blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2022-7-504-510blackmet-2344Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESОценка эффективности использования бакальских сидеритов в доменной плавкеAssessment of the efficiency of using Bakal siderites in blast furnace smeltinghttps://orcid.org/0000-0002-6395-0834ВусихисА. С.VusikhisA. S.

Александр Семенович Вусихис, к.т.н., старший научный сотрудник лаборатории пирометаллургии цветных металлов

Россия, 620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101

Aleksandr S. Vusikhis, Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher of the Laboratory of Pyrometallurgy of Non-Ferrous Metals

101 Amundsena Str., Yekaterinburg 620016, Russian Federation

vas58@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4343-914XЛеонтьевЛ. И.Leont’evL. I.

Леопольд Игоревич Леонтьев, академик, советник, Президиум РАН, д.т.н., профессор, Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», главный научный сотрудник, Институт металлургии УрО РАН

Россия, 620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101

Россия, 119049, Москва, Ленинский пр., 4

Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 32а

Leopol’d I. Leont’ev, Academician, Adviser, Russian Academy of Scien­ces, Dr. Sci. (Eng.), Prof., National University of Science and Techno­logy “MISIS”, Chief Researcher, Institute of Metallurgy, Ural Branch of the Russian Academy of Science

101 Amundsena Str., Yekaterinburg 620016, Russian Federation

4 Leninskii Ave., Moscow 119049, Russian Federation

32a Leninskii Ave., Moscow 119991, Russian Federation

leo@presidium.ras.ruАгафоновС. Н.AgafonovS. N.

Сергей Николаевич Агафонов, к.т.н., старший научный сотрудник лаборатории пирометаллургии цветных металлов

Россия, 620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101

Sergei N. Agafonov, Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher of the Laboratory of Pyrometallurgy of Non-Ferrous Metals

101 Amundsena Str., Yekaterinburg 620016, Russian Federation

agafonovs@ya.ruИнститут металлургии УрО РАНРоссияInstitute of Metallurgy, Ural Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationИнститут металлургии УрО РАН; Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»; Президиум РАНРоссияInstitute of Metallurgy, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences; National University of Science and Technology “MISIS”; Scientific Council on Metallurgy and Metal Science of Russian Academy of SciencesRussian Federation202227072022657504510Copyright © Вусихис А.С., Леонтьев Л.И., Агафонов С.Н., 20222022Вусихис А.С., Леонтьев Л.И., Агафонов С.Н.Vusikhis A.S., Leont’ev L.I., Agafonov S.N.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/2344

Металлургические предприятия Урала испытывают дефицит железорудного сырья, который компенсируется использованием материалов, завозимых из Центральной России, Кольского полуострова и Казахстана. Замена их на местное сырье увеличит конкурентоспособность производимого на Урале металла, поэтому вопрос оценки возможности замены привозного сырья на местное является весьма актуальным. Таким сырьем могут быть сидеритовые руды Бакальского месторождения. Они не пользуются спросом у металлургов из-за низкого содержания железа и высокого магния. Расчеты доменной плавки, произведенные с помощью балансовой логико-статистической модели, показали, что добавки обожженного и металлизованного концентратов улучшают показатели. Однако с ростом сидеритов в шихте увеличивается содержание оксида магния в шлаке, что влияет на его вязкость и делает затруднительным или невозможным плавку с использованием более 20 % сидеритов. Для разжижения шлака предложено использовать оксид бора. С помощью термодинамического моделирования проведена оценка влияния добавок в шихту 1 – 3 % В2О3 на химический состав шлака и распределение бора между металлической и оксидной фазой. Показано, что в процессе плавки происходит восстановление бора из шлаковой фазы и его частичный переход в металл. Это вызывает уменьшение содержания В2О3 в конечном шлаке. Сравнительный анализ полученных расчетных и экспериментальных данных показывает близкое содержание бора в металле, определенное теоретически и экспериментально. Это необходимо учитывать при расчете шихты. По расчетным данным основным восстановителем бора является кремний, а экспериментальные данные показывают, что им является углерод.

Metallurgical plants in the Urals are experiencing a shortage of iron ore. This has been compensated by the use of materials imported from Central Russia, the Kola Peninsula and Kazakhstan. Replacing them with local resources would increase the competitiveness of the metal produced in the Urals, which makes the question of assessing the possibility of replacing imported resources with local ones very relevant. Siderite ores from the Bakal deposit could be such resources. They are not in demand among metallurgists because of their low iron and high magnesium content. Calculations of blast furnace smelting made with the help of a balance logical-statistical model showed that additions of calcined and metallized concentrates improve performance. However, with increasing amount of siderites in the charge, the content of magnesium oxide in the slag increases. This in turn affects the viscosity and makes it difficult or impossible to smelt using more than 20 % siderites. The use of boron oxide for slag liquefaction is proposed. Thermodynamic modeling has been used to evaluate the effect of adding 1 – 3 % B2O3 to the charge on  chemical composition of the slag and the distribution of boron between the metallic and oxide phases. It is shown that in the process of smelting, Boron is reduced from the slag phase, resulting in its partial transition into metal. This causes a decrease in the B2O3 content in the final slag. A comparative analysis of the calculated and experimental data shows a similar content of boron in metal, which has been determined both theoretically and experimentally. This should be taken into account when calculating the charge. According to the data obtained, the main reducing agent of boron is silicon, while experimental data show that it is carbon.

железорудное сырьебакальские сидеритыобогащение рудыобжигметаллизациявязкостьшлакоксид бораiron oreBakal sideritesore processingroastingmetallizationviscosityslagboron oxideРабота выполнена при поддержке Российского научного фонда по проекту № 22-29-00400.The work was supported by the Russian Science Foundation under project No. 22-29-00400.ReferencesЧернобровин В.П. Сырьевая безопасность черной металлургии России // Пространство и Время. 2011. № 3(5). С. 111–118.Chernobrovin V.P. Raw material security of ferrous metallurgy in Russia. Prostranstvo i vremya. 2011, no. 3(5), pp. 111–118. (In Russ.).Волков Ю.В., Соколов И.В., Смирнов А.А. Стратегия освоения сырьевых ресурсов Урала // Горная Промышленность. 2006. № 4. С. 57–62.Volkov Yu.V., Sokolov I.V., Smirnov A.A. Strategy for development of the Urals raw material resources. Gornaya promyshlennost’. 2006, no. 4, pp. 57–62. (In Russ.).Волков Ю.В., Славиковский О.В., Соколов И.В., Смирнов А.А. Перспективы развития сырьевой базы горно-металлургических предприятий Урала // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2007. № 5. С. 286–290.Volkov Yu.V., Slavikovskii O.V., Sokolov I.V., Smirnov A.A. Prospects for development of the raw material base of mining and metallurgical enterprises in the Urals. Gornyi informatsionno-ana­liticheskii byulleten’. 2007, no. 5, pp. 286–290. (In Russ.).Пахомов В.П., Душин А.В. Оценка минерально-сырьевой безопасности УрФО // Экономика региона. 2008. № 3. С. 129–143.Pakhomov V.P., Dushin A.V. Assessment of mineral and raw material security of the UFD. Ekonomika regiona. 2008, no. 3, pp. 129–143. (In Russ.).Валиев Н.Г., Славиковский О.В., Славиковская Ю.О. Особен­ности освоения минерально-сырьевой базы на урбанизированных территориях Урала // Горный информационно-аналитичес­кий бюллетень. 2012. № 6. С. 344–347.Valiev N.G., Slavikovskii O.V., Slavikovskaya Yu.O. Peculiarities of mineral resource base development in urbanized territories of the Urals. Gornyi informatsionno-analiticheskii byulleten’. 2012, no. 6, pp. 344–347. (In Russ.).Корнилков С.В., Кантемиров В.Д. Железорудные месторождения Приполярного Урала как перспективная сырьевая база уральской металлургии // Известия вузов. Горный журнал. 2015. № 8. С. 22–28.Kornilkov S.V., Kantemirov V.D. Iron ore deposits of the Subpolar Urals as a promising raw material base for the Urals metallurgy. Izvestiya vuzov. Gornyi zhurnal. 2015, no. 8, pp. 22–28. (In Russ.).Эффективность и перспективы применения сидеритовых руд в доменной плавке / В.А. Красноборов, С.Л. Ярошевский, А.А. Денисов, В.С. Рудин, В.И. Бирючев, М.Ф. Полушкин. Донецк, 1996. 88 с.Krasnoborov V.A., Yaroshevskii S.L., Denisov A.A., Rudin V.S., Biryuchev V.I., Polushkin M.F. Efficiency and Prospects of Using Siderite Ores in Blast Furnace Smelting. Donetsk, 1996, 88 p. (In Russ.).Юрьев Б.П., Меламуд С.Г., Спирин Н.А., Шацилло В.В. Технологические и теплотехнические основы подготовки сидеритовых руд к металлургическим переделам. Екатеринбург: ООО АМК «День РА», 2016. 428 с.Yur’ev B.P., Melamud S.G., Spirin N.A., Shatsillo V.V. Technological and Thermal Engineering Bases of Siderite Ore Preparation for Metallurgical Processing: Monograph. Yekaterinburg: OOO AMK “Den’ RA”, 2016, 428 p. (In Russ.).Вусихис А.С., Леонтьев Л.И. Применение сидеритовых руд при производстве чугуна и стали. Москва; Вологда: Инфра-Инженерия, 2022. 116 с.Vusikhis A.S., Leont’ev L.I. Application of Siderite Ores in Iron and Steel Production: Monograph. Moscow; Vologda: Infra-Inzhene­riya, 2022, 116 p. (In Russ.).Ахлюстина А.И., Жуковский Г.В., Квасков А.П. Технологичес­кая классификация железных руд Бакальского месторождения // Труды института «Уралмеханобр». 1972. № 18. С. 37–43.Akhlyustina A.I., Zhukovskii G.V., Kvaskov A.P. Technological classification of iron ores of the Bakal deposit. In: Proceedings of the Institute “Uralmekhanobr”. Sverdlovsk, 1972, no. 18, pp. 37–43. (In Russ.).Жунев А.Г., Федоренко Н.В., Червоткин В.В. и др. Окислительный обжиг сидеритовых руд в шахтных печах// Окускование железных руд и концентратов. Труды института «Уралмеханобр». 1976. № 3. С. 28–38.Zhunev A.G., Fedorenko N.V., Chervotkin V.V., etc. Oxidative roasting of siderite ores in shaft furnaces. In: Pelletizing of Iron Ores and Concentrates: Proceedings of the Institute “Uralmekhanobr”. Sverdlovsk, 1976, no. 3, pp. 28–38. (In Russ.).Бланк М.Э., Червоткин В.В., Кончаковский В.Р. Разработка и исследование двухстадийного способа металлизации железорудного сырья в трехзонной шахтной печи // Теория и практика прямого получения железа. Москва: Наука, 1986. С. 207–211.Blank M.E., Chervotkin V.V., Konchakovskii V.R. Development and study of two-stage method of iron ore raw materials metallization in a three-zone shaft furnace. In: Theory and Practice of Direct Production of Iron. Moscow: Nauka, 1986, pp. 207–211. (In Russ.).Юрьев Б.П., Дудко В.А. Обоснование необходимости восстановления сидеритовой руды и разработка газовой схемы для получения восстановительного газа // Сталь. 2022. № 1. С. 2–6.Yur’ev B.P., Dudko V.A. Rationale for reduction of siderite ore and development of gas scheme to produce reducing gas. Stal'. 2022, no. 1, pp. 2–6. (In Russ.).Пирометаллургическая переработка комплексных руд / Л.И. Леонть­ев, Н.А. Ватолин, С.В. Шаврин, Н.С. Шумаков. Моск­ва: Металлургия, 1997. 432 с.Leont’ev L.I., Vatolin N.A., Shavrin S.V., Shumakov N.S. Pyrometallurgical Processing of Complex Ores. Moscow: Metallurgiya, 1997, 432 p. (In Russ.).Ченцов А.В., Чесноков Ю.А., Шаврин С.В. Балансовая логико-статистическая модель доменного процесса. Москва: Наука, 1991. 92 с.Chentsov A.V., Chesnokov Yu.A., Shavrin S.V. Balance Logical-Statistical Model of Blast Furnace Process. Moscow: Nauka, 1991, 92 p. (In Russ.).Вусихис А.С., Леонтьев Л.И., Кудинов Д.З., Гуляков В.С. Металлизация сидеритовой руды при восстановительном обжиге // Металлы. 2016. № 3. С. 8–13.Vusikhis A.S., Leont’ev L.I., Kudinov D.Z., Gulyakov V.S. Me­tallization of siderite ore in reducing roasting. Russian Metallurgy (Metally). 2016, vol. 2016, no. 5, pp. 404–408. https://doi.org/10.1134/S0036029516050153Вусихис А.С., Леонтьев Л.И., Кудинов Д.З., Шешуков О.Ю Анализ современных методов переработки сидеритовых руд // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2011. № 3. С. 49–52.Vusikhis A.S., Leont’ev L.I., Kudinov D.Z., Sheshukov O.Yu. Ana­lysis of modern methods of siderite ore processing. Vestnik MGTU im. G.I. Nosova. 2011, no. 3, pp. 49–52. (In Russ.).Вяткин В.П., Гаврилюк Л.Я., Остроухов М.Я. и др. Опытные плавки с участием в шихте Бакальских сидеритов // Шлаковый режим доменных печей. Москва: Металлургия, 1961. 350 с.Vyatkin V.P., Gavrilyuk L.Ya., Ostroukhov M.Ya., etc. Experimental smelts with Bakal siderites in charge. In: Slag Mode of Blast Furnaces. Moscow: Metallurgiya, 1961, 350 p. (In Russ.)Жило Н.Л. Формирование и свойства доменных шлаков. Моск­ва: Металлургия, 1974. 120 с.Zhilo N.L. Formation and Properties of Blast Furnace Slag. Moscow: Metallurgiya, 1974, 120 p. (In Russ.).Акбердин А.А., Киреева Г.М., Ким А.С. Физические свойства борсодержащих доменных шлаков // Комплексное использование минерального сырья. 1996. № 3. С. 27–31.Akberdin A.A., Kireeva G.M., Kim A.S. Physical properties of boron-containing blast furnace slag. Kompleksnoe ispol’zovanie mineral’nogo syr’ya. 1996, no. 3, pp. 27–31. (In Russ.).Liu W., Pang Z., Wang J., Zuo H., Xue Q. Investigation of visco­sity and structure of CaO–SiO2–MgO–Al2O3–BaO–B2O3 slag melt // Ceramics International. 2022. Vol. 48. No. 12. Р. 17123–17130. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.02.268Liu W., Pang Z., Wang J., Zuo H., Xue Q. Investigation of visco­sity and structure of CaO–SiO2–MgO–Al2O3–BaO–B2O3 slag melt. Ceramics International. 2022, vol. 48, no. 12, pp. 17123–17130. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.02.268Belov G.V., Iorish V.S., Yungman V.S. IVTANTHERMO for Windows – database on thermodynamic properties and related software // Calphad. 1999. Vol. 23. No. 2. P. 173–180. https://doi.org/10.1016/S0364-5916(99)00023-1Belov G.V., Iorish V.S., Yungman V.S. IVTANTHERMO for Windows – database on thermodynamic properties and related software. Calphad. 1999, vol. 23, no. 2, pp. 173–180. https://doi.org/10.1016/S0364-5916(99)00023-1Акбердин А.А, Ким А.С. Доменная плавка на борсодержащих шлаках // Теория и практика производства чугуна: Труды Меж­дународной научно-практической конференции, посвященной 70-летию КГГМК «Криворожсталь». Кривой Рог, 2004. С. 146–149.Akberdin A.A., Kim A.S. Blast furnace smelting with boron-containing slags. In: Theory and Practice of Cast Iron Production: Proceedings of the Int. Sci. and Pract. Conf. dedicated to the 70th Anniversary of KGMK Krivorozhstal. Krivoi Rog, 2004, pp. 146–149. (In Russ.).

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