Кандидат технических наук, старший научный сотрудник.
620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101
Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher.
Ekaterinburg
Доктор технических наук, академик, главный научный сотрудник.
119991, Москва, Ленинский проспект, 32а; 119334, Москва, Ленинский проспект, 49; 119049, Москва, Ленинский проспект, 4
Dr. Sci. (Eng.), Professor, Academician, Adviser of the Russian Academy of Sciences, Chief Researcher.
Moscow
Кандидат технических наук, старший научный сотрудник.
620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101
Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher.
Ekaterinburg
Доктор технических наук, заведующий лабораторией пирометалургии цветных металлов.
620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101
Dr. Sci. (Eng.), Head of the Laboratory of Pyrometallurgy of Nonferrous Metals.
Ekaterinburg
В черной и цветной металлургии разработан ряд технологий, в основе которых лежат барботажные процессы. Для прогнозирования параметров плавки, включающей восстановление металлов из оксидного расплава газом-восстановителем в барботируемом слое в промышленных агрегатах, предложена методика термодинамического моделирования, в основе которой лежит расчет равновесия в системе оксидный расплав – металл – газ. Оригинальность методики состоит в том, что равновесие определяют для каждой единичной порции газа, вводимой в рабочее тело, при содержаниях оксидов восстанавливаемых металлов в каждом последующем расчетном цикле, равных равновесным в предыдущем. Для анализа взята оксидная система 1,8 % NiO – 17,4 % FeO – 13,5 % CaO –1,9 % MgO – 58,0 % SiO2 – 7,4 % Al2O3, по содержанию компонентов близкая к составу окисленной никелевой руды. Соотношение H2O/H2 в газовой смеси варьировали в пределах 0 – 1,0. В зависимости от количества и состава газа, введенного в рабочее тело, оценивали содержание оксидов никеля и железа в расплаве (1823 К), определяли количество и состав образующегося металла (ферроникеля), а также показатели (кратность шлака, степени восстановления металлов), важные при реализации процесса в промышленных условиях. Увеличение расхода водорода монотонно снижает содержание оксида никеля в расплаве, в то время как содержание оксида железа первоначально возрастает, а затем – снижается. При введении H2 в количестве около 50 м3/т расплава содержание оксида никеля в нем снижается до 0,017 %, а оксида железа до 16,7 %. Образующийся ферроникель содержит 61 % никеля, кратность шлака составляет 42 единицы. Дальнейшее увеличение расхода H2 ведет к предпочтительному восстановлению железа. Повышение соотношения H2O/H2 ухудшает показатели восстановления металлов из расплава: уменьшается степень восстановления никеля и железа, увеличивается содержание никеля в сплаве и кратность шлака. Однако даже при соотношении H2 /H2O равном 1,0, что соответствует содержанию 50,0 % H2O в смеси газов, процесс восстановления не прекращается. Для сравнения в работе приведены данные по изменению содержания оксидов никеля и железа при восстановлении металлов из аналогичных расплавов монооксидом углерода. При степени восстановления никеля 98 % показатели близки в случае использования как Н2 , так и СО. Однако для их достижения водорода требуется в 2,5 раза, а смеси, в которой Н2О/Н2 = 0,11 (90 % Н2 ), – в 1,36 раз меньше, чем монооксида углерода.
A number of technologies in ferrous and non-ferrous metallurgy are based on bubbling processes. For prediction of melting parameters including the reduction of metals from oxide melt by a reducing gas in a bubbling layer in industrial aggregates, a thermodynamic modeling technique is proposed based on calculation of the equilibrium in oxide-melt-metal-gas system. Originality of the technique is that equilibrium is determined for each unit dose of gas introduced into the working body, with the contents of oxides of metals being reduced in each subsequent design cycle equal to the equilibrium in the previous one. For the analysis NiO (1.8 %) – FeO (17.4 %) – CaO (13.5 %) – MgO (1.9 %) – SiO2 (58.0 %) – Al2O3 (7.4 %) oxide system was taken, closely corresponding to composition of oxidized nickel ore. The ratio of Н2О/Н2 in gas mixture varies between 0 and 1.0. (1823 K), amount and composition of formed metal (ferronickel), as well as the indices (the ratio of slag and metal, the degree of reduction of metals) are important in implementation of the process under commodity conditions. The increase in hydrogen consumption monotonously reduces the content of nickel oxide in the melt, while the content of iron oxide initially increases, and then decreases. When H2 is introduced in an amount of about 50 m3 per ton of the melt, the content of nickel oxide in it is reduced to 0.017 %, and of iron oxide to 16.7 %. Resulting ferronickel contains 61 % Ni, ratio of slag and metal – 42 units. Further increase in H2 consumption leads to preferential iron reduction. An increase in H2O/H2 ratio worsens the results of reduction of metals from the melt: decrease in degree of reduction of nickel and iron, increase in nickel content in the alloy, and the ratio of slag and metal. However, even with a H2 / H2O ratio of 1.0, which corresponds to 50 % of H2O in the gas mixture, reduction process does not stop. For comparison, the work presents data on change in content of nickel and iron oxides, when metals are restored from similar melts with carbon monoxide. At a nickel recovery rate of 98 %, indicators are close in case of using both H2 and CO. However, to achieve them, it is required 2.5 times less hydrogen, and 1.36 times less mixture in which H2O/H2 = 0.11 (H2 – 90 %) than carbon monoxide.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.