АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КАЧЕСТВА ТИТАНОМАГНЕТИТОВОГО СЫРЬЯ НА ПОКАЗАТЕЛИ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ

Приведено краткое описание математических моделей доменного процесса и методики оценки количественного влияния металлургических характеристик железорудного сырья и кокса на технико-экономические показатели доменной плавки, разработанных в Институте металлургии УрО РАН. Основными особенностями для данных математических моделей являются: для комплекса математических  моделей – двумерность доменного процесса, заложенная при постановке задачи; для балансовой логико-статистической модели – возможность учета металлургических характеристик железорудного сырья (агломерат и окатыши) при анализе доменной плавки. Описана оригинальная методика оценки влияния показателей качества железорудного сырья и кокса на технико-экономические показатели доменной  плавки. Суть этой методики заключается в следующем: исследование в лабораторных условиях металлургических характеристик железорудного сырья (восстановимость, прочность, температуры размягчения и плавления), определение с помощью математических моделей  технико-экономических показателей доменной плавки, проведение опытно-промышленных и промышленных испытаний. Приведены результаты исследования влияния основности промышленного агломерата из титаномагнетитового концентрата на технико-экономические  показатели доменной плавки. Представлены результаты литературных и собственных исследований по выявлению стабилизированной  фазы двухкальциевого силиката SFCA. Понимание механизмов формирования таких фаз может привести к повышению эффективности  промышленных процессов спекания. Для изучения минералогического состава агломератов был проведен микрорентгеноструктурный  анализ с помощью растрового электронного микроскопа (Scanning Electron Microscope, SEM) JSM-5900LM. Выявлено наличие определенной взаимосвязи фазового состава агломерата и его горячей прочности. Согласно расчетам с использованием математической модели,  повышение горячей прочности агломерата может дать экономию кокса до 3,9 кг/т чугуна и увеличение производительности до 6,3  %.  Выполнена оценка влияния химического состава доменной шихты с учетом степени восстановления железа на положение и форму зоны  когезии в доменной печи. Для расчета использованы прогнозные физико-химические модели, позволяющие учесть влияние химического  состава железорудных материалов и их соотношений на температуры размягчения и плавления окускованного железорудного материала  из титаномагнетитового концентрата.

доменный процесс,  математическая модель,  титаномагнетиты,  железорудное сырье,  металлургические характеристики,  расход  кокса,  практические задачи

1. Дмитриев А.Н., Щербатский В.Б., Суханов Е.Л. и др. Методика расчета температурного поля доменной печи с учетом неравномерности движения потоков шихты и газа // Изв. ву з. Черная металлургия. 1979. № 8. C. 28 – 32.

2. Дмитриев А.Н. Математическое моделирование двумерных процессов в доменной печи // Вычислительные методы и программирование. 2004. Т. 5. Раздел 1. С. 252 – 267.

3. Blast Furnace Phenomena and Modeling. – London – New York: Elsevier Applied. 1987, – 631 p.

4. Shigeru Ueda, Shungo Natsuo, Hiroshi Nogami etc. Recent progress and future perspective on mathematical modeling of blast furnace // ISIJ International. 2010. Vol. 50. No. 7. Р. 914 – 923.

5. Zongliang Zhang, Jiale Meng, Lei Guo, Zhancheng Guo. Numerical study of the gas distribution in an oxygen blast furnace. Part 1. Model building and basic characteristics // JOM. 2015. Vol. 67. No. 9. Р. 1936 – 1944.

6. Zongliang Zhang, Jiale Meng, Lei Guo, Zhancheng Guo. Numerical study of the gas distribution in an oxygen blast furnace. Part 2. Effects of the design and operating parameters // JOM. 2015. Vol. 67. No. 9. Р. 1945 – 1955.

7. Chenn Zhou, Guangwu Tang, Jichao Wang etc. Comprehensive numerical modeling of the blast furnace ironmaking process // JOM. 2016. Vol. 68. Issue 5. Р. 1353 – 1362.

8. Jun-ichiroYagi, Hiroshi Nogami, Aibing Yu. Multi-dimensional mathematical model of blast furnace based on multi-fluid theory and its application to develop super-high efficiency operations // Proceedings of Fifth International Conference on CFD in the Process Industries CSIRO, Melbourne, Australia, 13 – 15 December, 2006. Р. 1 – 6.

9. Математическое моделирование металлургических процессов в АСУ ТП / Н.А. Спирин, В.В. Лавров, В.Ю. Рыболовлев и др. / Под ред. Н.А. Спирина. – Екатеринбург: ООО “УИПЦ”, 2014. – 558 с.

10. Dmitriev A.N. The role of reducibility in achievement of the minimal coke consumption in the blast furnace smelting // Defect and Diffusion Forum. 2006. Vols. 258 – 260. Р. 91 – 100.

11. Ченцов А.В., Чесноков Ю.А., Шаврин С.В. Балансовая логикостатистическая модель доменного процесса. – Екатеринбург: УрО РАН, 1991. – 90 с.

12. Ченцов А.В., Чесноков Ю.А., Шаврин С.В. Балансовая логикостатистическая модель доменного процесса. – 2-е изд. – Екатеринбург: УрО РАН, 2003. – 164 с.

13. Dmitriev A.N., Vitkina G.Yu., Chesnokov Yu.A. Methodical basis of investigation of influence of the iron ore materials and coke metallurgical characteristics on the blast furnace smelting efficiency // Advanced Materials Research. 2013. Vols. 602 – 604. Р . 365 – 375.

14. Малышева Т.Я., Павлов Р.М., Мансурова Н.Р., Деткова Т.В. Влия ние природного рудообразования на минеральный состав и холодную прочность офлюсованных железорудных агломератов // Изв. вуз. Черная металлургия. 2015. Т. 58. № 3. С. 180 – 185.

15. Zhengwei Yu, Guanghui Lu, Tao Jiang etc. Effect of basicity on titanomagnetite concentrate sintering // ISIJ International. 2015. Vol. 55. No. 4. Р. 907 – 909.

16. Hamilton J.D.G., Hoskins B.F., Mumme W.G. etc. The crystal structure and crystal chemistry of Ca2,3Mg0,8Al1,5Si1,1Fe8,3O20 (SFCA): solid solution limits and selected phase relationships of SFCA in the SiO2 – Fe2O3 – CaO(– Al2O3 ) system // Neues Jahrb. Miner. Abh., 1989. Vol. 161. P. 1 – 26.

17. Nathan A.S. Webster, Mark I. Pownceby, Ian C. Madsen, Justin A. Kimpton. Silico-ferrite of calcium and aluminum (SFCA) iron ore sinter bonding phases: new insights into their formation during heating and cooling //Metallurgical and Materials Transactions B. 2012. Vol. 43B. December. Р. 1344 – 1357.

18. Nathan A.S. Webster, Mark I. Pownceby, Ian C. Madsen etc. Fundamentals of silico-ferrite of calcium and aluminum (SFCA) and SFCA-I iron ore sinter bonding phase formation: effects of CaO:SiO2 ratio // Metallurgical and Materials Transactions B. 2014. Vol. 45B. December. Р. 2097 – 2115.

19. Тогобицкая Д.Н., Хамхотько А.Ф., Гладков Н.А., Ходотова Н.Е. Разработка моделей для прогнозирования агрегатных превращений железорудных материалов в доменной печи // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии. 2009. № 19. С. 49 – 67.

20. Гаврилко С.А., Киселев А.А., Громак Г.А. и др. Исследование размягчаемости восстановленного агломерата различных фракций // Металлургия: Сборник научных трудов ЗГИА. – Запорожье. 2009. Вып. 20. С. 26 – 31.

21. Приходько Э.В., Хамхотько А.Ф., Тогобицкая Д.Н. и др. Роль химического состава железорудных материалов в формировании их металлургических свойств. Подготовка сырьевых материалов к металлургическому переделу и производство чугуна // Черная металлургия. Бюл. ин-та «Черметинформация». 1987. Вып. 5. С. 1 – 25.