Введение к работе
Актуальность проблемы.
В Казахстане длительное время разрабатывается Лисаковское месторождение оолитовых бурых железняков с повышенным содержанием фосфора. Новые месторождения аналогичных руд открыты в России - в Западной и Восточной Сибири. Значительными запасами фосфористых руд обладает ряд стран Западной Европы. До недавнего времени передел фосфористых чугунов в кислородных конверторах довольно широко был развит в Германии, Франции, Бельгии и Люксембурге. С 1976 года в Казахстане на базе фосфористых руд Лисаковского месторождения работал Карагандинский металлургический комбинат, где освоена технология выплавки стали из фосфористого чугуна в 300-т кислородных конверторах. Однако, отсутствие эффективных способов обогащения руд такого состава крайне ограничивает сегодня их потребление металлургами Казахстана и России. Поэтому настоящий и обозримый на ближайшую перспективу период работы предприятий горно-металлургического комплекса Республики будет направлен на повышение качества фосфористого железорудного сырья.
В условиях сокращения запасов качественных железных руд и наличие огромных залежей оолитовых бурых железняков объем потребления фосфористого железорудного сырья будет регулироваться содержанием железа в нем и конъюнктурой цен на сырьевом рынке и в зависимости от его доли в шихте доменной плавки содержание фосфора в чугуне будет изменяться в пределах 0,2...1,1% и выше. В настоящее время в отечественной и зарубежной практике нет аналогов высокоэффективной переработки чугунов такого состава. В этой связи исследования, разработка и совершенствование технологии конвертиро--вания чугунок с широким диапазоном содержания фосфора, являются актуальной задачей, направленной на повышение эффективности сталеплавильного передела в условиях расширения сырьевой базы черной металлургии за счет вовлечения в производство богатого по железу фосфористого железорудного сырья.
Работа выполнена в соответствии с Программой АН Каз.ССР Р.072.01 "Минеральные ресурсы", Междисциплинарной программой фундаментальных исследований АН Каз.ССР и Республиканской целевой научно-технической программой КИМС МН-АН РК Ц.0048.09.
Цель работы. Изучение физике химических, теплофизических и технологических особенностей процессов, протекающих в большегрузных конверторах при рафинировании чугунов с широким диапазоном
содержания фосфора, поиск путей дальнейшего совершенствования технологии и повышения ее эффективности. Научная новизна:
для условий рафинирования в большегрузных кислородных конверторах чугунов с широким диапазоном содержания фосфора, кремния и марганца, полученных на базе оолитовых бурых железняков, дана количественная оценка полноты протекания реакции окисления фосфора под шлаком различных периодов плавки, что позволило обосновать и в дальнейшем экспериментально подтвердить решающую роль кинетических факторов в развитии процессов дефосфорации металла и накопления оксидов железа в конечных шлаках;
разработана принципиально новая двухблочная балансовая модель первого периода конверторной плавки, позволяющая разделить и количественно оценить интенсивность протекания в. гетерогенной системе процессов окисления примесей, формирования шлака, растворения твердой металлошихты и накопления массы жидкой металлической фазы в ванне конвертора; выявлены лимитирующие звенья реакций окисления шлакообразующих компонентов в высокотемпературной твердожидкофазной и жидкой металлической системах;
теоретически обоснована и экспериментально подтверждена связь между внутренним объемом конвертора и совокупной обобщенной величиной неконтролируемых, труднопрогнозируемых статей теплового баланса, прогноз которой позволил упростить модель теплового баланса и практически приблизить результаты моделирования к реальным условиям выплавки стали;
.- экспериментально для большегрузных конверторов определен нижний порог температуры начала процесса (1200 С ), преодоление которого обеспечивает формирование активного первичного шлака, спокойное протекание окислительных процессов и высокие скорости окисления фосфора; впервые в практике конверторного производства стали теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность при 100%- ной завалке лома до завалки чугуна одновременного решения двух противоречивых задач - обеспечение высокотемпературного начала процесса при сохранении высокой доли лома в металлошихте;
- исследован и разработан динамический режим регулирования па
раметров кислородной продувки в третьем заключительном периоде
рафинирования фосфористого чугуна, обеспечиваю/дли формирование
основного активного шлака при высоких содержаниях углерода в ме-
талле и интенсификацию массообменных процессов при низкой его концентрации;
Практическая ценность работы:
- результаты теоретических и экспериментальных исследований
явились основой для разработки и внедрения технологий, направлен
ных на совершенствование фосфористого передела, обеспечивающих
улучшение технологических, технико-экономических и экологических
показателей процесса, повышение качества стали и фосфатшлака. Ре
альный экономический эффект составил более 3 млн.руб. в ценах до
1991 года и 11,5 млн. руб. и 2,3 млн.тенге после 1991 года;
- для условий переработки чугунов с пониженным до 0,2...0,6% со
держанием фосфора разработана и прошла опытно-промышленные
испытания технология, основанная на приемах, реализованных при
рафинировании фосфористых чугунов и включающая оставление ко
нечного шлака, его обработку кислородом и известью, статическую
коррекцию тепловой работы конверторов при постоянной доле чугуна
и лома в металлошихте, режим раскисления кипящего металла. Ожи
даемый экономический эффект от реализации составил более 2,0 млн.
долл. США в год.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на 8 Международных , 12 Всесоюзных и Республиканских конференциях, на координационных совещаниях, научных семинарах НТС ХМИ НЦ КПМС и КарМК и на заседаниях технических советов конверторного цеха КарМК.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 30 статьях, по результатам исследований получено 11 авторских свидетельств СССР и 6 патентов РК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 разделов, заключения, списка использованных источников из 221 наименования и приложения. Работа изложена на 245 стр. машинописного текста, содержит 63 рисунка и 30 таблиц.