blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2016-4-237-244blackmet-834Research ArticleРЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИRESOURCE SAVING IN FERROUS METALLURGYРАЗРАБОТКА ОСНОВ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ ПРОЦЕССОВ МЕТАЛЛИЗАЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯDEVELOPMENT OF THE PRINCIPLES OF ENERGY EFFICIENT PROCESSES OF METALLIZATION USING THERMODYNAMIC MODELINGНохринаО. И.NokhrinaO. I.

д.т.н., профессор кафедры металлургии черных металлов

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

kafamsf@sibsiu.ruРожихинаИ. Д.RozhikhinaI. D.

д.т.н., профессор кафедры металлургии черных металлов

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

РыбенкоИ. А.RybenkoI. A.

к.т.н., доцент кафедры прикладных информационных технологий и программирования

Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair of Applied Information Technology and Programming

rybenkoi@rambler.ruХодосовИ. Е.KhodosovI. E.

заведующий лабораториями кафедры металлургии черных металлов

Head of the Laboratory of the Chair of Ferrous Metallurgy

Khodosov@mail.ruСибирский государственный индустриальный университет (654007, Россия, г. Новокузнецк, Кемеровская обл., ул. Кирова, 42)РоссияSiberian State Industrial University, Novokuznetsk, RussiaRussian Federation201627042016594237244Copyright © Нохрина О.И., Рожихина И.Д., Рыбенко И.А., Ходосов И.Е., 20162016Нохрина О.И., Рожихина И.Д., Рыбенко И.А., Ходосов И.Е.Nokhrina O.I., Rozhikhina I.D., Rybenko I.A., Khodosov I.E.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/834

Приведены результаты исследования твердофазного восстановления железа с использованием программного комплекса «Терра». Исследования проводили в два этапа: на модельной элементарной системе; восстановление железа из руды углями различных марок. В результате термодинамического моделирования на первом этапе исследования окислтельно-восстановительных условий в системе Fe – C – O выявлены границы восстановительной, переходной и окислительных областей и соответствующие им значения отношения количества кислорода к количеству углерода в системе. Исследования восстановительных свойств углей путем расчетов равновесных составов в диапазоне температур 373 – 1873 К с использованием программного комплекса «Терра» показали, что состав газовой фазы в заданном диапазоне температур практически одинаков для всех типов углей и отличается по количеству выделившихся летучих. Резкое увеличение объема газа начинается при 673 К и заканчивается при 1073 К. Результаты термодинамического моделирования на втором этапе исследований позволили определить оптимальные расходы углей марок СС (слабоспекающийся), Д (длиннопламенный), 2Б (бурый), необходимые для полного восстановления железа из руды заданного состава.

The paper presents the results of iron solid-phase reduction study obtained by means of TERRA software package. Investigations were carried out in two stages: the experiment on the model elementary system and the study of iron reduction from iron ore by the coals of various grades. As a result of thermodynamic modeling in the first stage of oxidation-reduction conditions study in Fe – C – O system there were some boundaries of reducing, transition and oxidizing zones and the corresponding values of the ratio of oxygen to the amount of carbon in that system. Studying of coal reduction properties by calculating of equilibrium compositions in a temperature range of 373–1873 K with TERRA software package usage showed that the composition of a gas phase in the given temperature range is almost the same for all types of coals and differs according to the amount of released volatiles. The sharp increase of gas volume begins at 673 K and ends at 1073 K. The results of thermodynamic modeling in the second phase of the experiment enabled to determine the optimal CC coals consumption (low-caking), D (long-flame), 2B (lignite) required for a complete iron reduction from iron ore of the specified composition.

программный комплекстермодинамические системывосстановлениежелезожелезная рудаугольфазагазоваяконденсированная.software packagethermodynamic systemsreductionironiron orecoalphasegascondensedReferencesГасик М.И. Теория и технология производства ферросплавов. – М.: Металлургия, 1988. – 784 с.Gasik M.I. Teoriya i tekhnologiya proizvodstva ferrosplavov [Theory and technology of ferroalloy production]. Moscow: Metallurgiya, 1988, 784 p. (In Russ.).Юсфин Ю.С., Пашков Н.Ф. Металлургия железа. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. – 464 с.Yusfin Yu.S., Pashkov N.F. Metallurgiya zheleza [Iron metallurgy]. Moscow: IKTs “Akademkniga”, 2007, 464 p. (In Russ.).Якушевич Н.Ф., Строкина И.В., Полях О.А. Определение параметров окислительно-восстановительных процессов в системе Fe–C–O2–H2 // Изв. вуз. Черная металлургия. 2011. № 8. С. 13 – 18.Yakushevich N.F., Strokina I.V., Polyakh O.A. Parameter determination of oxidation and reduction processes in Fe–С–О2–Н2 system. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2011, no. 8, pp. 13–18. (In Russ.).Платонова О.В., Леонович Б.И., Лыкасов А.А. Термодинамика процессов восстановления оксидов железа углеродсодержащими газовыми смесями // Изв. вуз. Черная металлургия. 2003. № 7. С. 3 – 6.Platonova O.V., Leonovich B.I., Lykasov A.A. Thermodynamics of reduction processes of ferric oxide with carbon-containing gas mixtures. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2003, no. 7, pp. 3–6. (In Russ.).Асанов В.Р., Рощин В.Е., Сенин А.В., Рощин А.В. Термодинамический анализ химических превращений при твердофазной металлизации титаномагнетитовых концентратов // Изв. вуз. Черная металлургия. 2010. № 4. С. 12 – 15.Asanov V.R., Roshchin V.E., Senin A.V., Roshchin A.V. Chemical transformations thermodynanical analysis at solid-phase metallization of titanium-magnetite concentrates. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2010, no. 4, pp. 12–15. (In Russ.).Бигеев В.А., Пантелеев А.В., Черняев А.А. Математическое моделирование твердофазного восстановления пылей и шламов. – В кн.: Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. Материалы 69-й научно-практической конференции. – Магнитогорск: изд. МГТУ, 2011. Т. 1. С. 132 – 135.Bigeev V.A., Panteleev A.V., Chernyaev A.A. Mathematical modeling of solid-phase reduction of ashes and slimes. In: Aktual’nye problemy sovremennoi nauki, tekhniki i obrazovaniya: Materialy 69-i nauchno-prakticheskoi konferentsii [Actual issues of modern science, techniques and education: Proceedings of 69th Scientific and Practical Conference]. Magnitogorsk: MGTU, 2011, vol. 1, рр. 132–135. (In Russ.).Nobuhiko T., Hatanaka A., Kaku H., Kurihara K., Saitoh G. Development of iron-making Technology // Nippon Steel Technical Report.2012. no. 101. P. 79–88.Nobuhiko T., Hatanaka A., Kaku H., Kurihara K., Saitoh G. Development of iron-making Technology. Nippon Steel Technical Report. 2012, no. 101, рр. 79–88.Синярев Г.Б., Ватолин Н.А., Трусов Б.Г. Применение ЭВМ для термодинамических расчетов металлургических процессов. – М.: Наука, 1982. – 32 с.Sinyarev G.B., Vatolin N.A., Trusov B.G. Primenenie EVM dlya termodinamicheskikh raschetov metallurgicheskikh protsessov [Usage of computers for thermodynamic calculations of metallurgical processes]. Moscow: Nauka, 1982, 32 p. (In Russ.).Рыбенко И.А. Разработка методики и системы расчета вариантов технологий непрерывного получения металла в агрегатах струйно-эмульсионного типа: Автореф. дис. канд. техн. наук. – Новокузнецк, 2000. 16 с.Rybenko I.A. Razrabotka metodiki i sistemy rascheta variantov tekhnologii nepreryvnogo polucheniya metalla v agregatakh struinoemul’sionnogo tipa: Avtoref. dis. kand. tekhn. nauk. [Development of the methods and calculation system of the variants of continuous metal obtaining technology in the units of a jet-emulsion type. Extended Abstract of Cand. Sci. Diss.]. Novokuznetsk, 2000, 16 p. (In Russ.).Дмитриенко В.И., Нохрина О.И., Рожихина И.Д., Рыбенко И.А. Термодинамическая оценка возможности легирования стали при обработке ее ванадийсодержащим шлаком // Изв. вуз. Черная металлургия. 2010. № 10. С. 17 – 20.Dmitrienko V.I., Nokhrina O.I., Rozhikhina I.D., Rybenko I.A. Thermodynamical estimation of steel alloying possibilities while vanadium slag treatment. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2010, no. 10, pp. 17–20. (In Russ.).Байков А.А. Сборник трудов. – М.: Изд. АН СССР, 1948. Т. 2. С. 531 – 546.Baikov A.A. Sbornik trudov [Collected papers]. Moscow: AN SSSR, 1948, vol. 2, pp. 531–546. (In Russ.).Ходосов И.Е., Нохрина О.И. Исследование твердофазного восстановления железа углями Кузбасса. – В кн.: Металлургия: технологии, управление, инновации, качество. Труды XVIII Всероссийской научно-практической конференции. – Новокузнецк: изд. СибГИУ, 2014. С. 203 – 207.Khodosov I.E., Nokhrina O.I. Research of solid-phase iron reduction with Kuzbass coals. In: Metallurgiya: tekhnologii, upravlenie, innovatsii, kachestvo. Trudy XVIII Vserossiiskoi nauchno-prakticheskoi konferentsii [Metallurgy: technology, management, innovation, quality. Proceedings of 18th All-Russian Scientific Conference]. Novokuznetsk: SibGIU, 2014, pp. 203–207. (In Russ.).Динельт В.М., Аникин А.Е., Страхов В.М. Металлизация железорудного сырья с использованием буроугольного полукокса // Кокс и химия. 2011. № 5. С. 30 – 33.Dinel’t V.M., Anikin A.E., Strakhov V.M. Reduction of iron ore by means of lignite semicoke. Coke and Chemistry. 2011, vol. 54, no. 5, pp. 165–168.Амдур А.М., Потапов А.М., Разницина А.Л., Лхамсурен М. Кинетика восстановления железорудного концентрата углем // Изв. вуз. Черная металлургия. 2012. № 8. С. 17 – 20.14. Amdur A.M., Potapov A.M., Raznitsina A.L., Lkhamsuren M. Reduction kinetics of iron-ore concentrates with coal. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2012, no. 8, pp. 17–20. (In Russ.).Ying Yi Zhang, Yuan Hong Qi, Zong Shu Zou, Yun Gang Li. Development Prospect of Rotary Hearth Furnace Process in China // Advanced Materials Research. 2013. Vol. 746, P. 533–553.Ying Yi Zhang, Yuan Hong Qi, Zong Shu Zou, Yun Gang Li. Development Prospect of Rotary Hearth Furnace Process in China. Advanced Materials Research. 2013, vol. 746, рр. 533–553.Нохрина О.И., Ходосов И.Е. Использование каменных углей при восстановлении железа в твердой фазе. – В кн.: Инновации в материаловедении и металлургии. Материалы IV Международной интерактивной научно-практической конференции. – Екатеринбург: изд. УрФУ, 2015. С. 32 – 37.Nokhrina O.I., Khodosov I.E. Usage of coal at the reduction of iron in a solid phase. In: Innovatsii v materialovedenii i metallurgii. Materialy IV Mezhdunarodnoi interaktivnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii [Innovations in material science and metallurgy. Proceedings of 4th International Interactive Scientific Conference]. Ekaterinburg: izd. UrFU, 2015, pp. 32–37. (In Russ.).

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