Исследование влияния минерального структурообразования на металлургические свойства железорудных агломератов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.02, кандидат наук Нечкин, Георгий Александрович

• Нечкин, Георгий Александрович
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Нечкин, Георгий Александрович

Содержание

Введение

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ УПРОЧНЕНИЯ АГЛОМЕРАТА ФЕРРИТНОКАЛЬЦИЕВЫМИ ФЛЮСАМИ

2.1 Факторы, определяющие механическую прочность агломерата

2.2 Технологии упрочнения агломерата за счет ввода в шихту гематнто-доломито-известнлковон смеси

2.3 Ввод в агломерационную шихту специально приготовленных синтетических ферритов кальция

2.4 Исследования минералогического состава агломератов, полученных с использованием синтетических ферритов

2.5 Выводы

ГЛАВА 3. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ СПОСОБОВ ЭФФЕКТИВНОГО ОФЛЮСОВАНИЯ АГЛОМЕРАЦИОННОЙ ШИХТЫ В ОАО «ЕВРАЗ КГОК»

3.1 Технико-экономические результаты аглодоменного процесса при офлюсованин агломерата известью

3.2 Тсхнико-экономнчсскпс результаты аглодоменного процесса при офлюсованин агломерата синтетическими ферритами кальция

3.3 Выводы

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЯЗКОПЛАСТИЧНЫХ СВОЙСТВ И ФИЛЬТРУЕМОСТИ ПРОДУКТОВ ПЛАВКИ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ АГЛОМЕРАТОВ ЧЕРЕЗ КОКСОВУЮ НАСАДКУ И ВЛИЯНИЕ ОКСИДОВ МАГНИЯ И МАРГАНЦА

4.1 Зависимость вязконластичных свойств железорудных агломератов от химического состава

4.2 Методики определения температурного интервала «размягчения-плавления»

и фильтруемости продуктов плавки

4.3 Исследование вязконластичных свойств железорудных материалов и влияния оксидов магния и марганца

4.4 Исследование процесса фильтрации продуктов плавки железорудных агломератов через коксовую насадку и влияния оксидов магния и марганца

4.4.1 Влияние магнезиальных добавок на фильтруемость агломератов ОАО «ММК»

4.4.2 Влияние минерального состава магнезиальных добавок на фильтруемость агломератов ОАО «ВГОК»

4.4.3 Влияние марганцевых добавок на фильтруемость агломератов ОАО«ЧМК»

4.4.4 Влияние марганцевых добавок на фильтруемость агломератов ОАО«НЛМК»

4.5 Выводы

ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕЖФАЗОВЫХ ПРОЦЕССОВ, ПРОХОДЯЩИХ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА «КОКС-ШЛАК» ПРИ ФИЛЬТРАЦИИ ПРОДУКТОВ ПЛАВКИ

5.1 Методика исследования

5.2 Исследование механизма поведения промежуточных шлаков при фильтрации продуктов плавки через коксовую насадку

5.2.1 Фильтрация продуктов плавки железорудных материалов ОАО «НТМК»

5.2.2 Фильтрация продуктов плавки железорудных материалов ОАО «ММК»

5.3 Выводы

ГЛАВА 6. ПРОМЫШЛЕННАЯ АПРОБАЦИЯ АГЛОМЕРАТА С УЛУЧШЕННЫМИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ В УСЛОВИЯХ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ

6.1 Доменная плавка агломерата с улучшенными металлургическими свойствами

6.2 Выводы

ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Приложение 1. Акт промышленных испытании технологии производства

агломерата с использованием известкованного концентрата

Приложение 2. Акт промышленных испытаний технологии производства агломерата с использованием агломерационного флюса

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование влияния минерального структурообразования на металлургические свойства железорудных агломератов»

ВВЕДЕНИЕ

Согласно «Стратегии развития металлургической промышленности в России на период до 2020г.» (Приказ министерства промышленности и торговли РФ 18.03.2009., №150)[1] выплавка чугуна и доменных ферросплавов 2020 году по сравнению с 2008 годом увеличится на 15,5%.

Планируемое увеличение производства будет предъявлять особые требования к качеству железорудного сырья. В связи с ужесточением требований по качеству железорудного сырья в «Стратегии развития металлургической промышленности в России на период до 2020г.» намечено проведение реконструкции и модернизации агломерационных фабрик, направленных на повышение качества агломерата.

Задача повышения качества железорудного агломерата является одной из приоритетных в аглодоменном производстве. Повышение прочности агломерата позволит уменьшить количество отсева, что в свою очередь повлечет за собой уменьшение затрат на производство чугуна и повышение конкурентоспособности металлургической промышленности.

Важно не только разработать методологию оценки комплекса металлургических свойств агломерата, но и проследить влияние свойств железорудного сырья на показатели доменной плавки.

В процессе доменной плавки железорудные материалы подвергаются воздействию газа-восстановителя, механических нагрузок и высоких температур в условиях, постоянно меняющихся во времени и пространстве. Наличие таких сведений о поведении железорудных материалов в процессе доменной плавки позволяет получать более эффективные результаты при подготовке сырья к плавке, подборе компонентов шихты, совершенствовании шлакового режима и оперативном управлении доменным процессом.

Обычно оценка качества железорудного сырья в доменном производстве осуществляется по химическому составу, количеству мелочи класса 0-5 мм и исходной прочности по ГОСТ 15137-87 (барабанная проба по классам +5 мм и -0,5 мм)[2]. Эти показатели хотя и достаточно сильно влияют на газодинамику

столба шихтовых материалов в печи, однако в полной мере не отражают особенностей физико-химических процессов, определяющих показатели работы доменных печей. В целом недостаток информации о физико-химических свойствах железорудных материалов ограничивает возможности технологов в управлении процессом, предотвращении аварийных ситуаций и снижении теплоэнергетических затрат при производстве чугуна.

Одним из путей интенсификации доменной плавки является повышение газопроницаемости нижней части столба шихтовых материалов. Это может быть достигнуто путем улучшения физико-химических свойств жидкой фазы, т.е. увеличением подвижности шлака сразу после его расплавления. Состав шлака, а, следовательно, его химическая активность, температура плавления, вязкость и другие свойства, в значительной мере, определяют качество выплавляемого чугуна, интенсивность плавки, ровность хода доменной печи и, тем самым, оказывают влияние на расход кокса. Только при возможности сочетать температуру «хорошей» текучести с составом, обеспечивающим хорошую фильтрацию через коксовую насадку и обессеривание металла, получаются наилучшие технические показатели плавки. Учитывая регулирующую роль шлака в печи, следует выбирать состав шлака, ориентируясь на температуру его кристаллизации и вязкость при температурах, близких к кристаллизации. Кроме того, шлак должен быть устойчив по вязкости при изменении температуры плавления при возможных колебаниях его состава.

Большинство исследований влияния свойств шлака проводилось для конкретного технологического сырья или производства и их использование весьма затруднительно. Результаты таких исследований до сих пор не обобщены должным образом для того, чтобы их можно было использовать для практики доменного производства. Кроме того, результаты различных авторов противоречивы, особенно расхождения относятся к области коротких, быстро кристаллизующихся, а также ультракислых шлаков. Существующий графический метод с использованием диаграмм вязкости позволяет учитывать влияние лишь 45 базовых оксидов.

Задачи повышения качества железорудного сырья и снижение себестоимости отечественного чугуна в настоящее время являются актуальными и, особенно, в связи с острейшей конкуренции с китайскими металлургами и вступлением России в ВТО. Все вышеизложенное позволяет сформулировать цель диссертационной работы.

Целью диссертационного исследования является экспериментальное исследование влияния процессов минерального структурообразования на повышение комплекса металлургических свойств железорудных агломератов и их доменной плавки.

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ

ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Физико-химические (металлургические) свойства железорудного сырья и влияние отдельных оксидов на процессы аглодоменного передела представляет определенный интерес в связи с интенсификацией процессов производства чугуна и стали.

В частности, представляется перспективной замена силикатной связки агломерата на ферритную и связанное с этим повышение его прочности, оптимизация содержания М§0 и МпО в агломерате с точки зрения комплекса металлургических свойств и влияние оксидов магния и марганца на процессы загромождения коксовой насадки горна доменной печи.

Ферритнокальциевые смеси.

Интенсификация доменного процесса предъявляет жесткие требования к металлургическим свойствам железорудного сырья. В условиях большинства металлургических комбинатов РФ повышение металлургических свойств агломерата может быть достигнуто при уменьшении количества стекла в микроструктуре агломерата путем увеличения количества расплава, изменением его химического и минералогического состава и снижением температуры плавления. Эти цели могут быть достигнуты при замене силикатной связки в агломерате на ферритнокальциевую. Но, к сожалению, работ, посвященных повышению прочности агломерата за счет преобразования силикатной связки, раскристаллизации стекла и т.д. мало. В этой связи хочется отметить ряд работ Е.Ф. Вегмана и Т.Я. Малышевой [3 - 6] по минералогии и петрографии железорудных агломератов.

При производстве железорудного сырья из концентратов различного генезиса и разного химического состава происходит образование сложных ферритных фаз, в которых обнаружены практически все компоненты шихты. Из всех составляющих шихты первой в реакцию с оксидом железа вступает известь с образованием в твердой фазе кальциевых ферритов [5]. Появление именно ферритов кальция объясняется низкой температурой начала реакции между СаО и

Ре20з (по разным исследованиям — в интервале температур от 500 до 900° С [7]) и большими скоростями взаимодействия в твердой фазе. В случае, когда в микрообъеме шихты наряду с известью и кварцем присутствует оксид железа, фазовые превращения сводятся к реакциям взаимодействия между Ре2Оз, СаО и 8Ю2. По характеру расположения минеральных фаз в агломерате можно констатировать, что первыми продуктами реакции были ферриты кальция. Но в зависимости от химического состава железорудного сырья в нем образуются различные ферритные фазы [6].

Во всех начавшихся реакциях между гематитом, известью и кварцем наблюдалась четкая последовательность кристаллизации фаз. Кристаллический СаО и двухкальциевый феррит в центре зерна исходной извести; затем всегда узкая зона однокальциевого феррита и только по периферии — зона совместной кристаллизации гематита, однокальциевого феррита и двухкальциевого силиката. Характерно, что внешняя зона всегда имеет структуру закаленного расплава, об этом свидетельствовали дендритные формы кристаллов двухкальциевого силиката, погруженные в прозрачное маложелезистое стекло.

Рассматривая влияние оксидов магния и марганца вмещающих пород на минералообразование в агломерационном процессе [5], можно сделать следующие заключения. Оксиды магния и марганца находятся в составе разных по физико-химическим свойствам минералов. Чаще всего они входят в минеральные фазы в виде изоморфных примесей, реже образуют самостоятельные фазы. Каждый из этих компонентов играет определенную роль в процессе упрочнения сырья.

Оксид магния при окислительном обжиге на стадии твердофазного спекания ведет себя как шпинелеобразующий компонент, приводя к образованию фазы ]\^Ре204; в первичном расплаве, особенно в присутствии РеО, проявляет свойства шлакообразующего компонента.

Оксид магния вводится в состав агломерационной шихты в виде минералов вмещающих пород и главным образом флюса, когда наряду с обычным известняком шихту офлюсовывают доломитизированным известняком или

доломитом. Оксид магния при обычном режиме обжига переходит в силикатный расплав и при охлаждении остается в составе минералов силикатной связки. При избытке топлива в слое шихты и переходе части рудных составляющих через расплав часть М§0 входит в состав магнетита. В безглиноземистых шихтах М§0 входит в состав диопсидовой составляющей оливинов (СаГ^/ДОЮД образуя твердый раствор состава Са(М§,Ре)8Ю4. С повышением основности агломерата до 1,4 и выше наряду с оливиновой фазой появляется двухкальциевый силикат, количество которого закономерно растет.

Так железорудное сырье, офлюсованное доломитом, имеет повышенные температуры начала спекания и размягчения. Такое повышение температуры размягчения изотропной фазы при увеличении в ее составе магния является причиной изменения температурного интервала формирования магнезиального железорудного сырья и обусловливает изменение его металлургических свойств.

Оксид марганца вводится в шихту агломератов в виде марганцевой руды. В присутствии значительных количеств марганца (-2,0 %) в момент зажигания топлива и накопления в шихте определенного количества РеО происходит лавинообразный процесс низкотемпературного силикатообразования, практически в самом начале процесса спекания. Наличие в силикатном расплаве агломерата РеО и МпО снижает температуру образования расплава и резко увеличивает его количество путем ассимиляции железорудных и силикатных компонентов шихты.

Масса жидкоподвижного расплава, образовавшегося в зоне спекания, перетекает в нижележащие слои шихты, увеличивая объемы силикатного расплава и повышая количество растворенного в нем железа. При охлаждении такой агломерат застывает в виде низкопористого спека магнетита в высокожелезистом стекле. Образование больших количеств жидкотекучего силикатного расплава в агломерате отрицательно сказывается на его прочностных свойствах, поскольку основной фазой связки является стекло. Оплавление агломерата и наличие в составе связки большого количества трудновосстановимого железа являются причиной его низкой восстановимости.

Кроме того, силикатный расплав, покрывая плотным слоем рудные составляющие агломерата, препятствует проникновению к ним газа-восстановителя и тем самым ухудшает и без того низкую восстановимость готового продукта.

Таким образом, при агломерации, где процессы упрочнения сырья проходят с участием восстановительной газовой фазы, добавка марганца приводит к снижению восстановительно-прочностных свойств сырья. Поэтому если ввод марганца в шихту не диктуется технологическими требованиями к чугуну, то марганцевую руду в заметных количествах (—2,0 %) следует исключать из аглошихты.

В зависимости от соотношения оксидов кальция и железа могут существовать три феррита кальция: полукальциевый Са0-2Ре203, однокальциевый Са0Ре203 и двухкальциевый 2СаО-Ре2Оз [8].

Фаза полукальциевого феррита устойчива в двойной системе Са0-Ре203 и может существовать при полном отсутствии в системе РеО [9].

Однокальциевый и двухкальциевый ферриты не образуются в составе хорошо спеченного железорудного сырья обычной основности (0,3-2,0). Их можно обнаружить только в объемах неусвоенного флюса, где они кристаллизуются наряду с зернами оксида кальция и двухкальциевого силиката. Приуроченность одно- и двухкальциевого ферритов к высококальциевым участкам неусвоенного флюса лишний раз свидетельствует о том, что эти ферритные фазы являются составляющими высокоофлюсованного сырья.

В реальных железорудных шихтах основным продуктом ферритообразования на стадии твердофазного упрочнения сырья обычной основности (0,3-2,0) является полукальциевый феррит и фазы, близкие к нему по составу [8].

Полукальциевый феррит как продукт первичной кристаллизации образуется в мелкой фракции офлюсованной шихты при использовании самых простых по химическому составу железорудных концентратов типа осадочных железистых кварцитов. Он образуется в объемах мелкодисперсной шихты в месте контакта извести и гематита на стадии твердофазного спекания до появления продуктов

разложения силикатов вмещающих пород. Первые его выделения имеют вид бесформенных образований в межзерновом пространстве шихты, которые с момента своего появления играют роль упрочняющей связки.

Рассматривая источники, анализирующие силикатные связки в агломерате [4, 5, 10], нужно отметить, что зависимость фазового состава силикатной связки готового агломерата от основности шихты существует только при условии, что флюс, часть рудных и нерудные составляющие шихты являются в процессе спекания реакционноспособными компонентами, т.е. целиком вступают в реакцию минералообразования на стадии жидкофазного упрочнения. При спекании агломератов из концентратов железистых кварцитов при основности шихты 1,0—1,2 в готовом агломерате рудная фаза представлена магнетитом, а силикатная связка ферромонтичеллитом.

При основности агломерата >1,2 наряду с ферромонтичеллитом кристаллизуется двухкальциевый силикат. Фаза двукальциевого силиката в средней и нижней частях пирога кристаллизуется из железосиликатного расплава, поэтому наблюдается четкая приуроченность его к силикатной связке. В агломератах средней основности сохраняется р-модификация двухкальциевого силиката. Стабилизирует р-Са28Ю4 в этом случае ферромонтичеллитовая фаза, хотя наличие в решетке двухкальциевого силиката некоторого количества РеО (до 0,5%) указывает на возможность кристаллохимического фактора стабилизации. При достаточной глубине взаимодействия компонентов шихты готовый агломерат, где основная рудная фаза — магнетит, находится в связке оливинов, обладает высокими прочностными свойствами в холодном состоянии и при восстановительно-тепловой обработке — в доменной печи.

Дальнейшее повышение основности агломератов до 1,4 и выше приводит к заметному росту в составе связки количества двухкальциевого силиката вместо ферромонтичеллита.

При основности -2,0 в составе агломерата образуется до 10—12 % двухкальциевого силиката в ассоциации с ферромонтичеллитом. При таком количестве двухкальциевого силиката ферромонтичеллит не в состоянии

противостоять разрушительной силе фазового перехода Р-модификации в у-Са28Ю4. При охлаждении агломерат рушится, давая большой выход мелочи. Такой порядок минералообразования присущ агломератам, спеченным из железистых кварцитов, где силикатные составляющие руды представлены только кварцем, и офлюсованная шихта практически является трехкомпонентной системой Са0-Ре304-8Ю2.

Переход на ферритно-кальциевую связку и повышение служебных характеристик железорудного агломерата достигается также при повышении основности шихты и применении при его производстве ферритных смесей.

Одними из первых, предложивших технологию использования фюрритных смесей для производства железорудного агломерата, направленную на управление формированием микроструктур, были В. Я. Миллер, С. В. Базилевич и др. [11] получившие прочный агломерат основностью 5 из смеси Лебединского концентрата и соколовской руды (расход топлива 4,5-6 %). Изучение структуры агломерата показало, что единственной связкой являются в нем ферриты кальция. Наряду с двухкальциевым силикатом в агломерате присутствовал трехкальциевый силикат.

Затем группа исследователей (Г.Г. Ефименко, Д.А. Ковалев и др.) [12], предложила технологию использования ферритных смесей для производства железорудного агломерата, направленную на управление формированием микроструктур. Вероятно, это предложение опередило свое время. Попавшая на технологически неподготовленную почву эта технология не принесла ожидаемых результатов.

Более грамотно в этом направлении действовали японские исследователи, внедрившие в повседневную практику наиболее современную технологию производства железорудного агломерата - на ферритной связке, имеющей игольчатую структуру. Японскими исследователями установлено, что только мелкопористая структура гематита и игольчатого кальциевого феррита обеспечивает требуемые показатели восстановимое™ и горячей прочности. Однако получение агломерата с преобладанием таких фаз требует строгого

соблюдения температурного режима, повышенной основности агломерата при относительно высоком содержании А12Оз. Кроме того, игольчатый феррит неустойчив при температуре выше 1300 °С. [13]. Изучая игольчатый полукальциевый феррит в агломерате ОАО «ММК» Т. Я. Малышева пришла к похожим выводам [5].

Анализ технологий производства агломерата на действующих агломерационных фабриках России показывает [10], что в настоящее время практически на всех предприятиях исчерпаны возможности интенсификации процесса спекания, а достигнутый предел по производительности машин не позволяет реализовать технологию спекания шихты в высоком слое, но и ее наиболее совершенную разновидность - технологию производства высококачественного ферритного агломерата при пониженном расходе твердого топлива (включающую в качестве элемента технологию высокослойного спекания).

Реальный путь внедрения технологии производства качественного агломерата на действующих предприятиях - создание резерва по производительности агломашин за счет повышения газопроницаемости шихты в процессе спекания.

В настоящее время в мировой практике переход на технологию производства ферритного агломерата осуществляется только на основе применения специально подготовленной негашеной извести.

В этом плане значительный опыт накоплен на агломерационных фабриках Украины, первыми в мире наладившими ее широкое производство и применение [14]. Освоение в пятидесятых-шестидесятых годах прошлого века технологии спекания тонкоизмельченных концентратов с использованием извести явилось крупным достижением. Однако этот опыт проявил и существенные отрицательные моменты, связанные с использованием несовершенных обжиговых машин, низким качеством извести и необеспеченностью технологического процесса производства агломерата необходимым смесительным оборудованием и дробильными средствами. Ощутимых отрицательных последствий, по крайней

мере, три: резкое повышение колеблемости состава агломерата по выходу мелочи класса 0-5 мм, по массовой доле железа и основности, а также существенное ухудшение экологической ситуации. Все эти недостатки связаны с отсутствием на агломерационных фабриках современных технологий.

Влияние М^О а МпО на комплекс металлургических свойств железорудных агломератов.

В литературе имеются разрозненные, порой противоречащие друг другу сведения о роли оксидов магния и марганца в доменном процессе

Первой и единственной стала монография В.И. Гладышева [15], в которой автор попытался объединить и систематизировать промышленный опыт применения марганцевых добавок, сделав упор на ферросплавном производстве.

В литературе широко исследованы теоретические основы и механизмы восстановления марганца в лабораторных условиях [16 - 20], образование карбидов и силицидов марганца [21, 22], подробно изложено влияние марганца на вязкость доменных шлаков [23- 29], исследовано распределение марганца в доменном процессе [29 - 32], но работ по исследованию влияния оксидов марганца в железорудном сырье на процессы, проходящие на границе «кокс-шлак», на фильтруемость промежуточного шлакового расплава через коксовую насадку нет. Отсутствуют также данные и о структуре пограничной области между зонами когезии и коксовой насадки.

Противоречивый характер опубликованных сведений о влиянии марганца, свидетельствует о непростом характере этого явления и об отсутствии до настоящего времени системного исследования в этой области.

Предпринимались попытки исследовать поведение марганца и его влияние

■у

на показатели доменной плавки. Так на доменной печи полезным объемом 3200 м Западно-Сибирского металлургического комбината в 1979-1980 гг. [33] методами математической статистики были обработаны показатели работы за 357 сут., но поведение марганца оценивалось лишь по его содержанию в чугуне и показателю распределения между чугуном и шлаком.

На Енакиевском металлургическом заводе в 1964 г. была заморожена

доменная печь объемом 426 м, с последующей ручной разборкой шихтовых материалов [20]. По результатам исследования были определены условия восстановления марганца и эволюция марганецсодержащие минералов. Отмечено участие минералов марганца (манганозит, марганцевый монтичеллит, алабандин) в образовании первичного и эволюции промежуточного шлакового расплава, но и в этом исследовании роль марганца в процессах фильтрации шлакового расплава через коксовую насадку определена не была.

Если рассматривать шире исследования процессов фильтрации шлакового расплава через коксовую насадку, то, несомненно, нужно упомянуть работы по теории и технологии гидродинамики коксовой насадки в условиях восстановительной работы газового потока и углерода кокса представителей уральской школы металлургов - C.B. Шаврина, И.Н, Захарова и Б.В. Ипатова [34-38], проводящих "анализ взаимосвязи процессов фильтрации с восстановлением окислов из расплава". Так, Б.В. Ипатов отмечает, что "величина остатка является важнейшей характеристикой фильтруемости шлака". Им установлено, что "величина остатка для передельного доменного шлака при температуре 1450°С составляет ~20 % от исходного, ...в области низких температур (1330 °С) до 50 % шлака остается в насадке". При этом при температуре 1450 °С "остаток распределяется по всему объему равномерно в виде гранул в промежутках между элементами насадки. В этом случае шлак не смачивает насадку". И далее, "при повторных орошениях или выдержке его в объеме насадки остаток распределяется в виде пленки по всей поверхности насадки. Толщина этой пленки пропорциональна температуре и времени выдержки. В этом случае шлак уже смачивает насадку. Пленка шлака обнаружена и на коксе, извлеченном из горна доменной печи".

Исследуя высокотемпературное поведение различных железорудных материалов под нагрузкой, расположенных между слоями кокса, и в восстановительной атмосфере, G. Clixby [39] установил, что в ходе плавления ЖРС "образуется расплав двух видов: остающийся в реакционной зоне (расплав А) и прокапывающий в сборную камеру под реакционной зоной (расплав В).

Образование остаточного расплава А связано с формированием высоковязкого шлака, препятствующего насыщению расплава углеродом и последующему плавлению. Добавка песка, кислых окатышей и силикатных руд способствуют созданию жидкоподвижного шлака". Количество расплава А зависит от основности и увеличивается с ее ростом. Для обоих шлаков их основность ниже основности агломерата, из которого получен шлак, за счет ассимиляции золы кокса. "Металл из расплава В содержит 4 % С, из расплава А - 0,3 %. Снижение объема жидкого шлака в результате прокапывания вызывает уменьшение заполнения шлаком пустот в коксовом слое и рост газопроницаемости слоя шихтовых материалов. Рост количества расплава А вызывает рост коэффициента сопротивления, то есть ход доменной печи становится более тугим".

Описанные способы определения фильтруемости шлака через коксовую насадку [40] основаны на расплавлении готового промышленного либо синтетического шлака с последующим выливанием его на раскалённую коксовую насадку. По массе вытекшего из коксовой насадки шлака определяют долю от его начального количества (массы), которую выражают в процентах и отождествляют с фильтруемостью или дренажной способностью. При этом, авторы отмечают, что «сложность эксперимента и плохая воспроизводимость результатов не позволили использовать противоточную методику для оценки шлаков по фильтруемости».

Предложенные методики имеют ряд существенных недостатков:

- низкая достоверность и малая информативность получаемых результатов ввиду отсутствия в расплавляемом шлаке наследственных соединений от исходного железорудного сырья в виде шпинелидов, карбидов и т.д.;

- малая представительность и низкая объективность результатов ввиду использования случайных (частных) шлаковых композиций и коксов, а также из-за несоблюдения критериев подобия доменной плавки.

При исследовании фильтрации расплавов через коксовую насадку И.Г. Товаровским, H.A. Гладковым и A.C. Нестеровым [41] использовали методику, основанную на совмещённой закладке в плавильный реактор предварительно восстановленного железорудного материала фр. 10-И 2,5 мм между двумя слоями

кокса фракции 7-40 мм, нагрев до температур плавления с последующим визуальным отслеживанием процессов истечения из коксовой насадки жидких фаз, их охлаждение и инструментальное исследование. Однако и этой методики определения фильтруемости расплавов через коксовую насадку есть ряд недостатков:

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Нечкин, Георгий Александрович, 2015 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Приказ министерства промышленности и торговли РФ от 18.03.2009, №150.

2. ГОСТ 15137-87. Руды железные и марганцевые, агломераты и окатыши. Метод определения прочности во вращающемся барабане. М.: Издательство стандартов, 1987.

3. Вегман Е.Ф. Процесс агломерации. М.: Металлургиздат, 1963. 153 с.

4. Вегман Е.Ф. Термообработка агломерата //Сталь, 1961. №11. С. 33-35.

5. Малышева Т.Я. Железорудное сырье: упрочнение при термообработке. М.: Наука, 1988.268 с.

6. Малышева Т.Я. Петрография железорудного агломерата. М.: Наука, 1969. 168 с.

7. Базилевич C.B., Вегман Е.Ф. Агломерация. М.: Металлургия, 1967.,367 с.

8. Модель М. С., Лядова В.Я., Чугунова Н.В. Ферритообразование в железорудном сырье. М.: Наука, 1990. 152 с.

9. Модель М. С., Чугунова Н.В., Лядова В.Я. и др. // Изв. АН СССР. Металлы. 1983. №5. С. 6-15.

10. Пузанов В. П., Кобелев В. А. Введение в технологии металлургического структурообразования. — Екатеринбург: УрО РАН, 2005. 501 с.

11. Миллер В. Я., Базилевич С. В. И др. Сталь, 1961, № 9, стр. 769-777.

12. Ефименко Г. Г., Ковалев Д. А. Управление процессом формирования структуры агломерата с целью его упрочнения //Изв. АН СССР. Металлы. 1966. №6. С. 3-10.

13. Busby N. J., Fray Т. Фундаментальные исследования фазового состава и структуры агломерата с целью оптимизации его металлургических свойств //Pyromet. 1987: Symp., L; 21-23 Sept., 1987. L; 1987. P. 141-166.

14. Смородинников А. В., Колесанов Ф. Ф., Климова H. С. и др. Применение извести на аглофабриках СССР / Обзорная информация. М.: Черметинформация, 1978. Серия 3. Вып. № 2. С. 1 - 34.

15. Гладышев В. И. Марганец в доменном процессе. Екатеринбург. 2005. 401 с.

16. Роде Е. Я. Кислородные соединения марганца. - М.: Издательство АН СССР, 1957-397 с.

17. Любан А. П. Анализ явлений доменного процесса. - М.: Металлургиздат, 1962-533 с.

18. Татиевская Е. П., Чуфаров Г. И., Антонов В. К. - Изв. АН СССР, ОТН, 1948, №3. С. 317-379.

19. Солдаткин А. И. Сб. Доменное производство, 1957.

20. Баллон И. Д. и др. Фазовые превращения материалов при доменной плавке. -М.: Металлургия, 1984.

21. Термические константы веществ. Выпуск VII, часть 1. АН СССР, ВИНИТИ, ИВТАН- М.: 1974 - 343 с.

22. Горелкин О. С., Поволоцкий В. Д., Чуватин В. Н. и др. Межфракционная неоднородность ферросплавов на основе хрома, марганца и кремния. // Сталь, 1985, № 11. С. 34-35.

23. Куликов И. С. Десульфурация чугуна. М.: Металлургиздат, 1962 - 305 с.

24. Жило H. JI. Формирование и свойства доменных шлаков. - М.: Металлургия, 1974.

25. Бардин И. П. и др. Вязкость и минералогический состав первичных доменных шлаков. Издание АН СССР, 1954.

26. Вяткин Г. П., Русакова А. Г. Влияние закиси марганца и серы на вязкость доменных шлаков./ Труды ЧелябНИИМ. - Металлургия, 1967. С. 209-214.

27. Леонтьев Л. И. и др. Пирометаллургическая переработка комплексных руд. -М.: Металлургия, 1997. 432 с.

28. Леонтьев Л. И. и др. Титаномагнетиты - резерв черной металургии Урала и Сибири // Химия, технология и применение ванадия: Материалы 8-й Всероссийской конференции, 26-29 сентября 2000 г. Чусовой. Россия. С. 713.

29. Остроухое М.Я. Процесс шлакообразования в доменной печи. Металлургиздат, МЛ 963г.

30. Воскобойников В. Г. и др. Свойства жидких доменных шлаков. / Справочное пособие. - М.: Металлургия, 1975 - 181 с.

31. Ефименко Г. Г. и др. Металлургия чугуна. / Учебник. - Киев: Выща школа, 1981 -495 с.

32. Трекало С. К., Воскобойников В.Г. // Теория и практика металлургии. 1983, №9. С. 17-21.

33. Гладышев В. И. и др. Поведение марганца в доменных печах ЗападноСибирского металлургического комбината. / Труды УралНИИЧМ «Выплавка и передел низкомарганцовистых чугунов». - Свердловск, 1983.

34. Шаврин C.B., Захаров И.Н., Ипатов Б.В. Истечение шлака через насадку в противотоке газа //Известия ВУЗов. Черная металлургия, № 9, 1962. С. 54-65.

35. Захаров И.Н. Восстановление и фильтрация расплавов в доменных печах Автореф. дис. на соиск. уч. ст. д.т.н. Свердловск: УПИ им. С.М. Кирова, 1973. 37 с.

36. Ипатов Б.В. Некоторые особенности фильтрации шлаковых расплавов через коксовые насадки. Дис. на соиск. уч. ст. к.т.н. Свердловск: Инст-т металлургии АН СССР. Уральский науч. центр, 1971. 145 с.

37. Захаров И.Н., Фролов В.В., Ипатов Б.В. и др. Гидродинамика шлака в коксовых насадках /В тр. Ин-та металлургии Уральского филиала АН СССР,

136

вып. 24. "Восстановление, теплообмен и гидродинамика в доменном процессе". Ч. 1. Свердловск: РИСО УФАН СССР, 1970. С. 71-119.

38. Захаров И.Н., Косинский В.Ф., Шаврин C.B. Некоторые закономерности противоточной фильтрации в доменныхпечах /В тр. Ин-та металлургии Уральского филиала АН СССР, вып. 26. "Восстановление, теплообмен и гидродинамика в доменном процессе". Ч. 2. Свердловск: РИСО УФАН СССР, 1972. С. 98-110.

39. Clixby G. Влияние размягчения и плавления шихтовых материалов на работу доменной печи //Ironmak. andSteelmak., 13, № 4, 1986. P. 169-175 (РЖ Металлургия. M.: ВИНИТИ, 1986, 12 В234).

40. «Восстановление, теплообмен и гидродинамика в доменном процессе», Академия наук СССР, Уральский филиал, ответственный редактор C.B. Шаврин, Свердловск, 1970 г., стр. 76.

41. Товаровский И.Г., Гладков H.A., Нестеров A.C. Изучение фильтрации расплавов через коксовую насадку при использовании различных шихтовых материалов //Сталь, № 3, 1996. С. 6-11.

42. Кучма А. Я., Самсонов Г.В., Изв. АН СССР. Неорганические материалы, 1966 ,т. II, №11,с. 1970.

43. Pol 1 ard R, Wood word P. Trans. Faraday Soc, 1950, v.46, p. 190.

44. Glaser F., Ivanick W. J. Metals, 1956,v.4,p.387.

45. Баскин M. Л. и др. ФММ, 1961 ,т. XII, №6,с.860.

46. Кубашевскнй О., Эванс Э. Термохимия в металлургии ИЛ, 1954.

47. Funk H., Sehauer R. Chem. Techn., 1954, B.6, S.432.

48. Химическая энциклопедия: В 5 т.: т. 2: Даффа - Меди / Редкол.: Кнунянц И. Л. (гл.ред) и др. М.: Сов. энцикл., 1990. 671 с.

49. Косолапова Т. Я. Карбиды. М.: Металлургия. 1968. 300 с.

50. Кипарисов С. С., Левинский Ю.В., Петров А.П. Карбид титана: получение, свойства, применение. М.: Металлургия. 1987. 216 с.

51. Eirlich P. Z. anorg. Chem., 1949, b.259, s. 1.

52. Burgers W., В asart J. Z. anorg. Chem., 1936,B.216,s.209.

53. Ковальский A. E., Макаренко Т. Г. ЖТФ,1953, т.2Ъ, №2, с.265.

54. Rudy Е. u.a. Mh. Chem., 1960, В.91, S. 1761.

55. Taylor R. E. J. Amer. Ceram. Soc,1961,v.44^10.p.525.

56. Фесенко В. В., Болгар А. С. Испарение тугоплавких соединений. Изд-во «Металлургия», 1965.

57. Морозова М. Т. и др. ЖОХ, 1962,т. XXXII, № 7,с.2072.

58. Fujishiro S. J. Japan Soc. Powder Met., 1961, v.8, №2, p.73.

59. Humphrey G. J, Amer. Chem. Soc,1961, v.73,p. 2261.

60. Fujishiro S., Gocken N. A. J. Phys. Chem. 1961,v.65,№l,p.l61.

61. ChupkaW. J. Phys. Chem., 1958,v.62,p.5.

62. Еременко В. H. Титан и его сплавы. Киев. Изд-во АН УССР, 1960.

63. Самсонов Г. В., Упадхая Г. Ш., Нешпор B.C. Физическое металловедение карбидов. Киев: Наукова думка, 1974. 455 с.

64. Самсонов Г. В., Виницкий И. М. Тугоплавкие соединения. М.: Металлургия. 1976. 560 с.

65. Стормс Э. Тугоплавкие карбиды: Пер. с англ. М.: Мир, 1977. 485 с.

66. Cadoff Н., Nielsen P.J. Metals. 1953, v.5, №2, p.248.

67. Murakami J. J. Japan Inst. Metals, 1957,v.21,p.665.

68. Самсонов Г. В., Латышева В. П. ДАН СССР, 1956, т. 109, с.582.

69. Меерсое Г. А. Крейн О. Е. ЖПХ, 1952, т. XXV, с. 134.

70. Wagman A. Research N. В. S. 1945. V.34, р.143.

71. Цылев Л.М. Восстановление и шлакообразование в доменном процессе. М.: Наука, 1969.158 с.

72. Бабарыкин Н.Н., Галатонов А.Л., Агашин А.А. Десульфурация чугуна во время выпуска из доменной печи /Сб. "Шлаковый режим доменных печей. Под ред. к.т.н. Н.Л. Жило и к.т.н. М.Я. Остроухова". М.: Металлургия, 1967. С. 266-281.

73. Жило Н.Л., Большакова Л.И., Остроухов М.Я. и др. Физико-химические свойства конечных доменных шлаков заводов СССР /Сб. "Шлаковый режим доменных печей. Под ред. к.т.н. Н.Л. Жило и к.т.н. М.Я. Остроухова". М.: Металлургия,1967. С. 149-168.

74. Доменное производство: Справочное издание. В 2-х томах. Т. 1. Подготовка руд и доменный процесс / Под ред. Е.Ф. Вегмана. М.: Металлургия, 1989. 496 с. С. 346-387

75. Гаврилюк Г. Г., Леконцев Ю. А., Абрамов С. Д. Доменная плавка титаномагнетитов. - Тула: Ассод, 1997. 216 с.

76. TaoJun, Huang Wudi. Effect of MnO on Properties of International Symposium on Exploitation and Utilization of Vanadium- Bearing Titanomagnetite.-November 14-16-1989. Pomzhihua,

77. Носов С. К., Леонтьев Л. И. и др. Марганец - важный элемент технологии при переработке титаномагнетитов по металлургической схеме — М.: Сталь, 2003. №3.

78. Войтович Р. Ф. Окисление карбидов и нитридов. Киев, Наук, думка, 1981. 192 с.

79. Wagner F. Trans. Amer. Soc. Metals, 1956. V.48, p. 742.

80. Stewart R. W., Cutler J. B. Effect of temperature and oxygen partial pressure on the oxidation of titanium carbide. J. Amer. Ceram. Soc. 1967, № 4, p. 176-181.

81

82

83

84

85

86

87

88

89

90,

91,

92,

93,

94,

Жиляев В. А. Структурно-химические исследования высокотемпературного окисления некоторых переходных металлов IV -V групп углеродом, азотом и кислородом. Автореф. дис. канд. хим. наук. Свердловск, 1974. 28 с. Загрязкин В. Н. О механизме диффузии в монокарбидах переходных металлов. Физика металлов и металловедение. 1969. №2, с. 292-297. Цхай В. А., Гельд П. В. Статистический расчет распределения атомов и вакансий в оксикарбидах тугоплавких металлов. Журнал физ. химии. 1971. №9. с. 2129-2138.

Алямовский С. И., Зайнулин Ю. Г., Гельд П. В. Концентрационная

зависимость степени заполнения элементарной ячейки кубического

оксикарбида титана. Тр. Ин-та. химии УрО РАН, 1973, вып. 25. С.15-18.

Разработка и внедрение технологии доменной плавки с использованием в

шихте первичного мартеновского шлака. Отчет о НИР // АО НТМК - АО

НЭП Уралниичермет. - Рук. Качула Б.В. Екатеринбург - Нижний Тагил. 1993.

Петухова Е. Н. О возможности определения низших окислов титана в

доменных шлаках / Комплексное использование ме-таплургического сырья

Урала: Тр. Уральской конференции молодых ученых. - Свердловск:

УралНИИЧМ, 1967. - С.143-147.

Каменских А. А. и др. // Металлург, 2000, № 8. С. 33.

Итидате М. и др. Математическое моделирование влияния основных

факторов на холодную прочность агломерата. Пер. с яп. Я.А. Станкевичем,

Свердловск: ВНИИМТ, 1988 //Тэцу то Хаганэ. 1982. Т. 68, № 11. С. 732

Косова В.П. Зависимость прочности агломератов юга СССР от их

минералогического состава и структуры. (Обз. инф. Вып. 6) //Серия 4.

Агломерация руд и доменное производство. М.: 1984. С. 3-13.

Пузанов В.П., Кобелев В.А. Структурообразование из мелких материалов с

участием жидких фаз. Екатеринбург: 2001. 634 с.

Патент РФ № 2465350. Агломерационный флюс, шихта и способ его

производства.

Савицкая Л. И. Влияние состава аглошихты на технологию спекания и качество агломерата. /Обзорная информация ин-та «Черметинформация» Подготовка сырьевых материалов к металлургическому переделу и производство чугуна, вып. 1, М.: 1983. 30 е.;

Петере К. X., Бееп Г., Бепплер Э. и др. Получение и переплав агломерата с низким содержанием кремнезема. Черные металлы, 1989. № 22, С. 11-18. Товаровский И. Г. Совершенствование и оптимизация параметров доменного процесса. М.: Металлургия. 1987.193с.

95. Чернавин А.Ю., Нечкин Г.А., Чернавин Д.А., и др. Моделирование поведения шихтовых материалов в нижней части доменной печи. Сталь №5, 2010. С. 20-23.

96. ДжозефТ.Л., БарреттЕ.П., ВудК.Е. //Blast Furnace and Steel Plant, 1933, № 3. P. 156-161.

97. Справочник химика /под ред. Б.П.Никольского-М-Л. :Химия, 1982, т. 1, стр. 381.

98. Приходько Э.В., Хамхотько А.Ф., Тогобицкая Д.Н. и др. Роль химического состава железорудных материалов в формировании их металлургических свойств //Серия: Подготовка сырьевых материалов к металлургическому переделу и производство чугуна. (Обзорная инф. Вып. 5). М.: ЦНИИЧМ, 1984. С. 1-25.

99. Каплун Л.И. Температура и энтальпия плавления шихтовых железорудных материалов //Металлы, Изв. АН СССР, 1989. № 4. С. 5-10. (SatoS. Модель плавления железорудных шихт и агломератов //Tetsutohagane. J. IronandSteellnst/ Jap., 1984, vol. 70, № 7. P. 657-664.).

100. Каплун Л.И., Абзалов В.М. Теплофизические характеристики шихтовых железорудных материалов, Учебное пособие. Екатеринбург: УПИ, 1991. 124 с.

101. Кацман В.Х., Емельянов В.А. Изменение температур плавления железорудных материалов при восстановлении //Металлургия и коксохимия. Киев: 1982. Вып. 75. С. 81-84.

102. Горбенко Ю.Е., Ковалев Д.Н., Резняков A.A. Температура размягчения агломератов с повышенным содержанием хлоридов натрия //Сталь, 1983. № U.C. 11-13.

103. Крахт Л.Н. Разработка технологии производства высокоосновного агломерата и исследование его металлургических свойств: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. М.: МИСиС,. 1983. 25 с.

104. Никитин Г.М. Формирование вязкопластической зоны - как способ эффективного управления доменным процессом: Автореф. дис. ... докт. техн. наук. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1996. 54 с.

105. Долинский В.А. Исследование металлургических свойств магнезиального агломерата: Автореф. дис. канд. техн. наук. Новокузнецк: СМИ, 1972. 36 с.

106. Чернавин А.Ю., Нечкин Г.А., Чернавин Д.А., и др. Моделирование поведения шихтовых материалов в нижней части доменной печи. Сталь №5, 2010. С. 20-23.

107. Способ определения полноты истечения расплава при доменной плавке, №2014112445, дата приоритета: 31.03.2014 г.

108. Рамм А. Н. Современный доменный процесс. М.: Металлургия, 1980, 303 с.

140

109. Пузанов В. П., Нечкин Г. А., Птичников Г. А., Кобелев В. А., Чернавин А.Ю., Основы работы противоточной коксовой насадки доменной печи (сообщение 2). Сталь. 2012. №11. С. 2-8.

110. Атлас шлаков. Справ. Изд. Пер. с нем. М.: Металлургия, 1985, 208 с.

111. Трусова И. Ф., Чернов В. И. Петрография магматических и метаморфических пород. М.: Недра, 1982. 289 с.

112. Пузанов В. П., Нечкин Г. А., Онорин О. П., Кобелев В. А., Чернавин А. Ю. О плотности орошения продуктами плавки коксовой насадки доменной печи. Сталь. №4, 2012.

113. Лурье Ю. Ю. Справочник по аналитической химии. М.; Химия, 1989.

114. Ворошнин Л. Г. и др. Многокомпонентные диффузионные карбидные покрытия на железоуглеродистых сплавах. Минск: БНТУ, 2007. 470 с.

115. Пасынков Р. Е., Виноградов В. В., «ИАН СССР. Сер.физ.», 1957, т. 21, № 3.

116. Асанов, Антон Викторович. Твердофазная металлизация и жидкофазное разделение продуктов восстановления титаномагнетитовых руд и концентратов: диссертация кандидата технических наук : 05.16.02 / Асанов Антон Викторович;- Челябинск, 2010.- 141 е.: ил. РГБ ОД, 61 11-5/3.

117. A.B. Асанов, И.В. Аношкин, Н.В. Мальков, A.B. Рощин. Влияние химического состава и температуры на вязкость высокотитанистых шлаков // Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». - 2008. - Вып. 10. -№9 (109). - С. 7-10.

118. Колчин О.П., Берлин И.К. Цветные металлы. 1964, т.8, с. 67.

119. Ершов В.А., Пагнуева И.А., ЖПХ, 1961, т. XXXIII, №9, с. 1901.

120. С.И. Хитрик, В.А. Кравченко. Известия высших учебных заведений. Черная металлургия, 1960, №7.