Введение к работе
з
Актуальность работы. Состояние сырьевой базы и экономические условия развития современной черной металлургии обусловили объективные предпосылки для ускоренного освоения нового направления производства железа - бескоксовой внедоменной выплавки железоуглеродистого полупродукта для производства стали.
Процесс РОМЕЛТ, разработанный под руководством акад. РАЕН, профессора В. А. Ромеица в Московском институте стали и сплавов, прошел комплексные испытания на установке промышленного масштаба на Новолипецком металлургическом комбинате. Получено более 40 тыс. т чугуна, успешно освоены технологии переработки основных видов железосодержащего сырья и отходов. В настоящее время это наиболее технологически освоенный одностадийный процесс полностью жидкофазного восстановления железа, готовый к промышленной реализации. В течение 1999-2000 гг. разрабатывается техническая документация на сооружение установки РОМЕЛТ мощностью 320 тыс. т чугуна в год в Индии.
Важнейшим фактором, определяющим эффективность современных реакторов жидкофазного восстановления железа, является их гидродинамический режим. Для оптимального ведения процесса принципиально важно поддержание необходимых параметров шлакоугольной суспензии. Определение этих параметров особенно актуально для печи РОМЕЛТ, где в барботируемом шлаковом расплаве одновременно протекают как процессы восстановления оксидов железа углем'из шлака, так и горение угля в кислороде барботажных фурм.
Целью настоящей работы является изучение особенностей поведения угля в процессе жидкофазного восстановления железа РОМЕЛТ.
Для Достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
экспериментальное. изучение вертикальной зональности барботируемой шлакоугольной суспензии и шлакометаллической эмульсии;
исследование на основе полученных экспериментальных дачных роли угля в восстановлении железа в печи РОМЕЛТ;
исследование поведения угля в шлаковой ванне (особенностей его замешивания в шлак,, расходования в зонах ванны с преобладающими восстановительными и окислительными условиями).
исследование энергетики перемешивания в характерных зонах шлаковой ванны;
- исследование работы установки РОМЕЛТ при блокировке углем
поверхности шлаковой ванны.
Объектом исследования является процесс плавки железосодержащего сырья в печи РОМЕЛТ.
Предметом исследования является взаимосвязь гидродинамических и физико-химических параметроп технологии, определяющих закономерности поведения угля в печи РОМЕЛТ.
На защиту выносится:
результаты экспериментального исследования системы "шлак-уголь-металл" в печи РОМЕЛТ;
методика и результаты кинетического анализа вкладов основных восстанавливающих агентов (восстановителей) в интегральную скорость процесса образования металлического железа в печи РОМЕЛТ;
методика теоретической оценки содержания и фракционного состава угля, замешанного в шлаке, а также характерных времен существования в шлаке угольных частиц разных фракций и скорости их реагирования со средой;
методика определения условий перехода к режиму блокировки углем поверхности шлаковой ванны.
Научная новизна работы:
- впервые экспериментально определены содержания, фракционный состав
и удельные поверхности капель металла и угольных частиц в характерных зонах
шлаковой ванны печи РОМЕЛТ;
проведен кинетический анализ вкладов основных восстановителей в интегральную скорость образования металлического железа в печи; показана преобладающая роль в жидкофазном восстановлении железа частиц угля, непосредственно контактирующих со шлаком;
разработана математическая модель расходования угольных частиц условиях процесса РОМЕЛТ. Модель позволяет оценивать содержание v. фракционный состав угля, замешанного в шлаке, при различных фракционное составе загружаемого в печь угля и скорости его подачи. Определень характерные времена существования в шлаке угольных частиц разных фракций і скорости их реагирования со средой. Показано, что частицы угля крупных і средних фракций участвуют как в восстановлений железа, так и в процесса? горения и газификации в барботажных столбах, а мелкие частицы угля слаб< взаимодействуют с чутьем барботажных фурм, и преимущественно участвуют і восстановлении же.;еза из шлака. Рекомендован оптимальный диапазон да размеров угольных частиц, находящихся в шлаковой ванне. Рассчитань характерные времена пребывания угольных частиц различных фракций в зона; ванны с преобладающими восстановительными и окислительными условиями определена интенсивность обмена угольными частицами между этими зонам» Оценено время, в течение которого происходит выгорание угля из шлака прі остановках загрузки в печь угля;
впервые показано, что избыточное накопление угля в шлаковой ванн приводит к нарушению нормального технологического процесса;
- на основе энергетического анализа перемешивания в характерных зонах
цлаковой ванны разработана математическая модель, позволяющая определить
условия перехода к режиму блокировки углем поверхности шлаковой ванны;
- сформулирован критерий наступления режима блокировки углем
товерхности шлаковой ванны; даны рекомендации по выводу печи из этого
эежима на режим нормальной работы установки.
Практическая значимость. Разработанные модели могут быть использованы для определения технологических параметров процесса плавки. Разработанная методика теоретической оценки содержания и фракционного :остава угля, замешанного в шлаке, может быть применена для исследования поведения угля в любых установках жидкофазного восстановления железа. Практически полезны выработанные рекомендации по рациональному фракционному составу угля, количественным ограничениям содержания угля в шлаковой ванне, по управлению плавкой в режиме избыточного накопления угля в ванне.
Реализация результатов работы. Полученные результаты использованы при разработке технологии для промышленной установки РОМЕЛТ (320 тыс. т чугуна в год) в Индии.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-практической конференции "Металлургия на пороге XXI века - достижения и прогнозы" (Новокузнецк, 2000) и на Всесоюзной научно-технической конференции "Непрерывные металлургические процессы "руда-лом-металлопрокат" (Свердловск, 1989).
Публикации. По результатам работы опубликовано 8 статей; 2 статьи приняты к печати; подана заявка на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и изложена на/<$9стр., в том числе Ігрис, /3 таблиц. Список литературы включает 106 наименований.