВЫПЛАВКЕ УГЛЕРОДИСТОГО ФЕРРОХРОМА
31 Термодинамическая модель распределения хрома и железа между металлическим и шлаковым расплавами
32 Термодинамическая оценка распределения хрома и железа между шлаком и металлом при выплавке углеродистого феррохрома
33 Термодинамическая модель распределения серы между металлическим и шлаковым расплавами
34 Оценка распределения серы между шлаком и металлом на завершающей стадии выплавки углеродистого феррохрома в печи РКО-16,5
35 Взаимодействие хромовой руды со шлаковым расплавом
351 Исследование взаимодействия хромовой руды массива Рай-Из с расплавом шлака углеродистого феррохрома
352 Результаты микрорентгеноспектрального исследования взаимодействия хромовой руды со шлаковым расплавом
353 Проникание жидкого шлака в шихту в центральной части ванны
Введение:
Ферросплавы являются стратегическим материалом и определяют уровень развития качественной металлургии производства легированных сталей и сплавов. Потребность в ферросплавах на мировых рынках ежегодно растет, что обусловлено увеличением производства и потреблением стали в мире, которое к 2006 г. выросло до 1180 млн тонн и продолжает расти, так как сталь остается основным конструкционным материалом. В настоящее время центр мировой металлургии переместился в регион Юго-Восточной Азии, а именно -в КНР, где производится почти треть суммарного мирового объема стали - более 400 млн тонн в год. Китай стал крупнейшим экспортером стальной продукции в мире [1, 2]. Естественно, что с резким увеличением мирового производства стали потребности в ферросплавах возрастут.
Хром в металлургии стали является одним из важнейших легирующих элементов. Сплавы хрома занимают второе место по объему производства после кремнистых сплавов. Содержание его в конструкционных, инструментальных, коррозионностойких сталях изменяется в широких пределах и для некоторых марок достигает 30 % и более. Для обеспечения потребности сталеплавильного производства в хроме мировое производство феррохрома составляет около 3 млн тонн в год и в перспективе будет расти с увеличением объема выплавки стали. Большой сортамент хромсодержащих сталей обуславливает и многообразие марок феррохрома. Соответственно, растет потребность в феррохроме, как в низко-, так в средне- и в высокоуглеродистом.
Россия занимает четвертое место в мире по выпуску стали после Китая, Японии и США и второе - по экспорту продукции металлургической отрасли. Однако, наряду с этим, отечественное ферросплавное производство испытало за последние 15 лет ряд проблем, важнейшая из которых - ухудшение ситуации с сырьевым обеспечением и поиск новых видов рудного сырья.
С начала 1990-х годов, с распадом СССР, ферросплавные предприятия и сырьевые ресурсы бывшего Союза оказались на территории нескольких независимых государств с различной политической и экономической ориентацией. Это привело к разрыву годами существовавших технологических цепочек и экономических связей, к необходимости поиска и переориентации российских предприятий на новые источники рудного сырья. Кроме этого, всякий обмен технической и технологической информацией был практически прекращен.
В связи с нестабильным состоянием экономики России в течение 90-х годов произошел значительный спад во всех отраслях промышленности, в том числе и в металлургической. Непосредственно это затронуло и ферросплавное производство, в частности, подобная ситуация существовала на Челябинском электрометаллургическом комбинате (ЧЭМК) из-за многих факторов, наиболее негативные из которых - потеря постоянной сырьевой базы, хромитовых руд Кемпирсайского месторождения, ставших собственностью Казахстана, и непомерно возросшие тарифы на электроэнергию.
Для обеспечения сырьем производства высокоуглеродистого и передельного феррохрома на ЧЭМК производилась закупка хромитовых руд на внешнем рынке - руду ввозили из Индии, Албании, Турции. Часть руды закупалась в Казахстане. Также началась разработка и использование бедной руды относительно небольших месторождений Южного Урала. Работа на разносортном сырье с различными металлургическими свойствами, часто не до конца изученными, сопровождалась снижением технико-экономических показателей.
С позиции экономической безопасности и стабильности работы ферросплавного производства развитие отечественной рудно-сырьевой базы является и останется наиболее актуальной задачей.
С конца 1990-х годов началась интенсивная разработка месторождений хромитовых руд массива Рай-Из на Полярном Урале, в частности, месторождения Центральное. С учетом прогнозных ресурсов запасы этого месторождения по хромитовым рудам оцениваются в 26 млн тонн, и в настоящее время руда с этого месторождения является основным хромсодержащим сырьем для производства углеродистого феррохрома на ЧЭМК.
Переход на использование при выплавке углеродистого феррохрома руд массива Рай-Из с качественно новыми характеристиками и свойствами привел к необходимости всестороннего изучения их физико-химических свойств, анализу металлургических процессов, протекающих при нагреве и восстановлении хромитов, и участия в нем вмещающих пород, входящих в состав этих руд.
Все фундаментальные физико-химические исследования в области теории и практики производства углеродистого феррохрома были выполнены в 50-80-х годах прошлого века. Большой вклад в развитие теории и практики производства сплавов хрома внесли Уральская (O.A. Есин, П.В. Гельд [3], А.Н. Морозов, В.А. Кожеуров, Я.С. Щедровицкий, Х.Н. Кадарметов, М.А. Рысс [6], H.JI. Жило и др.), Московская (В.П. Елютин [4], Н.П. Лякишев, О.С. Бобкова и др.) и Днепропетровская (М.И. Гасик, С.И. Хитрик, Б.И. Емлин [8, 9] и др.) металлургические школы. Теоретические основы и практика производства вошли в монографии и учебники [3-9] и десятилетиями используются в подготовке металлургов. Работы последних лет [9, 10] существенно дополнили теоретические представления о производстве феррохрома, однако информация о металлургических свойствах, полученная в результате многолетнего узконаправленного изучения хромитовых руд Кемпирсайского месторождения, и накопленный десятилетиями технологический опыт работы на казахских рудах, как показала современная практика работы в новых условиях, оказались недостаточными. К настоящему времени накопился ряд вопросов и противоречий, которые требуют уточнения и проверки результатов исследований и сложившихся представлений 50-80-х годов с использованием современного оборудования, новых методик и с применением компьютерного обеспечения.
Таким образом, создалась необходимость и целесообразность исследований хромитовой руды массива Рай-Из при нагреве в реальных условиях ванны печи, последовательности фазовых превращений в руде при окислительном нагреве и карботермическом восстановлении, процессов шлакообразования и свойств современных шлаков. Необходимо дополнительно изучить строение ванны работающей печи, изменение структуры руды в предвосстановительный период и 6 распределение температурных зон в ванне, поскольку эти вопросы являются ключевыми в технологическом процессе производства углеродистого феррохрома. Несмотря на многолетнюю практику работы и общепринятую схему строения ванны, не менявшуюся в течение нескольких десятков лет, строение ванны и ее работа остаются спорными и до конца не изученными.
В работе проанализированы литературные данные по теоретическим и практическим проблемам восстановления хромитовых руд, по физико-химическим исследованиям в области теории и практики производства углеродистого феррохрома. В результате проведения собственных исследований:
• разработана методика исследования печи методом зондирования и изучено строение ванны работающей руднотермической печи и особенности процессов, протекающих на разных горизонтах в различных зонах печи: в непосредственной близости от электродов - в зоне «тиглей», в межэлектродном пространстве, в центре печи и вблизи футеровки стен;
• исследован фазовый состав отвальных шлаков и проб шлака, взятых по ходу выпуска;
• исследована вязкость высокомагнезиальных шлаков, определены температуры начала затвердевания синтетических высокомагнезиальных шлаков производства углеродистого феррохрома. Методом Бокса-Уилсона получено уравнение зависимости вязкости от химического состава шлака;
• построена поверхность ликвидус системы ]У^О-8Ю2-А12Оз в области, соответствующей шлакам углеродистого феррохрома;
• исследовано распределение элементов между шлаком и металлом на шлаках промышленного производства;
• изучен методом микрорентгеноспектрального анализа (МРСА) процесс растворения образцов руды Рай-Из в шлаковом расплаве;
• исследовано изменение фазового состава хромовой руды при окислительном нагреве;
• получена дополнительная информация о влиянии М^О и СаО на свойства шлаков.
В целом, в работе изучено поведение используемой в производстве хромовой руды при нагреве в реальных условиях ванны печи. Исследованы процессы шлакообразования в ванне печи и свойства современных шлаков. Исследована связь химического состава шлаков и безвозвратных потерь металла и оксида хрома с отвальными шлаками. Предложена методика расчета распределения серы между шлаком и металлом, подтверждена ее корректность в оценке распределения других элементов в низкошахтных руднотермических печах. Впервые получены данные по строению межэлектродного пространства ванны действующей промышленной руднотермической печи и процессах, протекающих на разных горизонтах в различных зонах печи, что дает информацию для управления процессом восстановления соответствующей подготовкой сырья.
1. ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СТРОЕНИИ ВАННЫ ФЕРРОСПЛАВНОЙ ПЕЧИ И ВЛИЯНИИ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ШЛАКОВ НА ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА УГЛЕРОДИСТОГО ФЕРРОХРОМА
Начало расширенных исследований металлургических свойств шлаков производства углеродистого феррохрома и физико-химических процессов, происходящих в печи при выплавке углеродистого феррохрома относится к 50-м годам прошлого века.
Шлаки являются нецелевым, но неотъемлемым побочным продуктом производства углеродистого феррохрома и играют существенную роль в ходе технологического процесса непосредственно в печи, при выпуске и разливке сплава, а также определяют степень полезного использования хрома и содержание вредных примесей в металле. Шлакообразующие оксиды А1203, Б Юг, СаО, Сг203, БеО и в незначительных количествах другие (№20, К20) поступают в печь с хромовой рудой, восстановителем, флюсующими добавками, оборотными хромсодержащими возвратами, а также из золы электродов и футеровки печи. Основу шлаков углеродистого феррохрома представляют оксиды М^О, А12Оз, 8Ю2, на долю которых приходится 92-95 % всех оксидов, образующих шлаковый расплав. Состав и количество образующихся шлаков в основном зависят от состава поступающей на плавку хромовой руды.
