Введение к работе
Актуальность темы
Молибден, относящийся к группе редких металлов, широко применяется в черной металлургии а виде ферромолибдена для легирования конструкционных сталей и жаропрочных сплавов, в Российской Федерации в последние годы наблюдается дефицит ферромолибдена, производимого из сульфидного молибденового концентрата только на ОАО "Челябинский электрометаллургический комбинат" (ОАО "ЧЭМК").
Технология производства ферромолибдена включает два передела: обжиг сульфидного молибденового концентрата в многоподовых печах и внепечную металлотермическую плавку. Отходы обжига молибденового концентрата состоят из газообразных и мелкодисперсных пылевых продуктов. В газообразной фазе содержится SO2 и соединения рения, в пылевой - молибден, рений, а также цветные примесные элементы. Выброс в атмосферу S02 ухудшает экологическую обстановку в районе производства, потеря ценных металлов, требующих переработки, приносит убытки предприятию. В среднем на 1 тонну выпускаемого ферромолибдена приходится до 500 кг шлакомоталлических и пылевидных отходов, в том числе содержащих ценные сопутствующие элементы. Наряду с этим в разных отраслях промышленного производства образуются отходы, содержащие ценные цветные металлы. Улучшение экологической ситуации и утилизация всех компонентов отходов возможны при условии разработки рациональной технологии получения обожженного молибденового концентрата.
За последнее время в производство ферромолибдена внепечным процессом стали использоваться низкосортные молйбденозые концентраты, которые требуют повышенного удельного тепловыделения проплавляемой шихты. При этом увеличение доли алюминия в состава кремнийалюминиевого энергоносителя -восстановителя повышает затраты на получение ферромолибдена. В целом использование металлических восстановителей для внепечного металлотермического процесса характеризуется высоким сквозным расходом энергии с учетом ее расхода на получение металлических восстановителей-энергоносителей из природного сырья. Внепачной процесс имеет существенные ограничения по количеству вводимых флюсов, например, СаО.
Чтобы оптимизировать показатели производства и улучшить его экономику следует оценить теплотехнические и температурные условия, а также возможности внепечного металлотермического процесса получения ферромолибдена из разнообразного сырья.
Для этого требуется разработка и использование концепции теплового и температурного режимов внепечного процесса с последующим созданием матеиатической модели.
Разработка и применение технологии получения ферромолибдена из низкосортного молибденового концентрата в дуговой рафинировочной электропечи с учетом тепловых и температурных условий протекающих процессов позволяет сократить расход дорогостоящего алюминия и алюминиевого порошка, а также
Ферросилиция и железной руды, а промышленное внепечное и элеюропечное производство лигатур на основе молибдена и других легирующих элементов с использованием отходов собственного производства и отходов различных производств позволяет утилизировать эти отходы, увеличивать выпуск молибденсодержащих сплавов, снижать их стоимость, что определяет актуальность задач, решаемых в работе.
Цєдь, работу - разработка рациональной ресурсосберегающей технологии
получения молибденсодержащих ферросплавов, включая обжиг молибденового
концентрата с утилизацией серы и. рения, выплавку ферромолибдена из
низкосортного молибденового концентрата и лигатур на основе молибдена в
электродуговой рафинировочной печи с привлечением в производство отходов
производства; разработка метода расчета оптимальных тепловых и температурных
условий внепечного металлотермического процесса применительно к разнообразным
молибденовым концентратам и условиям плавки. '
В соответствии с поставленной целью основные научные задачи исследования
РКДЮЗДЛИ. ;
исследование физико-химических процессов, протекающих при получении обожженного молибденового концентрата;
выявление и исследование процесса разложения сульфатных соединений в присутствии сульфидов при окислительном обжиге молибденсодержащих материалов;
мзучэкиа теплового и температурного режимов внепечного процесса получения ферромолибдена;
анализ теплового режима получения ферромолибдена и лигатур на основе молибдена металлотермичоским процессом без подвода тепла извне и с подводом тепла в виде электроэнергии.
Научная новизна. Выявлен механизм взаимодействия сульфатних и сульфидных компонентов в процессе окислительного обжига молибденового концентрата. .
Впервые построена тепловая и температурная модель внепечной метзллотермичаской плавки, позволяющая прогнозировать и оптимизировать внепечной процесс получения ферромолибдена.
В результате исследования тепловых и температурных параметров внепечной металлотермической плавки ферромолибдена установлено, что температура процесса является определяющей для продолжительности процесса взаимодействия компоиантоз шихты, а оптимальная температура получанного расплава определяет теплосодарікакиа маталлз и шлака, которое необходимо для поддержания требуемой температуры при последующей выдержке раеллазов с целью разделения шлаковой и металлической фаз. Выявлены численные значения удельных тепловых потерь, влияющих на изменение температуры расплава, и их зависимость от массы проплавляемого материала и продолжительности внепечного металлотермического процесса.
Установлена целесообразность проведения металлотермических процессов получения ферромолибдена и лигатур на его основе с регулируемой основностью шлаковой фазы и подводом тепла в виде электроэнергии.
Практическая ценность работы. Предложен принципиально новый подход к технологиям окислительного обжига молибденового концентрата, а также получения ферромолибдена и молибденсодержащих лигатур металлотермическим процессом. Разработаны и испытаны двухстадийная технология обжига молибденового концентрата, замена промышленного внепечного способа получения ферромолибдена из низкосортного молибденового концентрзта на производство в дуговой рафинировочной электропечи и новая технология выплавки молибденсодержащих лигатур из промышленных отходов.
Реализация результатов работы в промышленности. Испытана в полупромышленных условиях заводов "Победит" и Рязанском опытном двухстадийная технология обжига молибденового концентрата, разработанная автором и защищенная патентами.
На ОАО "ЧЭМК" освоена и используется в промышленных условиях технология выплавки ферромолибдэна и лигатур на основе молибдена в дуговой рафинировочной печи из низкосортного молибденового концентрата и промышленных отходов ззамен внепечного процесса.
В результате использования разработанной технологии при производстве ферромолибдена и лигатур на основе молибдена значительно снижена себестоимость продукции.
Апробация работы. Основные результаты и научные положения работы обсуждались: на научно - техническом семинаре "Проблемы охраны окружающей среды Уральского региона" на Международной выставке "УРАЛЭКОЛОГИЯ-97" (Екатеринбург, апрель 1997 г.); на Международной научно-технической конференции "Прогресс науки и технологии в производства ферросплавов" (Запорожье, Украина, октябрь 1997 г.); на технических совещаниях ОАО "ЧЭМК" .
Публикации. По- результатам выполненных исследований автором опубликовано 3 печатные работы, получено 4 патента.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из пяти глав, заключения, библиографического списка из 90 наименований и приложения. Работа изложена на 170 страницах машинописного текста, содержит 31 рисунок и 50 таблиц.