Введение к работе
f*2
Актуальность темы
Для мировой и российской, в особенности уральской, металлургии весьма важной является проблема выплавки легированных сталей при комплексной переработке титаномагнетитовых руд.
Одним из наиболее перспективных легирующих элементов является ванадий. Особое значение он приобрёл как микролегирующий элемент, способный даже в малых концентрациях (0,03 - 0,15%) существенно повышать ряд эксплуатационных характеристик сталей и чугунов.
Наибольшее распространение получила пирометаллургическая переработка ванадийсодержащего титаномагнетитового сырья по коксодоменной и бескоксовой технологическим схемам.
Однако традиционная (коксодоменная) схема получения легированной ванадием стали при использовании дефицитного и дорогостоящего кокса в доменном процессе приводит к существенным выбросам вредных веществ в атмосферу, кроме того, является очень энергоёмкой, а потери ванадия в данной, очень длинной цепочке составляют 68-70%. Поэтому бескоксовые схемы являются альтернативными для дальнейшего развития и исследования процессов выплавки легированной ванадием стали.
В настоящее время как альтернативные развиваются бескоксовые технологии твердофазного восстановления. Однако основными недостатками полностью твердофазных процессов являются сохранение в получаемом продукте практически всех компонентов пустой породы исходного железорудного сырья, а также использование в больших объёмах природного газа.
Математические модели и программное обеспечение описанных процессов используются не в полной мере из-за специфики этих процессов.
Одним из альтернативных вариантов совместного использования жидкофазных и твердофазных процессов с генерацией восстановительного газа из угля при одновременном жидкофазном восстановлении является процесс ЛП (легирование прямое), разработанный в УГТУ-УПИ совместно с рядом организаций с учётом компромиссных требований экологичности и экономичности процесса.
Поэтому актуальным является дальнейшее усовершенствование бескоксового альтернативного способа получения легированной ванадием стали, а также разработка моделей и алгоритмов оценки и анализа его эффективности, включая и программное обеспечение.
Цель работы
На основании вышеизложенного целью настоящей работы явилось дальнейшее усовершенствование бескоксового альтернативного способа получения легированной ванадием стали, а также разработка моделей, алгоритмов и программного обеспечения оценки и анализа его эффективности.
РОС. Нлп :оНА,ЛЬНАЯ
Ь1 з ЕКА
С . Лург 200 БР к
Методы исследования: метод сквозного энерго-экологического анализа, балансовый метод, методика макрообменного анализа взаимосвязанных физико-химических и теплообменных процессов.
Научная новизна
Усовершенствована схема процесса ЛП: в схему введён агрегат деванадации чугуна с целью максимального извлечения ванадия на всех стадиях технологической цепочки процесса ЛП; в схему включены два рекуператора для нагрева дутья и кислорода печи жидкофазного восстановления (ПЖВ) за счёт использования тепла уходящих газов ПЖВ и шахтной печи с целью снижения расхода топлива. Разработана математическая модель и алгоритмы оценки эффективности и оптимизации процесса ЛП с учетом специфики процесса. Проведён анализ эффективности использования трубчатой вращающейся печи для процессов металлизации применительно к газификации ПЖВ в процессе ЛП. Проведён энерго-экологический анализ процесса ЛП с помощью разработанной модели в сравнении с традиционным способом получения легированной ванадием стали.
Практическая ценность
С помощью разработанной математической модели оценки эффективности процесса ЛП проведён расчёт параметров каждого из агрегатов исследуемого процесса. В частности, проведён расчёт энергозатрат в форме технологических топливных чисел (ТТЧ), вредных выбросов в форме технологических экологических чисел (ТЭЧ), общих энерго-экологических затрат в форме технологических топливно-экологических чисел (ТТЭЧ) для агрегатов печи жидкофазного восстановления (ПЖВ), шахтной печи (ШП) и электродуговой печи (ЭДП) процесса ЛП. Проведён сравнительный анализ полученных результатов с данными по процессам РОМЕЛТ и Мидрекс. Выполнен анализ эффективности выплавки легированной ванадием стали по процессу ЛП в сравнении с традиционной схемой выплавки стали. Проанализирована возможность использования в процессе ЛП в качестве агрегата для металлизации сырья трубчатой вращающейся печи (ТПВ) вместо шахтной печи. Усовершенствована схема процесса ЛП. Выявлены резервы для уменьшения расхода топлива за счёт использования тепла энергоносителей. С учётом этого в схему включены два рекуператора для нагрева дутья и кислорода ПЖВ за счёт использования тепла уходящих газов ПЖВ и ШП с целью снижения расхода топлива. В схему введён агрегат деванадации чугуна с целью максимального извлечения ванадия на всех стадиях технологической цепочки процесса ЛП. Подано две заявки на изобретение.
Данные материалы являются подготовительными для выработки технического задания на проектирование опытно-промышленной установки. Ранее отдельные элементы технологической схемы были опробованы на опытных установках. В настоящее время МИСиС отрабатывает агрегат ПЖВ в двухванном варианте на Южно-Уральском Никелевом комбинате. Для анализа эффективности
этого процесса используются разработанные методы сквозного энергетического анализа.
Материалы диссертации внедрены в учебный процесс в УГТУ-УПИ при преподавании дисциплины «Управление и информатика в энергосбережении и экологии». Опубликовано и используется 2 методических указания к лабораторным работам.
Апробация работы
Работа была поддержана и финансировалась:
-
по программе Министерства образования РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» в области производственных технологий (3 проекта: в 2000 г. № гос. регистр. 01200009561; в 2001-02 гг. № гос. регистр. 01200109558, № регистр, проекта 10.01.014; в 2003-04 гг. № гос. регистр. 01200306771, № регистр, проекта 08.01.022);
-
Российским фондом фундаментальных исследований (грант РФФИ Р-2004-Урал-а в области знаний «Математика, информатика и механика», раздел «Информатика», подраздел «Математическое моделирование» в 2004 г., № проекта 04-01-96105).
Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на следующих конференциях: Международной конференции-диспуте «Металлургия и металлурги 21 века» (г.Москва, 2001), Всероссийской научно-практической конференции «Моделирование, программное обеспечение и наукоемкие технологии в металлургии» (г.Новокузнецк, 2001), III Международной конференции «Проблемы промышленной теплотехники» (г.Киев, 2003), международном симпозиуме «Инженерная экология — 2003» (г.Москва, 2003), Международной научно-практической конференции «СВЯЗЬ-ПРОМ 2004» в рамках I Евро-Азиатского Международного форума «СВЯЗЬ-ПРОМЭКСПО 2004» (г.Екатеринбург, 2004), V всероссийском совещании-выставке по энергосбережению (г.Екатеринбург, 2004), VTfl Международном Конгрессе сталеплавильщиков (г.Нижний Тагил, 2004), третьей научно-практической конференции «На передовых рубежах науки и инженерного творчества» (г.Екатеринбург, 2004).
Публикации
Основное содержание диссертации отражено в 34 публикациях и двух заявках на изобретение.
Положения, выносимые на защиту
1. Усовершенствованная схема процесса ЛП с введением агрегата деванадации чугуна с целью максимального извлечения ванадия на всех стадиях технологической цепочки процесса ЛП с получением параллельно трёх видов продукции: легированной ванадием стали, металлизованного сырья и ванадиевого
шлака.
-
Усовершенствованная схема процесса ЛП с введением рекуператоров с целью снижения расхода топлива за счёт использования тепла энергоносителей.
-
Разработанная математическая модель, алгоритмы и программное обеспечение оценки эффективности и оптимизации процесса ЛП.
-
Результаты исследований процесса ЛП с помощью разработанной модели оценки его эффективности.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложена на 206 страницах машинописного текста, иллюстрирована 35 рисунками и 46 таблицами, включает библиографический список литературы из 120 наименований работ отечественных и зарубежных авторов и 8 приложений.
