Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Успешное развитие отечественной черной металлургии, являющейся одной из самых энергоемких и ресурсопотреб-ляющих отраслей, в значительной мере определяет уровень развития экономики государства. В период развития и становления рыночных отношений для отрасли наиболее актуальны вопросы экономии материалов, снижения вредных выбросов и повышение качества металлопродукции.
Эффективным решением этих проблем может стать организация безотходной технологии металлургического производства за счет полной и комплексной утилизации отходов черной металлургии, снижения уровня вредных выбросов, что особенно актуально для наиболее ресурсоемкого сталеплавильного производства, организация технологии конвертирования низкомарганцовистого чугуна, производства и использования дешевых и легкоплавких синтетических флюсов.
Совершенствование кислородно-конвертерного передела неразрывно связано с оптимизацией шлакового режима плавки, что особенно важно на начальном этапе продувки. Настоящая работа посвящена актуальной научно-технической проблеме - экономии материалов в аглодоменном и сталеплавильном производствах за счет разработки рациональной технологии использования и производства комплексных флюсов на основе утилизации железосодержащих и нерудных отходов металлургического цикла.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Разработка теоретических и технологических основ производства ультраосновных комплексных шлакообразующих на основе использования технологических отходов, нетрадиционных способов их подготовки, выбор на их базе эффективного состава комплексного флюса для конвертерного передела, исследование и оптимизация технологических приемов выплавки стали, при переработке в конвертере чугунов различного состава, а также разработка варианта технологической схемы безотходного производства кислородно-конвертерного передела.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА результатов работы состоит в следующем: впервые проведены комплексные исследования физико-химических свойств феррит-нокальциевых расплавов и структура их фазового состава с содержанием
- г -
0-15 Z кремнезема и оксидов марганца; впервые с помощью композиционных квазиоптимальных планов построены псевдотройные диаграммы плавкости ферритнокальциевых систем Ca0-Fe203-2Ca0-Fe203-Si02 у CaO-Fe2iJ3--2CaO-Fe203-MnO; на основании теории СНИР шлаковых систек разработана математическая модель расчета рационального химического состава ферритнокальциевого комплексного флюса для кислородно-конвертерного передела; предложены критериальные показатели для выборе рационального состава ферритнокальциевого расплава, обеспечивающего максимальную скорость растворения извести при температурах начального периода продувки чугуна в конвертере; сформулированы основные требования к железосодержащим компонентам шихты для получения комплексных шлакообразующих на ферритнокальциевой основе; разработана технология получения комплексных флюсов на ферритнокальциевой основе способами вакуумной 'агломерации и спеканием под давлением; усовершенствована методика расчета газодинамического сопротивления неизо-ї'-рмического слоя сыпучего материала, путем учета свойств неаддитивности вязкости сложной газовой фазы и неизобаричности газового потока. Предложенный математический аппарат позволяет рассчитывать газодинамическое сопротивление агломерируемого слоя при любом составе и температуре просасываемого газа; разработаны и предложены унифицированные показатели серопоглощения, позволяющие оценить серопоглоти-тельную способность отдельных компонент iv шихты с учетом поверхности исследуемых материалов и концентрации сернистых соединений в газовом потоке; на основании комплексного учета физико-химических, механических и теплотехнических свойств аглогаихты разработан и предложен алгоритм расчета степени грануляции, позволяющий выработать рекомендации для оптимизации режима работы цилиндрического барабана-окомко-вателя; на основе теоретического анализа движения сыпучего материала в цилиндрическом барабане-окомкователе сформулированы условия моделирования и разработана методика расчета оптимальных размеров и технологического режима его работы в широком диапазоне производитель-
- з -ности для шихт с разнообразными физико-химическими свойствами; разработаны и освоены методики исследований с применением радиоактивных изотопов для определения механизма изменения структур зон сушки, переувлажнения агломерируемого слоя и механизма образования "запирающего" слоя на границе зон сушки и переувлажнения; роли крупности возврата в образовании жидкой фазы при спекании и формировании структуры спека; характера распределения соединений серы по высоте спекаемого слоя и количественной оценки процесса вторичного сульфа-тообразования; разработана и освоена в полупромышленном масштабе технология получения комплексного флюса с низким содержнием серы; разработаны и опробованы в условиях аглофабрик НЖК и ЧерМК технологические способы снижения содержания серы в комплексном флюсе; на основании теоретических разработок и анализа динамики шлакообразования разработана методика расчета загрузки в конвертер флюсующих материалов, обеспечивающих на начальном этапе продувки формирование активного шлака с заданной основностью и содержанием закиси железа; разработаны и внедрены в промышленном масштабе технология конвертерной плавки передельного чугуна с использованием ферритных комплексных флюсов и ресурсосберегающая технология конвертерной плавки маломарганцовистого чугуна с использованием углеродсодержащих комплексных флюсов.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Теоретические и экспериментальные исследования явились научным фундаментом новых технических решений, внедренных в проектные разработки и практику подготовки железосодержащих шихт к спеканию, ресурсосберегающих способов подготовки и использования трудноутилизируемых шламов сталеплавильного и прокатного переделов, освоению в промышленном масштабе технологии спекания ультраосновных шихт из отходов металлургического цикла для производства комплексных шлакообразующих, внедрению в производство ресурсосберегающих технологий выплавки стали из чугунов различного состава. Разработанные математические модели, методики., технологические ра?рл
- 4 -ботки используются и могут быть использованы ' проектными и научно-исследовательскими институтами и лабораториями металлургической промышленности при оптимизации технологии спекания тонкоизмельченных концентратов, подготовки и использования неутилизируемых отходов металлургического цикла, организации безотходной технологии кислородно-конвертерного производства.
РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ. Технология спекания комплексного флюса при использовании цинкосодержащих конвертерных шламов освоена на агломашинах (S = 312 м2) аглофабрики НЛМК. Технология кислородно-конвертерной плавки передельного чугуна с ферритными комплексными флюсами освоена в ККЦ-1 Новолипецкого металлургического комбината. С 1992 года коллектив цеха освоил технологию конвертерной плавки маломарганцовистого чугуна с применением углеродсодержащего комплексного флюса.
Основные теоретические разработки по разделам газодинамики аг-лопроцесса и основы грануляции аглошихт и выработанные на их основе рекомендации использованы при освоении технологии спекания шихты с высоким содержанием тонкоизмельченных концентратов в 1970-72 гг. на аглофабрике Мариупольского металлургического комбината им.Ильича.
Технологические разработки по производству комплексных шлакооб-разующих материалов для кислородно-конвертерной плавки способом агломерации под давлением использованы институтами УКРГИПРОМЕЗ и Лен-ГИПРОМЕЗ для разработки ТЭО строительства отделений по производству комплексных флюсов на НЛМК и ЧерМК.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения работы доложены и обсуждены на: научно-техническом семинаре по опыту применения радиоактивных индикаторов для исследования технологических процессов в ЧМ (Донецк. 1970); Всесоюзном семинаре "Радиоактивные изотопы и радиоактивные средства контроля и автоматизации производственных процессов в ЧМ" (Москва. 1971); Всесоюзном совещании по окомкованию железорудных материалов (Липецк. 1972); Всесоюзном научно-техническом семинаре "Ин-
- 5 -тенсификация агломерационного процесса и улучшение качества агломерата при спекании тонкоизмельченных концентратов" (Липецк, 1975); VIII Всесоюзном научно-технической конференции "Пятилетке качества и эффективности - труд и поиск молодых металлургов" (Тула. 1978); V и VI Всесоюзных конференциях "Теория и практика кислородно-конвертерных процессов" (Днепропетровск. 1977. 1981): Всесоюзном научно-техническом совещании "Повышение Эффективности и улучшение структуры сталеплавильного производства" (Липецк. 1978); Всесоюзном научно-техническом семинаре "Прогрессивные технологические процессы в производстве холоднокатанного листа" (Липецк. 1981); Всесоюзном научно-техническом семинаре "Состояние и перспективы производства извести для нужд черной металлургии" (Донецк. 1984); Всесоюзном научно-техническом совещании "Совершенствование производства металлургических флюсов из огнеупорного сырья" (Докучаевск. 1984); Всесоюзной научно-технической конференции "Теория и технология подготовки сырья к доменной плавке" (Днепропетровск. 1985); Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы повышения технологического уровня производства черных металлов и сплавов" (Донецк. 1987); Республиканской конференции "Повышение эффективности использования топливно-энергетических ресурсов в черной металлургии" (Днепропетровск. 1989); 5.Mezinarodni konference "Mimopecni zpracovani Ocell" (Ostrava. 1989); VII Всесоюзной конференции "Строение и свойства шлаковых расплавов" (Челябинск. 1990); The Sixth International Iron and Steel Consrress (Natroya. Japan. 1990); Ironmakinf Conference Proceedings (Washington. 1991); I конгресс конвертерщиков "Новые технологически и конструкторские разработки по повышению технологического уровня конвертерного производства" (Липецк. 1991): Всесоюзной научно-технической конференции "Создание и освоение экологически чистых ресурсосберегающих технологий в черной металлургии" (Донецк. 1991); Всесоюзном совещании "Моделирование Физико-химических систем и технологических процессов в металлургии" (Новокузнецк. 1991); 4th Interna-
tional Conference "Molten Slasrs and Fluxes" (Sendai. Japan. 1992); I и II конгрессе сталеплавильщиков (Москва. 1992. Липецк. 1993); First International Congress "Scince and Technolojy of Ironmakine'" (Sendai. Japan. 1994); Международной конференции "Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке" (Москпа. 1994); Т Г^ждународном симпозиуме "Комплексное использование руд" (Санкт-Петербург. 1994). научных семинарах Тулачермет. ДонНШЧермет. каФедры ДонГТУ (1981-1985) и школах передового опыта агломератчиков Украины и СССР.
ПУБЛИКАЦИИ. Материалы диссертации опубликованы в 117 научных работах и защищены изобретениями., Список основных научных публикаций приведен в автореферате.
ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, б глав и заключения. Основное содержание работы изложено на 469 страницах машинописного текста, включая 67 рисунков, 116 таблиц, библиографического списка из 495 наименований и 6 приложений.