Preview

Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

Термодинамическое моделирование восстановления никеля и железа из многокомпонентного силикатного расплава в процессе барботажа. Сообщение 1. Восстановитель – смесь СО − СО2

https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-9-731-736

Полный текст:

Аннотация

Методика термодинамического моделирования, в основе которой лежит расчет равновесия в системе «оксидный расплав  –  металл  –  газ», предназначена для описания процесса барботажного восстановления металлов из многокомпонентного оксидного расплава газом-восстановителем. Оригинальность методики состоит в том, что равновесие определялось для каждой единичной порции газа, вводимой в рабочее тело, при содержаниях оксидов восстанавливаемых металлов в каждом последующем расчетном цикле, равных равновесным в предыдущем. Этот подход позволяет моделировать процессы и качественно оценить полноту протекания реакций в пирометаллургических агрегатах, использующих продувку расплава газом-восстановителем. Исходная оксидная система NiO (1,8  %)  –  FeO  (17,4)  – CaO  (13,5)  – MgO  (1,9) – SiO2 (58,0) – Al2O3 (7,4) по содержанию компонентов близко отвечала составу окисленной никелевой руды. Соотношение СО2 / СО в газовой смеси варьировалось в пределах 0 ÷ 0,33. В зависимости от количества и состава газа, введенного в рабочее тело, оценивали содержание оксидов никеля и железа в расплаве (1823 К), определяли количество и состав образующегося металла (ферроникеля), а также показатели (кратность шлака, степени восстановления металлов), важные при реализации процесса в промышленных условиях. Увеличение расхода чистого монооксида углерода монотонно снижает содержание оксида никеля в расплаве, в то время как содержание оксида железа первоначально возрастает, а затем снижается. При введении СО в количестве около 100 м3 на тонну расплава, содержание оксида никеля в нем снижается до 0,05 %, а оксида железа до 17 %. Образующийся ферроникель содержит 70 % Ni, кратность шлака составляет 41 единицу. Дальнейшее увеличение расхода СО ведет к предпочтительному восстановлению железа. Повышение соотношения СО2 /СО ухудшает показатели восстановления металлов из расплава: уменьшается степень восстановления никеля и железа, увеличивается содержание никеля в сплаве и кратность шлака. При СО2 /СО, равном 0,33, что соответствует 25% СО2 в смеси газов, процесс восстановления прекращается. На основании полученных данных предложено перерабатывать окисленную никелевую руду в две стадии, на первой из которых вести барботаж расплава газом (предпочтительно чистым СО) до степени восстановления никеля 80 – 85 % и выделять ферроникель с 70 % Ni. Дальнейшее восстановление металлов из оксидного расплава (вторая стадия) можно вести известными карботермическими методами.

Об авторах

А. С. Вусихис
Институт металлургии УрО РАН
Россия

Кандидат технических наук, старший научный сотрудник.

620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101



Л. И. Леонтьев
Президиум РАН; Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН; Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Доктор технических наук, академик, главный научный сотрудник.

119991, Москва, Ленинский пр., 32а; 119334, Москва, Ленинский пр., 49; 119049, Москва, Ленинский пр., 4



Д. З. Кудинов
Институт металлургии УрО РАН
Россия

Кандидат технических наук, старший научный сотрудник.

620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101



Е. Н. Селиванов
Институт металлургии УрО РАН
Россия

Доктор технических наук, заведующий лабораторией пирометаллургии цветных металлов.

620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101



Список литературы

1. Плавка в жидкой ванне / А.В. Ванюков, В.П. Быстров, А.Д. Васкевич и др. – М.: Металлургия, 1986. – 259 с.

2. Автогенные процессы в цветной металлургии / В.В. Мечев, В.П. Быстров, А.В. Тарасов и др. – М.: Металлургия, 1991. – 413 с.

3. Охотский В.Б. Физико-химическая механика сталеплавильных процессов. – М: Металлургия, 1993. – 151 с.

4. Сурин В.А., Назаров Ю.Н. Массо- и теплообмен, гидрогазодинамика металлургической ванны. – М: Металлургия, 1993. – 352 с.

5. Явойский А.В., Харлашин П.С., Чаурди Т.М. Научные основы сталеплавильных процессов. – Мариуполь, 2003. – 276 с.

6. Роменец В.А., Валавин В.С., Усачев А.Б. Процесс Ромелт. – М.: МИСиС, Изд. Дом «Руда и Металлы», 2005. – 399 с.

7. Морачевская B.C., Бухбиндер А.И. Взаимодействие расплава окисленной никелевой руды с окисью углерода, водородом и природным газом. Бюллетень «Цветная металлургия».1968. № 4. С. 24 – 28.

8. Морачевская B.C., Бухбиндер А.И. Взаимодействие расплава окисленной никелевой руды с восстановительными газами в условиях барботажа // Тр. института Гипроникель. – Л.: 1973. Вып. 58. С. 82 – 88.

9. 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. института Гипроникель. – Л.: 1979. С. 8 – 15.

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

11. Комков А.А., Баранова Н.В., Быстрое В.П. Исследование восстановительного обеднения высокоокисленных шлаков в условиях барботажа // Цветные металлы. 1994. № 12. С. 26 – 30.

12. Крашенинников М.В., Маршук Л.А., Леонтьев Л.И. Селективное восстановление никеля из оксидного расплава // Расплавы. 1998. № 4. С. 45 – 48.

13. Фомичев В.Б., Князев М.В., Рюмин А.А. и др. Исследование процесса обеднения шлаков продувкой их газовыми смесями с

14. различным парциальным давлением кислорода // Цветные металлы. 2002. № 9. С. 32 – 36.

15. Комков А.А., Камкин Р.И. Поведение меди и примесей при продувке медеплавильных шлаков газовой смесью СО-СО2 // Цветные металлы. 2011. № 6. С. 26 – 31.

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

17. Бердников В.И., Гудим Ю.А., Картелева М.И. Обобщенная формула для расчета скорости движения твердых частиц, пузырей и капель в жидких и газообразных средах // Изв. вуз. Черная металлургия. № 7. 1997. С. 6 – 10.

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

19. Вусихис А.С., Дмитриев А.Н. Исследование процессов восстановления оксидов металлов из расплава газом-восстановителем в барботируемом слое // Вестник УГТУ-УПИ. 2004. № 15(45). Ч. 1. С. 93 – 95.

20. Вусихис А.С., Кудинов Д.З., Леонтьев Л.И. Моделирование кинетики восстановления никеля из многокомпонентного оксидного расплава водородом в барботируемом слое // Журнал физической химии. 2008. Т. 82. № 11. С. 2035 – 2038.

21. Dmitriev A.N., Vusikhis A.S., Sitnikov V.A. etc.Thermodynamic modeling of iron oxide reduction by hydrogen from the B2O3 – CaO – FeO melt in bubbled layer // Israel Journal of Chemistry. 2007. Vol. 47. No. 3 – 4. P. 299 – 302.

22. Вусихис А.С., Кудинов Д.З., Леонтьев Л.И. Моделирование кинетики совместного восстановления железа и никеля из многокомпонентного оксидного расплава водородом в барботируемом слое // Журнал физической химии. 2008. Т. 82. № 11. С. 2030 – 2034.

23. Казачков Е.А. Расчеты по теории металлургических процессов. – М.: Металлургия, 1988. – 288 с. 23. Роменец В.А., Валавин В.С., Похвиснев Ю.В. Технологическая оценка реализации процесса Ромелт в классическом и двухзонном вариантах // Металлург. 2014. № 1. С. 45 – 50.

24. Пат. 2511419 РФ. Способ жидкофазного получения железа прямого восстановления // Г.А. Дорофеев, С.Г. Мурат, Т.Н. Одородько и др.; опубл. 10.04.2014. Бюл. № 10.

25. Dorofeev G.A., Yantovski P.R., Odorodko T.N. etc. New energy – metallurgical production process of direct reduced iron and electrical energy // Proceedings of International scientific and technical Conference named after Leonardo da Vinci. No. 1. Wissenschaftliche Welt, e. V, 2013. Р. 54 – 58.


Для цитирования:


Вусихис А.С., Леонтьев Л.И., Кудинов Д.З., Селиванов Е.Н. Термодинамическое моделирование восстановления никеля и железа из многокомпонентного силикатного расплава в процессе барботажа. Сообщение 1. Восстановитель – смесь СО − СО2. Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия. 2018;61(9):731-736. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-9-731-736

For citation:


Vusikhis A.S., Leont’ev L.I., Kudinov D.Z., Selivanov E.N. Thermodynamic modeling of nickel and iron reduction from multicomponent silicate melt in bubling process. Report 1. Reducing agent – a mixture of CO – CO2. Izvestiya Vyshikh Uchebnykh Zavedenii. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2018;61(9):731-736. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-9-731-736

Просмотров: 38


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 0368-0797 (Print)
ISSN 2410-2091 (Online)