<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">blackmet</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Izvestiya. Ferrous Metallurgy</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">0368-0797</issn><issn pub-type="epub">2410-2091</issn><publisher><publisher-name>National University of Science and Technology "MISIS"</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.17073/0368-0797-2024-6-725-730</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">blackmet-2809</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>PHYSICO-CHEMICAL BASICS OF METALLURGICAL PROCESSES</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Термодинамическое моделирование процессов окускования конвертерного шлама</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Thermodynamic modeling of converter sludge sintering</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0002-7554-2168</contrib-id><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Протопопов</surname><given-names>Е. В.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Protopopov</surname><given-names>E. V.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Евгений Валентинович Протопопов, д.т.н., профессор кафедры металлургии черных металлов и химической технологии</p><p>Россия, 654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Evgenii V. Protopopov, Dr. Sci. (Eng.), Prof. of the Chair of Ferrous Metal­lurgy and Chemical Technology</p><p>42 Kirova Str., Novokuznetsk, Kemerovo Region – Kuzbass 654007, Russian Federation</p></bio><email xlink:type="simple">protopopov@sibsiu.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0003-1679-0839</contrib-id><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Рыбенко</surname><given-names>И. А.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Rybenko</surname><given-names>I. A.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Инна Анатольевна Рыбенко, д.т.н., профессор, заведующий кафед­рой прикладных информационных технологий и программирования</p><p>Россия, 654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Inna A. Rybenko, Dr. Sci. (Eng.), Prof., Head of the Chair of Applied Information Technologies and Programming</p><p>42 Kirova Str., Novokuznetsk, Kemerovo Region – Kuzbass 654007, Russian Federation</p></bio><email xlink:type="simple">rybenkoi@mail.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Беленецкий</surname><given-names>Е. А.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Belenetskii</surname><given-names>E. A.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Евгений Анатольевич Беленецкий, магистрант кафедры металлургии черных металлов и химической технологии</p><p>Россия, 654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Evgenii A. Belenetskii, MA Student of the Chair of Ferrous Metallurgy and Chemical Technology</p><p>42 Kirova Str., Novokuznetsk, Kemerovo Region – Kuzbass 654007, Russian Federation</p></bio><email xlink:type="simple">info@vpk-oil.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Сибирский государственный индустриальный университет</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Siberian State Industrial University</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2024</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>23</day><month>11</month><year>2024</year></pub-date><volume>67</volume><issue>6</issue><fpage>725</fpage><lpage>730</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Протопопов Е.В., Рыбенко И.А., Беленецкий Е.А., 2024</copyright-statement><copyright-year>2024</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Протопопов Е.В., Рыбенко И.А., Беленецкий Е.А.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Protopopov E.V., Rybenko I.A., Belenetskii E.A.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://fermet.misis.ru/jour/article/view/2809">https://fermet.misis.ru/jour/article/view/2809</self-uri><abstract><p>В настоящее время перспективным направлением является разработка технологий окускования или брикетирования конвертерных шламов. Рециклинг этих шламов в производство позволит решить ряд важнейших для современной металлургии задач утилизации техногенных отходов, экономии сырья и снижения себестоимости стали. Эффективность использования полезных компонентов в составе брикетов значительно выше, чем в каком-либо другом состоянии (в мелкой или полидисперсной фракции, в сортированном виде). В настоящей работе рассматриваются развитие и обоснование комплексного подхода термохимического окускования конвертерного шлама, основанного на кондиционировании железосодержащих шламов нетермическим адсорбционным обезвоживанием и термохимическим окускованием с одновременным восстановлением железа из оксидов. Адсорбционное обезвоживание до содержания влаги 2 – 3 % обеспечивается кратковременным контактом железосодержащих шламов с пористым энергоносителем – буроугольным полукоксом, который отделяется пневмосепарационным способом и направляется для энерготехнологического использования, а железосодержащий продукт в смеси с углями – на термоокислительное коксование. Коксование осуществляется в кольцевой печи с вращающимся подом, где при достижении температур 1050 – 1100 °С происходит формирование крупного и прочного кускового материала с 55 – 60 % железосодержащего продукта с практически полным восстановлением. Проведено термодинамическое моделирование процесса спекания конвертерного шлама с углями. Инструментом при выполнении вычислительных экспериментов с использованием методов термодинамического моделирования объекта исследования являлся программный комплекс «Терра», предназначенный для расчета термодинамических свойств и состава фаз равновесного состояния произвольных систем с химическими и фазовыми превращениями. Результаты термодинамического моделирования полностью подтвердили экспериментальные исследования. Полученный материал представляет собой аналог феррококса, содержащий 35 – 39 % железа и 45 – 49 % углерода, при этом содержание оксида цинка не превышает 0,017 %.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>Currently, a promising area is the development of technologies for sintering or briquetting of converter sludge. Recycling of this sludge into production will allow solving a number of important tasks for modern metallurgy in the utilization of man-made waste, saving raw materials and reducing the cost of steel. The efficiency of utilizing useful components in the composition of briquettes is significantly higher than in any other state (in a fine or polydisperse fraction, in sorted form). In this paper, we consider the development and justification of an integrated approach to thermochemical sintering of converter sludge based on conditioning of iron-containing sludge by non-thermal adsorption dehydration and thermochemical sintering with simultaneous reduction of iron from oxides. Adsorption dehydration to a moisture content of 2 – 3 % is provided by a short-term contact of iron-containing slimes with a porous energy carrier, brown coal semi-coke, which is separated by pneumoseparation and sent for energy technological use, and the iron-containing product mixed with coals is subjected to thermo-oxidative coking. Coking is carried out in an annular furnace with a rotating hearth, where, when temperatures reach 1050 – 1100 °C, a large and durable lump material is formed with 55 – 60 % of the iron-containing product with almost complete reduction. Thermodynamic modeling of converter sludge sintering with coals was carried out. A tool for performing computational experiments using methods of thermodynamic modeling of the studied object was the Terra software package designed to calculate the thermodynamic properties and composition of the phases of equilibrium state of arbitrary systems with chemical and phase transformations. The results of thermodynamic modeling were fully confirmed by the experimental studies. The obtained material is an analog of ferrocox containing 35 – 39 % of iron and 45 – 49 % of carbon, while the zinc oxide content does not exceed 0.017 %.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>конвертерный шлам</kwd><kwd>термохимическое окускование</kwd><kwd>термодинамическое моделирование</kwd><kwd>инструментальная система</kwd><kwd>феррококс</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>converter sludge</kwd><kwd>thermochemical sintering</kwd><kwd>thermodynamic modeling</kwd><kwd>instrumental system</kwd><kwd>ferrocoke</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Буданов И.А., Устинов В.С. Перспективы развития металлургического производства в России. Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2014;(5(1373)):3–12.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Budanov I.A., Ustinov V.S. Prospects for development of metallurgical production in Russia. Ferrous Metallurgy. Bulletin of Scientific, Technical and Economic Information. 2014;(5(1373)):3–12. (In Russ.).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Григорович К.В. Современное состояние черной металлургии и направления ее развития в цифровой экономике. В кн.: Сборник трудов XV международного Конгресса сталеплавильщиков и производителей металла. 2018:42–59.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Grigorovich K.V. Current state of ferrous metallurgy and directions of its development in digital economy. In: Proceedings of the XV Int. Congress of Steelmakers and Metal Manufacturers. 2018:42–59. (In Russ.).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Brun L.C. Overcapacity in Steel: China’s Role in Global Problem. Center of Globalization, Governance &amp; Competitiveness, Duke University; 2016:54. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.11923.48161</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Brun L.C. Overcapacity in Steel: China’s Role in Global Problem. Center of Globalization, Governance &amp; Competitiveness, Duke University; 2016:54. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.11923.48161</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Osaba E., Carballedo R., Diaz F., Perallos A. Simulation tool based on a memetic algorithm to solve a real instance of a dynamic TSP. In: Proceedings of IASTED Int. Conf. of Applied Simulation and Modelling. 2012:27–33. https://doi.org/10.2316/P.2012.776-029</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Osaba E., Carballedo R., Diaz F., Perallos A. Simulation tool based on a memetic algorithm to solve a real instance of a dynamic TSP. In: Proceedings of IASTED Int. Conf. of Applied Simulation and Modelling. 2012:27–33. https://doi.org/10.2316/P.2012.776-029</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Sakthivel R., Vasumathi N., Sahu D., Mishra B.K. Synthesis of magnetite powder from iron ore tailings. Powder Techno­logy. 2010;201(2):187–190. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2010.03.005</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Sakthivel R., Vasumathi N., Sahu D., Mishra B.K. Synthesis of magnetite powder from iron ore tailings. Powder Technology. 2010;201(2):187–190. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2010.03.005</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Санакулов К. Научно-технические основы переработки отходов горно-металлургического производства. Ташкент: ФАН; 2009:404.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Sanakulov K. Scientific-Technical Basis of Processing Mi­ning-Metallurgical Wastes. Tashkent: FAN; 2009:404.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Yusupkhodjayev A.A. Theory Waste Free Technology on the Ferrous Metallurgy. Tashkent: TSTU; 2017:4.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Yusupkhodjayev A.A. Theory Waste Free Technology on the Ferrous Metallurgy. Tashkent: TSTU; 2017:4.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Jiabin C., Wenlong J., Lianghui Y. Survey and evaluation of the iron tailings resources in China. Mineral Resources Development. 2010;(3):60–62.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Jiabin C., Wenlong J., Lianghui Y. Survey and evaluation of the iron tailings resources in China. Mineral Resources Development. 2010;(3):60–62.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Юсупходжаев А.А., Валиев Х.Р., Худояров С.Р., Маткаримов С.Т. Повышение эффективности сталеплавильного производства доизвлечением ценных компонентов из утилизируемых шлаков. Черные металлы. 2015;(1):19–22.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Yusupkhodzhaev A.A., Valiev Kh.R., Khudoyarov S.R., Matkarimov S.T. Efficiency rise of steel making production via additional recovery of valuable components from utilized slags. Chernye metally. 2015;(1):19–22.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Chong Y.T., Teo K.M., Tang L.C. A lifecycle-based sustai­nability indicator framework for waste-to-energy systems and a proposed metric of sustainability. Renewable and Sustai­nable Energy Reviews. 2016;56:797–809. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.11.036</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Chong Y.T., Teo K.M., Tang L.C. A lifecycle-based sustainability indicator framework for waste-to-energy systems and a proposed metric of sustainability. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2016;56:797–809. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.11.036</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Su F., Lampinen H.-O., Robinson R. Recycling of sludge and dust to the BOF converter by cold bonded pelletizing. ISIJ International. 2004;44(4):770–776. https://doi.org/10.2355/isijinternational.44.770</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Su F., Lampinen H.-O., Robinson R. Recycling of sludge and dust to the BOF converter by cold bonded pelletizing. ISIJ International. 2004;44(4):770–776. https://doi.org/10.2355/isijinternational.44.770</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Matsubae-Yokoyama K., Kubo H., Nagasaka T. Recycling effects of residual slag after magnetic separation for phosphorus recovery from hot metal dephosphorization slag. ISIJ International. 2009;95(3):306–312. https://doi.org/10.2355/tetsutohagane.95.306</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Matsubae-Yokoyama K., Kubo H., Nagasaka T. Recycling effects of residual slag after magnetic separation for phosphorus recovery from hot metal dephosphorization slag. ISIJ International. 2009;95(3):306–312. https://doi.org/10.2355/tetsutohagane.95.306</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Металлургические технологии переработки техногенных месторождений промышленных и бытовых отходов / Е.П. Волынкина, С.Н. Кузнецов, Е.В. Протопопов и др. Новосибирск: Изд-во СО РАН; 2014:294.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Volynkina E.P., Kuznetsov S.N., Protopopov E.V., etc. Metallurgical Technologies for Processing Technogenic Deposits of Industrial and Household Waste. Novosibirsk: Publishing House of the SB RAS; 2014:294. (In Russ.).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Кузнецов С.Н., Школлер М.Б., Протопопов Е.В., Темлянцев М.В., Фейлер С.В. Технологические основы адсорбционного обезвоживания и термохимического окускования конверторных шламов. Известия вузов. Черная металлургия. 2017;60(4):268–275. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2017-4-268-275</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kuznetsov S.N., Shkoller M.B., Protopopov E.V., Temlyantsev M.V., Feiler S.V. Technological basics of adsorption dehydration and thermochemical sintering of BOF sludge. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2017;60(4): 268–275. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/0368-0797-2017-4-268-275</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Школлер М.Б. Исследование и разработка способа рециклинга высоковлажных и высокозольных угольных шламов. В сб.: Моделирование и наукоемкие информационные технологии в технических и социально-экономических системах. Труды V Международной научно-практической конференции. Новокузнецк: ИЦ СибГИУ; 2021:213–217.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Shkoller M.B. Research and development of a method for recycling high-moisture and high-ash coal sludge. In: Modeling and High-Tech Information Technologies in Technical and Socio-Economic Systems. Proceedings of the V Int. Sci. and Pract. Conf. Novokuznetsk: IC SibSIU; 2021:213–217. (In Russ.).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit16"><label>16</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Школлер М.Б. Основы теории и практики использования мелкозернистого полукокса из бурых углей для получения разных сортов кокса, технологического топлива, композитов и рециклинга твердых отходов. Роли: Open Science Publishing; 2019:134.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Shkoler M.B. Theory and Practice of Using Fine-Grained Semi-Coke from Brown Coals to Produce Various Grades of Coke, Process Fuels, Composites and Solid Waste Recycling. Role: Open Science Publishing; 2019:134. (In Russ.).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit17"><label>17</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Белов Г.В., Трусов Б.Г. Термодинамическое моделирование химически реагирующих систем. Москва: Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана; 2013;96.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Belov G.V., Trusov B.G. Thermodynamic Modeling of Chemically Reacting Systems. Moscow: Bauman MSTU; 2013;96. (In Russ.).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit18"><label>18</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Белов Г.В. Термодинамическое моделирование: методы, алгоритмы, программы. Москва: Научный Мир; 2002:184.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Belov G.V. Thermodynamic Modeling: Methods, Algorithms, Programs. Moscow: Nauchnyi Mir; 2002:184. (In Russ.).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit19"><label>19</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Рыбенко И.А. Термодинамическое моделирование процессов в элементарных системах. Новокузнецк: Изд. центр СибГИУ; 2016:97.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Rybenko I.A. Thermodynamic Modeling of Processes in Elementary Systems. Novokuznetsk: SibSIU; 2016:97. (In Russ.).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit20"><label>20</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Рыбенко И.А. Разработка оптимальных технологических режимов получения металлов с использованием методов математического моделирования и инструментальных систем. Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2018;(2):57–61.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Rybenko I.A. Development of optimal technological modes for the production of metals using mathematical modeling methods and instrumental systems. Ferrous Metallurgy. Bulletin of Scientific, Technical and Economic Information. 2018;(2):57–61. (In Russ.).</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
