Актуальность работы. На эффективность доменной плавки большое влияние оказывают параметры шлакового режима. Уменьшение вязкости конечного шлака позволяет снизить потери чугуна, что является эффективным способом энерго и - ресурсосбережения. Улучшение шлакового режима достигается путем изменения состава пустой породы доменной шихты. Ввод флюсующих добавок на стадии агломерации позволяет обеспечить равномерное распределение свойств доменной шихты по всему сечению печи. Поэтому изучение влияния флюсующих добавок на качество агломерата и разработка технологии, позволяющей получать продукт высокого качества, а так же анализ работы доменных печей при использовании подобных добавок, изменяющих свойства шлака, является актуальной задачей.
Цель работы. Основная цель диссертационного исследования состояла в поиске путей улучшения шлакового режима при выплавке чугуна из руд Уральского региона.
Достижение поставленной цели потребовало:
- анализа особенностей доменной плавки магнетитовых руд Тагило-Кушвинского месторождения и качканарских титаномагнетитов;
- лабораторных исследований влияния магнийсодержащих добавок на качество агломерата;
- разработки рекомендаций по использованию магнезиальных добавок в доменной плавке магнетитовых руд Тагило-Кушвинского месторождения;
- разработки рекомендаций по использованию борсодержащих и марганецсодержащих добавок при выплавке ванадиевого чугуна из качканарских титаномагнетитов;
- проведения промышленных исследований и разработки рекомендаций по технологии выплавки чугунов.
Научная новизна диссертации заключается в следующем:
1. На основе экспериментальных исследований получены новые данные о влиянии магнийсодержащих и борсодержащих добавок на качество агломератов и изменение свойств доменных шлаков, которые дают возможность реализации гибких технологических режимов производства агломерата и выплавки чугуна при многокомпонентных шихтах.
2. Впервые экспериментально установлено и научно объяснено влияние МпО на процессы разрушения карбидов титана при плавке титаномагнетитов. Выведена зависимость требуемого расхода марганецсодержащей добавки от количества титана, находящегося в виде карбидов и карбонитридов.
3. Развиты представления о механизме восстановления кремния применительно к условиям доменного процесса и уточнена взаимосвязь между давлением и содержанием кремния в чугуне при плавке ванадийсодержащих титаномагнетитов.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработанная технология производства железорудного агломерата с добавкой в шихту дунита периодически применяется на Высокогорском ГОК. Показано, что ввод в шихту борсодержащих материалов является эффективным мероприятием для совершенствования шлакового режима при плавке сырья с повышенным содержанием титана. Запатентованы и внедрены способы доменной плавки титансодержащего железорудного сырья с добавкой в шихту марганецсодержащих добавок. Разработан способ доменной плавки, по которому минимизация восстановления титана достигается за счет снижения содержания кремния в чугуне до минимально возможного уровня, определяемого в зависимости от давления газов в горне печи.
Достоверность полученных результатов основывается на использовании современных методик исследования и подтверждена опытно-промышленными испытаниями и работой доменных печей.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на международной научно-технической конференции «Уральская металлургия на рубеже тысячелетий» (г. Челябинск, 1999 г.), на I международной научно-практической конференции «ИНТЕХМЕТ-2008» (г. Санкт-Петербург, 2008 г.), на международной научно-практической конференции «Творческое наследие Б.И. Китаева» (г. Екатеринбург, 2009), на Всесоюзной научно-технической конференции «Проблемы повышения качества металлопродукции по основным переделам черной металлургии» (г. Днепропетровск, 1989 г.), на Всесоюзной научно-технической конференции «Проблемы теории и технологии подготовки железорудного сырья для доменного процесса и бескоксовой металлургии» (г. Днепропетровск, 1990 г.), на шестом всесоюзном совещании по химии, технологии и применению ванадиевых соединений (г.Н. Тагил- г.Свердловск, 1990 г.), на Всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов «Интенсификация металлургических процессов и повышение качества металлов и сплавов» (г. Тула, 1990 г.), на региональной научно-технической конференции «Наука - Образование - Производство»: Опыт и перспективы развития» (г. Нижний Тагил, 2009 г.).
Публикации. Основное содержание работы отражено в 24 печатных работах, в том числе в 7 патентах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованной литературы из 192 наименований; изложена на 162 стр. машинописного текста, включая 38 рисунков и 26 таблиц.
На защиту выносятся:
- результаты исследований влияния магнийсодержащих добавок на качество агломератов и шлаковый режим при выплавке передельных чугунов из магнетитовых руд Тагило-Кушвинского месторождения;
- результаты исследований влияния борсодержащих и марганцевых добавок на показатели выплавки ванадиевого чугуна из качканарских титаномагнетитов, а также технические решения по их использованию;
- практические результаты рекомендованного технологического режима выплавки ванадиевого чугуна на реконструированных доменных печах НТМК.
Диссертация содержит результаты теоретических, экспериментальных и прикладных исследований, направленных на совершенствование технологии доменной плавки. Разработанные технологические решения, в основном, запатентованы, прошли промышленное опробование и внедрены в производство. Наиболее значимые результаты и выводы:
1. Определен оптимальный уровень содержания МдО в конечных шлаках применительно к выплавке передельного чугуна в доменном производстве НТМК и разработаны технологически и экономически оправданные режимы производства агломерата и выплавки чугуна из руд Тагило-Кушвинского месторождения.
2. Экспериментально изучено влияние на показатели процесса спекания и качество агломерата различных магнийсодержащих добавок к аглошихте, что позволило рекомендовать дунит для улучшения шлакового режима доменной плавки. Промышленное использование данного мероприятия привело к снижению потерь чугуна со шлаком.
3. Исследовано влияние ввода борсодержащего агломерата в шихту доменной плавки титаномагнетитов. Промышленное опробование данной технологии показало, что в результате снижения вязкости шлака снижаются потери чугуна. Данное мероприятие следует считать перспективным при увеличении концентрации титана в рудном сырье.
4. Разработаны практические мероприятия и технологические приемы по подавлению образования карбидов титана, в т.ч. путем использования в доменной шихте монооксида марганца. Данные способы защищены 3-мя патентами и были опробованы в промышленных масштабах. Добавка в шихту марганецсодержащих материалов используется в технологии выплавки ванадиевого чугуна на НТМК.
5. Получены зависимости, определяющие необходимый расход борсодержащих и марганецсодержащих добавок при плавке титаномагнетитов. Показана перспективность их совместного использования.
6. Установлено, что изменить поведение титана в доменном процессе и улучшить свойства образующихся расплавов при восстановлении и плавке титаномагнетитов можно путем учета взаимосвязи содержания кремния в чугуне с давлением в горне доменной печи и основностью шлака.
7. Разработаны и включены в технологическую инструкцию рекомендации по выплавке ванадиевого чугуна на реконструированных доменных печах НТМК.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
