Введение к работе
Актуальность работы
Основными требованиями, предъявляемыми в настоящее время к производственным процессам, являются повышение качества продукции, снижение ее себестоимости, рациональное использование ресурсов и экологическая безопасность производства.
К числу наиболее востребованных легирующих элементов, введение которых позволяет значительно повысить уровень эксплуатационных свойств металла, относится ванадий. Основным легирующим материалом при производстве ванадийсодержащих сталей является феррованадий, имеющий высокую стоимость. Для дальнейшего расширения производства и обеспечения конкурентоспособности ванадийсодержащих сталей особую значимость имеет применение способа легирования, основанного на обработке металла оксидными ванадийсодержащими материалами, в том числе конвертерным ванадиевым шлаком, при обеспечении условий восстановления ванадия из этих материалов.
В настоящее время в качестве восстановителей применяют имеющие высокую стоимость алюминий, кремний, кальций. В связи с этим разработка технологии обработки стали конвертерным ванадиевым шлаком с использованием в качестве восстановителей кремния и углерода является актуальной задачей. В связи с низкой стоимостью углерода применение такой технологии позволит существенно снизить себестоимость металлопродукции.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с заданием Министерства образования и науки РФ по аналитической ведомственной целевой программе «Развитие научного потенциала высшей школы» на 2009 – 2013 гг.» и планом научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет»
Цель работы
Исследование процесса углеродосиликотермического восстановления ванадия из оксидных ванадийсодержащих материалов в условиях сталеплавильного производства с использованием расчетных и экспериментальных методов и оптимизация технологических параметров внепечной обработки стали конвертерным ванадиевым шлаком.
Основные задачи
- теоретическое и экспериментальное исследование процесса углеродосиликотермического восстановления ванадия из оксидных ванадийсодержащих материалов;
- определение оптимальных параметров углеродосиликотермического восстановления ванадия из конвертерного ванадиевого шлака и разработка технологии легирования при внепечной обработке стали.
Научная новизна
- впервые изучено взаимодействие ванадия, углерода и кремния при совместном углеродосиликотермическом восстановлении ванадия из ванадийсодержащих оксидных материалов;
- впервые методами термодинамического моделирования получены и подтверждены экспериментальными исследованиями данные о процессе углеродосиликотермического восстановления ванадия, железа, титана и марганца из конвертерного ванадиевого шлака для условий внепечной обработки стали;
- научно обоснованы и экспериментально подтверждены оптимальные условия, обеспечивающие максимальное извлечение ванадия из конвертерного ванадиевого шлака при углеродосиликотермическом восстановлении ванадия для условий внепечной обработки стали.
Практическая значимость и реализация результатов
- результаты диссертационной работы могут быть использованы: для создания более эффективных технологий обработки стали при ее производстве; для совершенствования образовательных технологий при подготовке специалистов в области металлургии;
- разработана и внедрена технология легирования стали ванадием при обработке ее конвертерным ванадиевым шлаком на установке ковш – печь, что подтверждено актом о внедрении результатов работы в производство в ЭСПЦ ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК»;
- результаты работы использованы в учебном процессе в рамках дисциплин «Теория и технология производства ферросплавов», «Внепечные и ковшовые процессы» по направлению «Металлургия» ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет», что подтверждено актом о внедрении результатов диссертационной работы в учебный процесс.
Методы исследований
Термодинамическое моделирование процесса углеродосиликотермического восстановления ванадия из ванадийсодержащих оксидных материалов проводили с использованием программного комплекса «Терра».
Экспериментальные исследования процесса восстановления ванадия из оксидных материалов были выполнены в лабораторной печи сопротивления.
Химический и фазовый состав исходных и полученных материалов определяли с применением методов химического, рентгенофазового и спектрального анализа.
Промышленные испытания легирования стали ванадием на установке ковш – печь с использованием конвертерного ванадиевого шлака проводили в условиях ЭСПЦ ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК». Качество металла контролировали по макро- и микроструктуре и неметаллическим включениям.
Достоверность полученных результатов
Достоверность и обоснованность полученных результатов, выводов и рекомендаций подтверждаются совместным использованием современных методов термодинамического анализа и статистической обработки результатов и экспериментальных исследований процесса восстановления ванадия из оксидных материалов, сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований с результатами промышленных испытаний.
Предмет защиты
На защиту выносятся:
- результаты теоретических и экспериментальных исследований углеродосиликотермического восстановления ванадия из оксидных ванадийсодержащих материалов;
- результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса обработки стали конвертерным ванадиевым шлаком с использованием в качестве восстановителей углерода и кремния;
- технологическая схема легирования стали ванадием при внепечной обработке ее конвертерным ванадиевым шлаком.
Автору принадлежит
- постановка задач теоретических и экспериментальных исследований углеродосиликотермического восстановления ванадия из оксидных ванадийсодержащих материалов;
- обработка и анализ результатов термодинамического моделирования процесса восстановления ванадия из оксидных ванадийсодержащих материалов с использованием в качестве восстановителя углерода, кремния и их комплексном применении;
- проведение лабораторных исследований процесса восстановления ванадия из оксидных ванадийсодержащих материалов углеродом, кремнием и при их совместном использовании в качестве восстановителей;
- участие в промышленном испытании технологии легирования ванадием при внепечной обработке стали конвертерным ванадиевым шлаком;
- разработка технологической схемы легирования ванадием при внепечной обработке стали конвертерным ванадиевым шлаком.
Соответствие диссертации паспорту специальности
Диссертационная работа соответствует паспорту специальности 05.16.02. – Металлургия черных, цветных и редких металлов: п. 4 «Термодинамика и кинетика металлургических процессов», п. 5 « Металлургические системы и коллективное поведение в них различных элементов», п. 14 «Металлургические шлаки и их использование», п. 15 « Внепечная обработка стали».
Апробация работы
Основные положения диссертации доложены и обсуждены на следующих конференциях: 15-я Международная научно-практическая конференция «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири (Сибресурс – 15 – 2009)», 5 – 7 октября 2009, г. Иркутск; XIV Международная конференция «Современные проблемы электрометаллургии стали», 2010, г. Челябинск; 16-я Международная научно-практическая конференция «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири (Сибресурс – 16 – 2010)» , 4 – 6 октября 2010, г. Абакан; 17-я Международная научно-практическая конференция «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири (Сибресурс – 17 – 2011)» , 28 – 30 сентября 2011, г. Томск; XV Всероссийская научно-практическая конференция «Металлургия: технологии, управление, инновации, качество», 9 – 11 ноября 2011, г. Новокузнецк.
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 2 работы в рецензируемых научных журналах.
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 132 наименований. Работа изложена на 151 странице печатного текста, содержит 21 таблицу, 77 рисунков, 2 приложения.
