Введение к работе
Актуальность проблемы. Необходимость коренного улучшения качества я увеличения выпуска эффективных видов метпллопродукции является очевидной. При втом для' Украины все более актуальной становится проблема сокращения импорта сырья, в первую очередь, энергоносителей - нефти и природного газа.
большую роль в решении названных задач могут и должны сыграть процессы прямого Получения железа. Главным в этих процессах является отказ от получения чугуна как промежуточного продукта в технологической цепочке руда-сталь. На первой стадии обычно получают предварительно восстановленный материал в виде металлизованных окатыше» или брикетов, яа второй стадии эти промежуточные материалы Используются в качестве шихты в сталеплавильных агрегатах.
Основной предпосылкой производства 'И применения металлизован-ного сырья является меньшее насыщение стали примесями цветных металлов, неметаллическими включениями и газвми, чем при многостадийных процессах, а также возмокность- расширения сырьевой бвян металлургии ' за счет некоксупцихся углей и других видов твердого топлива.
Среди процессов прямого восстановления железорудного сырья, получивших широкое распространение в мире, ведущув рало играют процессы о использованием газообразного восстановителя, преимущественно осуществляемые в шахтных печах.
Основанием для.строительства установок прямого получения железа было наличие природного газа по стоимости не выше металлургического кокса, возможность строить завода полного цикла небольшой мощности с более низкими капитальными затратами, чем по обычной технологии. Благодаря техническим преимуществам технологии "прямое восстановление-електроплавка", меньшим удельным капитальным затратам и потенциально сопоставимым удельным затратам энергии, к середине 1992 года суммарная мощность имеющихся и строящихся установок по производству металлизованното сырья составила в мировом масштабе более 40 млн. тонн. При этом 90 * мощностей приходится на долю
установок, работающих о использованием газообразного восстановителя, и юнее Ш X - на дол» установок, работающих наі твердом тошш-
По данным Всемирной Конференции, посвященной внергозапаоам, мировые запасы угля составляют сшоло 7-<012 т. При современном уровне добычи и потребления втих запасов хватит долее чем на БОО лет, но лишь небольшую их часть можно попользовать для производства кокса. В то же время примерно к 2020 году большая часть резервов нефти и природного газа будет израсходованаі Повтому все большее значение как носители природной внвргии приобретают каменный и бурый угли, в связи о чем значение процессов производства губчатого железа, базирующихся на твердом топливе, несомненно возрастает. Особую роль такие процессы имеют для Украины о ее большими запасами твердого топлива и почти полним отсутствием нефти и газа.
Сложившаяся ситуация нашла свое отражение в Постановлении мигпрома Украины А І/І от 19.01.94, где в числе приоритетных направления развития отечественной металлургии определены процессы бескоксовой матавдургии и другие технологии, обеспечивающие использование аиергетичеохих углей взамен кокса и природного газа.
Таким образом; дели в аадачи настоящей рабЧт» заключались в развитии теории твердофазного вооотввовления железорудного сырья и разізботке на этой основе яового высокоэффективного процессе металлизации; расширении сырьевой базы бескоксовой металлургии и обеспечении возможности использования ведефшитичх видов твердого топлива, в частнооти, донецких ацтрацатов; исследовании особешоотей процесса переплавки подучвэмого продукта а улучшении вксплуатвцион-ных характеристик выплавляемого металла; определении основных технологических и конструктивных параметров установки для сжигания и гааификации твердого топлива в расплаве и разработке схемы производства металлизованного сырья бва использования природного гааа.
Ооновной идеей работы являются новые решения по использованию образующихся в процессе металлизации гавов для экранирования восстанавливаемых рудоугольшх формовок и отопления печи, что позволяет интенсмфшировать процесс, онивить расход топлива и повысить качество получаемого продукта.
Методы исследования. Для достижения поставленной цели в работе иоподьвованы: аналитические и вкопериментальше методы исследования
восстановительші irpouoecoD. гЗозирупциося на основпих положениях тоорті металлургических процвссов; лаборзторішо, опытпо-промыялоп-тао и ирог.&шлешпм исіштагош рэзрпОотанной технологии и изделий на сопоэт полученного кетоллл'зовешюго сырья; аналітгшсгаїо косладозн-шія 51 мотэквтитзскоо моделирование пополнялись о ііштольповчниоч ЭВМ
Оспоаї?;а нпучггаза полсгешгл, пипоснше кл зеніту, 5% лх пошїзнз, !. Таорэтпчоскк обоснована к вкстгерпмоятолыго подтвдрядшш
".її"'"' ~ ' , "> ' ',ч '9 ОСКОВІШХ ТЄ7Л;ОЛОПГ!ОС2П!Х ПОПв%ЭТроП л
* і:гіл " п. г сгі'С"іГі їшчоотво продукта и ссковшіе тохлт-нга-ч '^с г1' -і'.' :иОка прогнозированш; а условиях оіштно--*i,j > >л і or о і п пп^г-гі составляло 7-ТО %.
Ь. Ло'С.п-'нл і.,» іг, і ."р.і-тіооть гі^почьзопоіпш нояучоомога снрья Б стплепл'зр," іч " ' ' t зу г і j особенности ого иороря.боткп в сровпетш ' іл ' ~ т ; . ці iju> ізоввгапе.лі окотштки; по'ілоіін рзіуоіпіл по ноелЫэьчи ti^ojipix голлкко-еноггошчэсккх' покозатолой процесса.
6, обосковпия эффективность прккенешш в кпчвствэ источника горл'чзгк еосстоноритсш.шх газов для процессов Оескоксовой металлурга? агрегата с барбопфуегяш кислородсодержащим гззом шлаковым расплавом. Првдлойвнз схока энергомвталлургичоского комплекса, шел»-
чагафзго агрегат газификации твердого топлива в расплаве, установку прямого получения железа и устройства для переработки жидких продуктов процесса (шлака и металла).
Изложенные научные положения определяют теоретические основы и принципи создания технологии прямого получения калеза Ооз использования природного газа, обеспечивающей повышение качества готовой продукции, снижение внергоемкости и улучшение экологических, характеристик металлургического производства.
Обоснованность н достоверность научных положений, шводс-в и ракоиеадациЁ подтверждается корректным применением основополагающих теоретических и ьксперимантальных методов исследований (теории металлургически процессов, теории подобия, моделирования явлений с помощью ЭВМ); соответствием объема данных наблюдений ГОСТ 22782.6-84; удовлетворительной сходимостью результатов теоретических, лабораторных и зйводоїшх исследований (расхождение 15-20 %); положительными результатами промышленных испытаний изделий, полученных на основа разработвшюй технологии. ^
ириктнчвеквя ценность. Разработанная технология производства маталлизованного сырья включена Институтом Укргипромаз в проекты перспективного развития заводов им.Петровского и им.Карла Либкнехта в г.Днепропетровске, а также Руставского и Таганрогского металлургических заводов. Годовая прибыль от использования установки іасндіостм) 500 тис.т/год составляет, по оценке Укргипромава, 13,4 млн.руб. в ценах 1988 г.
Результаты исследований процесса скигвния углей в барботируе-ыоы расплаве попользованы институтом Укрвноргопроокт при проектировании установки производительностью 30 т/ч на Харьковской ТЭЦ "Зскар", а также при разработка техника-экономического обоснования создания экологически чистой ТЭО на твердом топливе мощностью 2,4 МВт.
Реалиаация работы в промшіленности. На Макеевском металлургическом комбинате построен опытно-промышл- нный участок, на котором в соответствии о технологической инструкцией ВТИ-231-ст' D4-5-8G осуществлялось производство тяжеловесного маталлизованного сырья, в период до 1990 г. было произведено более 10 тыс.г продукта.
Из сталей, выплавленных на основе произведенного маталлизоввн-
illJj(, Ш О, у <
— b&Js) і ~ і
J J -J и ' ' ^ > '
1 і
. і .і і ' n
fvu I
)?.J.J 0 ;.;;,:::.:f;uiP;; ;.sO.;.(;<.U
Uiu.aHilG'i ".I iVx'T^iOlOdiW] :::.710
r < . H
института (1979-1991 гг.).
Публівшсш. По материалам диссертационной работа опубликовано более 40 научншс работ а получено 10 авторских свидетельств на изобретения. Список основних из ник приведен в автореферате.
Обьеы рабо-ш. Диссертация состоит нз введения, Б разделов н заключения (обидах выводов); содержит 207 страниц машинописного текста, 80 'рисунков, 45 таблиц, ? приложений. В список иепо.яьзевашшх источников входит 228 наименований. Обісій объем работы 331 стр.
Автор благодарен сотрудникам кафедр "Металлургия чугуна" и "Прошаганная теплоэнергетика" за помощь а проведении экспериментальной части исследований, работникам Макеевского и Ново-Липецкого металлургических комбинатов, Донецкого металлургического завада, Научно-исследовательского института теплоэнергетики, Донецкой геологс-развздочной экспедиции, Енаккевсксго реглонтно-механичеекого завода, производственных объединений "Харьковэиерго", "Донепдуголь" и "Ордаоїглкидзеуголь" - за помощь ігри проведении работ и испытания в прок-шшлошшх условиях.
Особую признательность автор виражає? чл,- корр. ИЛ Украшш, д.т.н., профессору, А.И.Иванову за полозіше советы и критические замечания на всох этапах вшолнашш работы, а также академику Международной академии, профессору, д.т.н. М.П.Зборщшсу за консультативную помощь, оказанную в период завершенім работа над доссерта-шшд и подготовки к защите.