blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2017-6-425-429blackmet-1093Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESМАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ГИДРОДИНАМИКИ И МАССОПЕРЕНОСА В КОНВЕРТЕРНОЙ ВАННЕ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ КОНЦЕНТРАТОВ КОМПЛЕКСОВ ШЛАКОПЕРЕРАБОТКИMATHEMATICAL MODELING OF HYDRODYNAMIC PROCESSES AND MASS TRANSFER IN THE CONVERTER BATH WHEN USING THE IRON-CONTAINING CONCENTRATES OF SLAG PROCESSING COMPLEXESКузнецовС. Н.KuznetsovS. N.

Соискатель степени кандидата технических наук кафедры металлургии черных металлов 

(654007, Кемеровская обл., Новокузнецк, ул. Кирова, 42) 

Candidates for a degree of Сand. Sci. (Eng.) of the Chair of Ferrous Metallurgy

mchmsis@mail.ruПротопоповЕ. В.ProtopopovE. V.

Доктор технических наук, профессор кафедры металлургии черных металлов 

(654007, Кемеровская обл., Новокузнецк, ул. Кирова, 42) 

Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Chair of Ferrous Metallurgy, Rector

protopopov@sibsiu.ruФейлерС. В.FeilerS. V.

Кандидат технических наук, и.о. заведующего кафедрой металлургии черных металлов 

(654007, Кемеровская обл., Новокузнецк, ул. Кирова, 42) 

Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor, Acting Head of the Chair of Ferrous Metallurgy

feylersv@gmail.comТемлянцевМ. В.TemlyantsevM. V.

Доктор технических наук, профессор кафедры теплоэнергетики и экологии, проректор по научной работе и инновациям 

(654007, Кемеровская обл., Новокузнецк, ул. Кирова, 42) 

uchebn_otdel@sibsiu.ruСибирский государственный индустриальный университетРоссияSiberian State Industrial UniversityRussian Federation201730062017606425429Copyright © Кузнецов С.Н., Протопопов Е.В., Фейлер С.В., Темлянцев М.В., 20172017Кузнецов С.Н., Протопопов Е.В., Фейлер С.В., Темлянцев М.В.Kuznetsov S.N., Protopopov E.V., Feiler S.V., Temlyantsev M.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1093

Значительную часть отходов металлургического производства составляют сталеплавильные шлаки, выход которых оценивается в среднем от 150 до 200 кг/т стали. При существующих объемах производства стали в Российской Федерации ежегодно образуется в среднем 9 млн. т шлаков сталеплавильного производства, в составе которых 8 – 11 % чистого металла, 15 – 40 % – оксидов железа. Общее количество железа достигает 20 – 30 % от массы шлака. Сталеплавильные шлаки являются ценными железосодержащими техногенными материалами, которые необходимо подвергать дальнейшей переработке и возвращению в производство. Для переработки образующихся сталеплавильных шлаков на АО «ЕВРАЗ ЗСМК» функционирует комплекс шлакопереработки, который представляет собой технологическую линию, позволяющую путем магнитной сепарации поэтапно выделять из конвертерного шлака железосодержащие включения. Образующийся железосодержащий концентрат представляет собой материал фракций 0 –10 мм(предназначен для использования в агломерационном производстве), 10 –80 мм(для использования в доменном производстве) и 80 –250 мм(для использования в сталеплавильном производстве). В работе выполнен анализ возможности применения фракцией 0 – 10 и 10 –80 ммжелезосодержащих концентратов при выплавке стали в 160-т конвертерах. На основе разработанной математической модели проведена серия многовариантных расчетов для исследования динамики плавления и распределения в металлическом расплаве присадки железосодержащих концентратов при различных траекториях ввода и различных его количествах. Анализ результатов математического моделирования позволил получить новую информацию о гидродинамических процессах при продувке конвертерной ванны с присадками железосодержащих концентратов комплекса шлакопереработки АО «ЕВРАЗ ЗСМК». 

A significant part of the steel industry wastes are steel smelting slags, the output of which is estimated at an average from 150 to 200 kg/ton of steel. With the existing volumes of steel production in theRussian Federationannually approximately 9 million tons of steelmaking slag is generated. They contain 8 – 11 % of pure metal, and 15 – 40 % in the form of iron oxides. The total amount of iron reaches 20 – 30 % of the mass of the slag. Steelmaking slags are valuable iron-containing technogenic materials that require further processing and recycling in the production. For the processing of the formed steel-smelting slags, JSC “EVRAZ ZSMK” operates a slag processing complex, which is a technological line allowing step-by-step separation of iron-containing inclusions from converter slag due to the use of magnetic separation methods. The obtained iron-containing concentrate is a fraction material: 0 –10 mm– intended for use in agglomeration production, 10 –80 mm– in blast-furnace production and 80 –250 mmin steelmaking. The analysis of the possibility of the use of iron-containing concentrates with the fraction of 0 – 10 and 10 –80 mmduring steel smelting in 160-ton converters was carried out. On the basis of the developed mathematical model, a series of multivariate calculations were carried out to study the dynamics of melting and averaging the addition of iron-containing concentrates at various trajectories of input and its various amounts. Analysis of the results of mathematical modeling made it possible to obtain new information on hydrodynamic processes during the blowing of the converter bath with addition of iron-containing concentrates of the slag processing complex JSC “EVRAZ ZSMK”. 

конвертерсталеплавильный шлакрециклингмоделированиеплавлениегидродинамикаconvertersteelmaking slagrecyclingmodelingmeltinghydrodynamicsReferencesКузнецов С.Н., Волынкина Е.П., Протопопов Е.В., Зоря В.Н. Металлургические технологии переработки техногенных месторождений, промышленных и бытовых отходов. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2014. – 294 с.Kuznetsov S.N., Volynkina E.P., Protopopov E.V., Zorya V.N. Metallurgicheskie tekhnologii pererabotki tekhnogennykh mestorozhdenii, promyshlennykh i bytovykh otkhodov [Metallurgical technologies for processing technogenic deposits, industrial and domestic waste]. Novosibirsk: Izd-vo SO RAN, 2014, 294 p. (In Russ.).Kuhn M., Drissen P., Schrey H. Successful treatment of liquid BOF slag at ThyssenKrupp Steel works to solve the problem of volume stability // Proc. 3rd European Oxygen Steelmaking Conf.: 30 Oct - 1 Nov 2000. 2000. P. 521 – 531.Kuhn M., Drissen P., Schrey H. Successful treatment of liquid BOF slag at Thyssen Krupp Steel works to solve the problem of volume stability. In: Proc. 3rd European Oxygen Steelmaking Conf.: 30 Oct - 1 Nov 2000. 2000, pp. 521–531.Sahay J.S., Nadpal O.P., Prasad S. Waste management of steel slag // Steel Times International. 2000. No. 2. P. 38 – 40.Sahay J.S., Nadpal O.P., Prasad S. Waste management of steel slag. Steel Times International. 2000, no. 2, pp. 38–40.Barella S., Gruttadauria A., Magni F. etc. Survey about Safe and Reliable Use of EAF Slag // ISIJ International. 2012. Vol. 52. No. 12. P. 2295 – 2302.Barella S., Gruttadauria A., Magni F., Mapelli C., Mombelli D. Survey about Safe and Reliable Use of EAF Slag. ISIJ International. 2012, vol. 52, no. 12, pp. 2295–2302.Balajee S.R., Callaway P.E., Keilman L.M. Production and BOF recycling of waste oxide briquettes at inland steel // Iron and Steelmaker. 1995. Vol. 22. No. 8. Р. 11 – 21.Balajee S.R., Callaway P.E., Keilman L.M. Production and BOF recycling of waste oxide briquettes at inland steel. Iron and Steelmaker. 1995, vol. 22, no. 8, pp. 11–21.Weber R. Steelproduction with optimized energy and raw matetial inhut. ASM-Congress Cincinnati. Ohio, 1992. P. 21 – 27.Weber R. Steel production with optimized energy and raw material input. ASM-Congress Cincinnati. Ohio, 1992, pp. 21–27.Кудрин В.А. Теория и технология производства стали. Учебник для вузов. – М.: Мир, АСТ, 2003. – 528 с.Kudrin V.A. Teoriya i tekhnologiya proizvodstva stali. Uchebnik dlya vuzov [Theory and technology of steel production. Textbook for universities]. Moscow: Mir, AST, 2003, 528 p. (In Russ.).Анашкин Н.С., Павленко С.И. Мартеновские шлаки и их использование в металлургии и других отраслях народного хозяйства. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2006. – 136 с.Anashkin N.S., Pavlenko S.I. Martenovskie shlaki i ikh ispol’zovanie v metallurgii i drugikh otraslyakh narodnogo khozyaistva [Marten slags and their use in metallurgy and other branches of the national economy]. Novosibirsk: Izd-vo SO RAN, 2006, 136 p. (In Russ.).Гладских В.И., Гостенин В.А., Бочкарев А.В. и др. Переработка сталеплавильных шлаков на установке AMCOM // Сталь. 2009. № 10. C. 107, 108.Gladkikh V.I., Gostenin V.A., Bochkarev A.V., Sukinova N.V., Murzina Z.N. Processing of steelmaking slags at the AMCOM plant. Stal’. 2009, no. 10, pp. 107–108. (In Russ.).Голов Г.В., Ситников С.М., Калимулина Е.Г. Технология извлечения металла из отвальных шлаков // Сталь. 2001. № 8. C. 83.Golov G.V., Sitnikov S.M., Kalimulina E.G. Technology for extracting the metals from dump slag. Stal’. 2001, no. 8, pp. 83. (In Russ.).Тарабрина Л.А., Курган Т.А., Игнатьева Н.С. Процессы переработки шлаков на ОАО «ММК» // Металлург. 2000. № 9. C. 26, 27.Tarabrina L.A., Kurgan T.A., Ignat’eva N.S. Processing the steelmaking slags at ‘MMK’ company. Metallurg. 2000, no. 9, pp. 26–27. (In Russ.).Булгаков В.Г., Бондарев Ю.А., Агеев Е.Е. Использование брикетов из отходов металлургического производства для частичной или полной замены передельного чугуна при выплавке стали // Изв. вуз. Черная металлургия. 1985. № 9. C. 72.Bulgakov V.G., Bondarev Yu.A., Ageev E.E. Use of briquettes from metallurgical waste for partial or complete replacement of pig iron in steelmaking. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 1985, no. 9, pp. 72. (In Russ.).Noro Katsnhiko, Takenchi Mitsugu, Mitukami Yoshimasa Necessity of scrap reclamation technologies and present conditions of technical development // ISIJ Int. 1997. Vol. 37. No. 3. Р. 27 – 31.Noro Katsnhiko, Takenchi Mitsugu, Mitukami Yoshimasa Necessity of scrap reclamation technologies and present conditions of technical development. ISIJ Int. 1997, vol. 37, no. 3, pp. 27–31.Bernard Trentini. Scrap consumption in the oxygen converter // Steel Times. 1985. No. 2. Р. 608 – 610.Bernard Trentini. Scrap consumption in the oxygen converter. Steel Times. 1985, no. 2, pp. 608–610.Goodman N. Slag splashing of BOF converters // Iron and Steel Inst. 1996. No. XXX. P. 24 – 33.Goodman N. Slag splashing of BOF converters. Iron and Steel Inst. 1996, no. XXX, pp. 24–33.Singh V.A., Lenka S.N., Ajmani S.K. etc. Novel bottom stirring scheme to improve BOF performance through mixing and mass transfer modelling // ISIJ International. 2009. Vol. 49. No. 12. P. 1889 – 1894.Singh V.A., Lenka S.N., Ajmani S.K., Bhanu C., Pathak S. Novel Bottom Stirring Scheme to Improve BOF Performance through Mixing and Mass Transfer Modelling. ISIJ International. 2009, vol. 49, no. 12, pp. 1889–1894.Самохвалов С.Е. Теплофизические процессы в многофазных средах: теоретические основы компьютерного моделирования. – Киев: изд. Института системных исследований. Мин. обр. Украины, 1994. – 172 с.Samokhvalov S.E. Teplofizicheskie protsessy v mnogofaznykh sredakh: teoreticheskie osnovy komp’yuternogo modelirovaniya [Thermophysical processes in multiphase environments: theoretical foundations of computer modeling]. Kiev: izd. Instituta sistemnykh issledovanii: Min. obr. Ukrainy, 1994, 172 p. (In Russ.).Кутателадзе С.С., Стырикович М.А. Гидродинамика газожидкостных систем. – М.: Наука, 1976. – 296 с.Kutateladze S.S., Styrikovich M.A. Gidrodinamika gazozhidkostnykh sistem [Hydrodynamics of gas-liquid systems]. Moscow: Nauka, 1976, 296 p. (In Russ.).Протопопов Е.В., Чернятевич А.Г., Самохвалов С.Е. и др. Численное моделирование перемешивания и теплообмена в конвертерной ванне при комбинированной продувке // Изв. вуз. Черная металлургия. 1997. № 12. С. 3 – 8.Protopopov E.V., Chernyatevich A.G., Samokhvalov S.E., Ganzer L.A., Kosukhina E.S. Numerical modeling of mixing and heat transfer in a converter bath with combined blowing. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 1997, no. 12, pp. 3–8. (In Russ.).Протопопов Е.В., Мокринский А.В., Чернятевич А.Г., Жибинова И.А. Исследование гидродинамики конвертерной ванны при продувке расплава в агрегате жидкофазного восстановления // Изв. вуз. Черная металлургия. 2006. № 6. С. 7 – 11.Protopopov E.V., Mokrinskii A.V., Chernyatevich A.G., Zhibinova I.A. Converter-bath hydrodynamics with injection in a liquid-reduction unit. Steel in Translation. 2006, vol. 36, no. 6, pp. 1–4.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.