ФОРМИРОВАНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ФАЗЫ ПРИ БАРБОТАЖЕ ГАЗОМ-ВОССТАНОВИТЕЛЕМ МНОГОКОМПОНЕНТНОГО ОКСИДНОГО РАСПЛАВА СООБЩЕНИЕ 3. РАЗДЕЛЕНИЕ ФЕРРОНИКЕЛЯ И ОКСИДНОГО РАСПЛАВА

Используя уравнения физико-химической гидродинамики и полученные ранее в результате измерений данные о поверхностных и межфазных свойствах металлических и оксидных расплавов, описаны условия формирования металлической фазы при барботаже расплава окисленной никелевой руды монооксидом углерода. Определены критические размеры газового пузыря Rп.кр и металлической капли rк.кр , движущихся в оксидном расплаве без дробления в температурном интервале от 1550 до 1750 °С. Обнаружено, что с температурой значения Rп.кр меняются незначительно и возрастают с 6,35·10–2 м (при 1550  °С) до 6,58·10–2 м (при 1750 °С), параметр rк.кр зависит от состава капли и температуры и меняется от 2,1·10–3 до 2,9·10–3 м. Определены размеры капель металла, образующихся на единичном пузыре при восстановлении никеля и железа из оксидного расплава. По мере уменьшения содержания оксидов никеля и железа в расплаве с увеличением общего расхода СО происходит снижение содержания никеля в каплях ферроникеля с 89 до 18 %, а их диаметры уменьшаются с 1,4·10–3 до 8,0·10–4 м. При этом масса капли снижается с 9,4·10–5 до 1,6·10–5 кг. Выявлены условия всплывания системы газовый пузырь – капля металла от их размеров. Во всех интервалах температуры и содержания никеля система пузырь СО – капля металла начинает подниматься в оксидном расплаве при соотношении rк /Rп менее 0,68 – 0,78. Для оценки стабильности системы пузырь СО – капля металла при вышеуказанных размерах пузыря и капли проведены расчеты параметров, определяющих их совместное движение. Показано, что отрыв капли металла от пузыря не возможен при условиях реализации процесса в пирометаллургических агрегатах. Описан процесс формирования металлической фазы в результате барботажного восстановления никеля и железа монооксидом углерода, который заключается в следующем. Взаимодействие оксидного расплава с газом сопровождается формированием капель металла, которые, закрепляясь на пузырях, двигаются к поверхности оксидного расплава. Первоначально формируется металл с содержанием 80 – 90 % Ni, а по мере уменьшения доли никеля в оксидном расплаве его содержание в каплях металла снижается до 20 %. На поверхности оксидного расплава капли металла сливаются и при достижении размера более 5·10–3 м они «прорывают» поверхность и опускаются на дно. В случае столкновения капли с поднимающимися навстречу системами пузырь – капля они могут как слиться с ними, так и обтекать их. При слиянии мелкие капли будут ассимилированы и подняты на поверхность. Сила отрыва капли от пузыря существенно превышает силу тяжести капель, поэтому система пузырь – капля металла стабильна при всех рассмотренных соотношениях их размеров. 

1. Вусихис А.С., Ченцов В.П., Кудинов Д.З., Леонтьев Л.И., Селиванов Е.Н. Формирование металлической фазы при барботаже газом-восстановителем многокомпонентного оксидного расплава. Сообщение 1. Теоретические основы процесса // Изв. вуз. Черная металлургия. 2016. № 9. С. 639 – 644.

2. Вусихис А.С., Ченцов В.П., Кудинов Д.З., Леонтьев Л.И., Селиванов Е.Н. Формирование металлической фазы при барботаже газом-восстановителем многокомпонентного оксидного расплава. Сообщение 2. Плотность и поверхностные свойства // Изв. вуз. Черная металлургия. 2017. № 1. С. 48 – 54.

3. Ванюков А.В., Зайцев В.Я. Шлаки и штейны цветной металлургии. – М.: Металлургия, 1969. – 408 с.

4. Шмонин Ю.Б. Пирометаллургическое обеднение шлаков цветной металлургии. – М.: Металлургия, 1981. – 132 с.

5. Vusikhis A.S., Dmitriev A.N., Kudinov D.Z., Leontiev L.I. The study of liquid and gas phases interaction during the reduction of metal oxides from the melts by gas reductant in bubbled layer // The Third International Conference on Mathematical Modeling and Computer Simulation of Materials Technologies (MMT-2004), Ariel, Israel, 2004.

6. Шаврин С.В., Захаров И.Н., Ипатов В.В. Кинетические закономерности восстановления шлака газом // Изв. АН СССР. Металлургия и горное дело. 1964. № 3. С. 22 – 31.

7. Крашенников М.В., Леонтьев Л.И. Математическая модель процесса получения ферроникеля при продувке оксидного расплава восстановительным газом // Расплавы. 2001. № 2. С. 37 – 41.

8. Роменец В.А. Процесс жидкофазного восстановления железа: разработка и реализация // Сталь. 1990. № 8. С. 20 – 27.

9. Роменец В.А., Вегман Е.Ф., Сакир Н.Ф. Процесс жидкофазного восстановления // Изв. вуз. Черная металлургия. 1993. № 7. С. 9 – 19.

10. Бондаренко Б.И., Шаповалов В.А., Гармаш Н.И. Теория и технология бескоксовой металлургии. – Киев: Наукова думка, 2003. – 538 с.

11. Роменец В.А., Вадавин В.С., Усачев А.Б. Процесс Ромелт. – М.: МИСиС, Изд. дом «Руда и Металлы», 2005. – 399 с.

12. Ежов Е.И., Вернер Б.Ф., Рыжов О.А. и др. Плавка окисленной никелевой руды на ферроникель в печи с погруженным факелом: Тр. ин-та Гипроникель. – Л.: изд. ин-та Гипроникель, 1977. Вып. 3 (67). С. 30 – 35.

13. Русаков М.Р., Востриков Г.В., Пинин Л.Н., Садовникова Е.А. Новые методы обеднения конвертерных и печных шлаков с использованием газообразных и жидких восстановителей и электроэнергии: Тр. ин-та Гипроникель. – Л.: изд. ин-та Гипроникель, 1979. С. 8 – 15.

14. Ежов Е.И., Вернер Б.Ф., Рыжов О.А. и др. Бескоксовая плавка никельсодержащего сырья в агрегатах с погруженным факелом // Цветные металлы. 1984. № 8. С. 33 – 36.

15. Русаков М.Р. Обеднение шлаковых расплавов продувкой восстановительными газами // Цветные металлы. 1985. № 3. С. 40 – 42.

16. Ванюков А.В., Быстров В.П. Плавка в жидкой ванне. – М.: Металлургия, 1988. – 208 с.

17. Автогенные процессы в цветной металлургии / В.В. Мечев, В.П. Быстров, А.В. Тарасов, А.В. Гречко, Э.Н. Мазурук. – М.: Металлургия, 1991. – 416 с.

18. Рыжов О.А., Вигдорчик E.M., Мосиондз К.И. и др. Новый процесс плавки окисленных никелевых руд в двухзонном агрегате // Цветные металлы. 1992. № 6. С. 19 – 21.

19. Ковган П.А., Абуов М.Г., Едильбаев А.И. Перспективные технологии переработки бедных окисленных никелевых руд // Цветные металлы. 2008. № 2. С. 43 – 45.

20. Цымбулов Л.Б., Князев М.В., Цемехман Л.Ш. и др. Анализ различных вариантов технологической схемы переработки окис- ленных никелевых руд на ферроникель с применением двухзонной печи Ванюкова // Цветные металлы. 2010. № 10. С. 15 – 21.

21. Пахомов Р.А., Старых Р.В. Особенности плавки окисленных никелевых руд в агрегате барботажного типа. I. Термодинамический анализ плавок // Металлы. 2015. № 5. С. 3 – 14.