Введение к работе
Актуальность проблемы. Глубокие структурные изменения в экономике , связанные с реализацией курса на реструктуризацшо_лро-мышленности и всемерную интенсификацию общественного производства, неотделимь'і от пересмотра негативной практики расточительного отношения к минерально-сырьевым ресурсам страны. Очевидно, что важнейшим резервом повышения производительности труда и развития общественного производства является всемерная экономия сырья, топлива и энергии, применение ресурсосберегающих малоотходных технологий, снижение материалоемкости продукции, вовлечение в передел вторичных ресурсов и ранее ненспользовавшихся бтходов производства. В свете этого особо актуальными являются исследования, и разработки, направленные на бережное и комплексное использование марганца, занимающего второе место после железа в структуре добычи и переработки рудного сырья и использующегося в качестве важнейшего компонента при выплавке многочисленных марок сталей.
На долю Украины приходится 2,176 млрд.т разведанных марганцевых руд,, что составляет 12% мировых запасов и 70% СНГ. Однако по минералогическому составу эти запасы не вполне благоприятны и представлены (на 80%) карбонатными и смешанными окисно-карбонатными рудами, характеризующимися пониженным содержанием ведущего элемента и повышенным фосфора и кремнезема, что и обуславливает значительные потери марганца на стадии электрометаллургического передела (15-20%) и трудности получения низкофосфористых марок сплавов. Поэтому важное значение для повышения эффективности производства марганцевых ферросплавов, снижения материалоемкости продукции и экономии сырьевых ресурсов является повышение уровня использования вторичных материалов. Особенно актуально решение указанных проблем в связи с возросшими требованиями к экологической безопасности процессов и охране окружающей среды.
Научные разработки и практические результаты выполненной диссертационной работы получены при проведении научно-исследовательских работ по координационному плану Минпрома Украины, тематическому плану Государственной металлургической академии Украины, Государственной программы "Ресурсосбережение" (тема Государственного комитета по науке и технологиям N 5.53./124-92) и реализованы в промышленное производство в рамках региональных и заводских комплексных научно-технических программ.
Цель работы. Разработка и внедрение ресурсосберегающей технологии производства конкурентноспособных на мировом рынке марганцевых ферросплавов в современных рудовосстановительиых печах Никопольского завода ферросплавов с использованием низкосортного ' марганцевого сырья Никопольского месторождения, обеспечивающей
повышение эффективности использования марганца, комплексную утилизацию вторичных материалов, экономию сырьевых и энергетических ресурсов, улучшение экологии и охрану окружающей Среды. Научная повили.
научно обобщены данные о современном состоянии и основных тенденциях общемирового развития черной металлургии и их взаимосвязь с производством марганцевых ферросплавов в Украине;
обработкой методами математической статистики многочисленных данных работы промышленных печей определено количественное влияние содержания марганца в исходном сырье на показатели выплавки марганцевых ферросплавов в сверхмощных рудовосстанови-тельных электропечах;
термодинамическим анализом основных реакций электроплавки марганцевых ферросплавов показана роль косвенного и прямого восстановления оксидов марганца, железа и фосфора, определены условия восстановления фосфора и его распределения между газовой и металлическими фазами;
на основании разработанной методики и экспериментов в промышленных условиях рассчитан тепловой КПД рудовосстановитсль-ных печей различных типоразмеров и определены основные направления оптимизации их геометрических и электрических параметров;
выполненными исследованиями с привлечением современных методов химического, спектрального,- диференциалыютермического, мпкрорентгеноспектрального и петрографического анализов определены физико-химические свойства, вещественный состав и металлургическая ценность вторичных материалов производства марганцевых ферросплавов;
- выявлены основные закономерности распределения фосфора
между оксидной и металлической фазами и его влияние на качество
передельного малофосфористого шлака;
-исследованы различные режимы утилизации вторичных марга-
нецсодержащих материалов в собственном производстве и смежных
отраслях промышленности:
Практическая значимость и реализация результатов работы. Использование выполненных теоретических и экспериментальных исследований и результатов опытно-промышленных работ позволило:
-
Разработать и внедрить в промышленную практику технологическую схему комплексного использования вторичных марганецсо-держащих материалов в собственном производстве и смежных отраслях промышленности.
-
Составить сквозной баланс марганца на стадии добычи, обогащения, металлургического передела и использования в сталеплавильном производстве, определить распределение основных и-примесных
'4
элементов- при электроплавке марганцевых ферросплавов в рудовос-становительных печах повышенной мощности.
-
Определить количественное влияние основных технологических и электрических параметров выплавки марганцевых ферросплавов в условиях ОАО "НЗФ" и установить оптимальные пределы основных управляющих факторов.
-
Усовершенствовать геометрические и электрические параметры сверхмощных рудовосстановительных печей, обеспечивших их надежную и долгосрочную эксплуатацию.
-
Внедрить в условиях завода сквозную технологию совместной агломерации концентратов никопольских руд и вторичных марга-нецсодержащих материалов собственного производства' и выплавки силикомарганца с его применением.
-
Отработать в промышленных условиях Днепровского металлургического комбината им.Дзержинского технологию производства стали с использованием ковшевых остатков, некондиционной мелочи силикомарганца и металлоконцентрата взамен стандартного силикомарганца.
7. Совершенствовать технологию дефосфорации марганцевого
сыр.ь.я электрометаллургическим способом и отработать в полупро
мышленных условиях технологическую схему производства низкофос
фористых марганцевых ферросплавов, предусматривающую брикети
рование гранулированного малофосфористого шлака совместно с га
зовым углем.
8. Разработать и внедрить технологическую схему фракциониро
вания марганцевых ферросплавов с использованием современного
дробильно-сортировочного оборудования и отработать в промышлен
ных условиях технологию фракционирования ферросплавов методом
усадочио-термического разрушения.'
. Реализация разработок диссертации в промышленное производство позволила в условиях- ОАО НЗФ при постоянном снижении качества поступающего на завод марганецсодержащего сырья обеспечить повышение эффективности производства конкурентноспособных на . мировом рынке марганцевых ферросплавов массового сортамента. За счет утилизации вторичных мелкодисперсных марганецсодержащих материалов (А.с. СССР № 999615) сэкономлено в 1994 г. 98 тыс.т базовых тонн (48% Мп) марганцевого сырья, а в 1995 г. 54'тыс.т, что эквивалентно 9,4 и 5,2 млн.долларов США'соответственно.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на международном семинаре "Технический прогресс в производстве ферросплавов" (Чехословакия, Истебня, 1984 г.), на Всесоюзном совещании по металлургии марганца (Москва,J975 г.), П Всесоюзном совещании по совершенствованию технологии производства сплавов марганца (Никополь, 1980 г.), Ш Всесоюзном совещании по металлургии марганца (Москва, 1981 г.), 1 Республиканской конференции по эффективности реконструкции, технического пере-
вооружения и повышению технико-экономического уровня производства на предприятиях черной металлургии (Днепропетровск, 1984 г.), на Н-УЦ Республиканских конференциях ферросплавщиков Украины (Днепропетровск, 1973, 1978, 1981, 1982, 1985, 1989 гг.), на Всесоюзном совещании по металлургии марганца (Никополь, 1991 г.), на Международных конференциях: "Современное состояние и перспективы развития электротермического производства цветных и черных металлов и неорганических материалов Украины': (^Днепропетровск, 1994 г.), "Теория и практика электротермии ферросплавов" (г.Никополь, 1996 г.) на ежегодных координационных совещаниях Миипрома по проблеме ферросплавов, на научном семинаре кафедры электрометаллургии ГМетЛУ, научно-технических советах ОАО НЗФ.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 15 печатных работах, новизна разработок защищена 12 авторскими свидетельствами на изобретения.
Структура и объем. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложениях. Работа изложена на 184 стр. машинописного текста, содержит 36 рис. it 49 таблиц. Библиография насчитывает 172 наименований литературных источников.
На защиту выносятся следующие основные положения:
анализ вопросов, связанных с современным состоянием и перспективами развития мировой и отечественной марганцеворудної"! сырьевой базы ферросплавной промышленности, с целью повышения эффективности использования сырьевых и топливно-энергетических ресурсов, утилизацию отходов производства;
результаты исследования физико-химических и технологических особенностей выплавки марганцевых сплавов в рудовосстановитсль-пых печах повышенной мощности, обеспечивающих ведение процесса в наиболее рациональных пределах основных управляемых энерготех-пологпческих параметров;
полученные в ходе систематических комплексных исследований новые данные о структуре энергетических потерь рудовосстановитель-пых печен различных типоразмеров, позволившие значительно сократить расход электроэнергии и наметить пути повышения надежности эксплуатации плавильных агрегатов; '
результаты исследования физико-химических свойств и вещественного состава вторичных марганецсодержащих' материалов, разработанные технологические схемы их рационального использования;
разработанные, освоенные и внедренные в промышленной практике технологии подготовки и утилизации вторичных марганецсодержащих оксидных и металлсодержащих материалов в собственном производстве, при выплавке чугуна и стали и в других отраслях промышленности;
результаты исследования и совершенствования ілсктромсталлур-гического метода дефосфорации отечественного марганцеворудного
сырья, обеспечившего получение по содержанию примесных элементов конкурентноспособных на мировом рынке марганцевых ферросплавов;
- эколого-экономическая оценка результатов внедрения ресурсосберегающей технологии производства марганцевых ферросплавов в условиях реформирования промышленности.
Личный вклад автора диссертации в разработку научныхчположе-ний и внедрение полученных результатов заключается в том, что все исследования и промышленные эксперименты проведены при непосредственном участии автора или под его руководством. Обобщение результатов работы проведено автором самостоятельно.
Автор диссертации искренне благодарит академика НАН Украины проф.докт.техн.иаук Гаснка МИ., вед.п.сорт., канд/гехн.наук Ов-чарука А.Н., своих коллег по работе, сотрудников ГМстАУ, УкрНИ-Испецстали, Механобрчермета, руководство завода за поддержка ' и оказанную помощь при проведении совокупных исследовании, обобщены в диссертации.