Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Объективно существует проблема переработки некондиционных марганцевых концентратов Казахстана, в особенности Кайрёмского месторождения. Добываемое сейчас крупнокусковое рудное сырьё успешно используется для производства марганецсодержащих сплавов (МСС). Эднако, в процессе добычи и обогащения кроме сортового сырья также образуется мелкозернистое сырье. Использование его для производства МСС приводит к нарушению технологического режима электродуговой печи и образованию настыли на колошнике, которое мешает нормальному, самопроизвольному сходу шихты. Так плавка силикомарганца из марганцевого концентрата фракции 5-10 мм приводит к ктановке печи в течение 3-х недель. Совместная переработка мелкозернистого и :ортового марганцевого сырья также не решает проблему, так как в этом случае зезко возрастает удельный расход электроэнерпш. Проблема усугубляется также гем, что складируемый в отвалах мелкозернистый марганцевый концентрат активно пыветривается, что ухудшает экологическую обстановку в регионе и приводит к невосполнимым потерям ценного минерального сырья Казахстана. Поэтому необходимо изучение причин нарушения технологического режима. Вероятно, причинами могут быть малый размер частиц, высокая электропроводность и низкая іеакционная способность шихтовых материалов, а также низкая температура начала іазмягчения рудного компонента шихты.
Исследования выполнялись в соответствии с научно-техническими
программами Карагандинского Металлургического Института по госбюджетным
гемам: К-97 «Разработка технологии эффективной переработки железных,
марганцевых, хромитовых руд Казахстана, промышленных отходов с обеспечением
нериферийных технологий, Г-73 «Разработка технологии металлургической
переработки дисперсного железо- и марганецсодержащего сырья, Г-64
(Совершенствование технологии выплавки стати и ферросплавов».
ГЕЛЬ РАБОТЫ. Теоретігческие исследования химизма процессов, протекающих
нри выплавке марганецсодержащих сплавов с помощью полного
термодинамического анализа и оптимизация на его основе состава шихты. Экспериментальная разработка новых методов оптимгоации затрат при выплавке в щекгродуговых печах. Снижение удельного расхода электроэнергии при выплавке vICC. Нахождение условий, при которых возможно перерабатывать в шектродуговых печах некондиционное марганцевое мелкозернистое сырье Казахстана.
ТАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ. В работе впервые получены следующие данные: [. Разработана модель химических превращений, протекающих при выплавке .іарганецсодержащих сплавов, методом полного термодинамического анатиза с применением программного комплекса "АСТРА";
I. Выведена теоретическая формула расчета оптиматьной электропроводности нихты при выплавке силикомарганца;
Р! =(2*р2*Нш*Нш.т) I (0,1841Ч*(0,866*Вр.з.-(1э)),
где: р2-электросопротивление шлаковой смеси, Ом*м; Нш> щ^ -высота слоя
шихты, шлака, м; d,- диаметр электрода, м; Dp3. - диаметр распада электродов, м.
-
Экспериментально выявлен характер зависимости удельного расхода электроэнергии при выплавке силикомарганца от соотношения суммарной площади сечения электродов и площади сечения плавильной ванны;
-
Установлена новая закономерность взаимосвязи удельного расхода электроэнергии от электропроводности шихты при выплавке силикомарганца и углеродистого ферромарганца.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. На основании полученных в диссертации результатов:
в кругшолабораторных условиях разработана технология переработки мелкозернистого марганцевого сырья Жайремского месторождения, обеспечивающая повышение извлечения марганца в сплав на J 0-12% и снижение удельного расхода электроэнергии на 5-10%;
на основании теоретических и экспериментальных данных получены: оптимальное значение электропроводности шихты при выплавке марганецсодержащих сплавов (6400-6500 Ом*м), оптимальное соотношение суммарной площади сечения электродов к площади сечения плавильной ванны при выплавке марганецсодержащих сплавов из некондиционного концентрата Жайремского месторождения (0,045-0,055) и оптимальный расход углеродистого восстановителя в шихту для выплавки марганецсодержащих сплавов из ряда марганцевых концентратов центрального Казахстана.
Показана целесообразность использования мелкозернистого марганцевого концентрата для выплавки силикомарганца и углеродистого ферромарганца. Результаты исследований могут быть использованы при проектировании ферросплавов различного сортамента.- Новизна технологических разработок подтверждена патентом Республики Казахстан №10679.
При использовании вместо высококачественного сортового марганцевого концентрата (цена 90 долл. США за тонну) мелкозернистого концентрата (цена 40 долл. США за тонну) и объеме производства 100 тыс. тонн силикомарганца в год примерный годовой экономический эффект составит 6 млн. долл. США. АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положешія диссертационной работы доложены на:
-30-й научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава и студентов Карагандинского металлургического института "Карагандинский металлургический институт в решении научно-технических проблем ИСПАТ-КарМет" (г, Темиртау, 1999 г.)
-31-й научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава и студентов Карагандинского металлургического института «Научно-технический прогресс на рубеже веков» (г. Темиртау, 2001 г.)
5 международной научно-практической конференции «Инженерная наука Казахстана на пороге 21-го века» (г. Алматы, 2001 г.)
международной научно-практической конференции «Научно-технический ірогресс в металлургии» (г.Темиртау 2001)
научно-техническом семинаре по материалам диссертационных исследований на ехническом совете АО «ТНК Казхром» (г. Аксу, 2001 г.)
научно-техническом семинаре по материалам диссертационных исследований на ехническом совете АО «Жайремский ГОК» (п.г.т. Жайрем, 2001 г.) ІУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано двенадцать научных абот, в том числе 1 предварительный патент РК и 3 статьи в изданиях, екомендованых ВАК Казахстана для публикации основных результатов андидатских диссертаций (2 статьи в журнале «Комплексное использование гинерального сырья, 1 статья в журнале «Вестник Евразийского университета»). :ТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация изложена на 135 страницах іашинописного текста, включая, 27 рисунков и 28 таблиц и состоит из введения, яти глав, списка литературы из 119 наименований отечественных и зарубежных второв, приложения и заключения.
ТА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ следующие положения диссертации: . Результаты экспериментальных и теоретических исследований жидкофазного осстановления марганецсодержащих шихт различной основности и удельного асхода твердого восстановителя;
. Экспериментальная модель методики снижения удельных затрат электроэнергии [ри использовании шихтовых материалов мелкого гранулометрического состава с [омощью перераспределения энергетического потока, подаваемого в печь, путем арыгрования соотношения суммарной площади сечения электродов к площади ечения плавильной ванны;
. Новый способ опытной оптимизации удельных затрат электроэнергии при [спользовании шихтовых материалов с высокой электропроводностью путем оставления шихтовых смесей оптимальної! электропроводности; . Компьютерная программа расчета состава восстановительных смесей, 'беспечивающих оптимальное электросопротивление исходной шихты и іаксимальное извлечение целевых элементов.