Preview

Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск
Том 61, № 9 (2018)
Скачать выпуск PDF
https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-9

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

678-682 98
Аннотация
В работе приведены результаты исследований по влиянию механических характеристик материала струнных сит на технологические показатели грохочения. Представлена математическая модель колебательного процесса струнных сит в зависимости от длины их свободных участков, величины технологической нагрузки и характеристик просеиваемого материала. Получены зависимости амплитуд относительных колебаний резиновых и тросовых струн от длины их свободных участков при различных значениях технологической нагрузки. В результате исследований установлено, что величина амплитуд относительных колебаний резиновых струн под нагрузкой с увеличением длины их свободных участков уменьшается, а стальных тросовых возрастает, достигая максимума при определенных значениях технологической нагрузки. Также установлено, что наличие нагрузки резко снижает величину амплитуд относительных колебаний резиновых струн, особенно в зоне безразмерных частот порядка 0,6  –  1,4g, в то время как амплитуды колебаний тросовых струн в этом диапазоне частот изменяются незначительно. Приведены сведения о резинотросовых струнных просеивающих поверхностях ячеистого типа, т.  е. струнах в виде стальных тросиков, гуммированных резиновой оболочкой, имеющей боковые разделительные выступы. Использование резинотросовых струн в качестве рабочих элементов просеивающей поверхности позволяет увеличить «живое сечение» сита за счет увеличения расстояния между опорами при сохранении высоких и устойчивых по величине амплитуд колебаний струн. Оптимизация механических характеристик материала рабочих элементов струнных сит и условий их закрепления позволяет интенсифицировать разделение грохотимого материала на фракции за счет устранения залипания просеивающей поверхности глинистыми включениями и забивания «трудными» зернами материала, а также существенно улучшить технико-экономические показатели процесса грохочения. Такие просеивающие поверхности прошли успешные промышленные испытания на ряде карьеров по производству нерудных строительных материалов при разделении щебня и гравия. Показана экономическая эффективность резинотросовых струнных сит по сравнению с проволочными ситами в технологических схемах переработки минерального сырья.
683-688 110
Аннотация

Проблема, связанная с определением максимального диаметра рабочих валков, характерна для станов винтовой прокатки, имеющих более двух рабочих валков. Точное определение диаметра рабочих валков особенно актуально для трехвалковых станов, широко использующихся в промышленности в качестве раскатных, калибровочных и станов радиально-сдвиговой прокатки, работающих на больших углах подачи и раскатки. Как правило, диаметр рабочих валков определяется конструктивным способом или с использованием 3D  моделирования. Эти способы достаточно сложные, требуют специальных навыков и не позволяют исследовать влияние основных настроечных факторов стана, таких, как углы подачи и раскатки. Существует расчетный способ определения диаметра бочки валка для трехвалкового стана, однако он применим для станов, работающих на углах подачи до 10° и углах раскатки 4  –  7°. В условиях радиально-сдвиговой прокатки этот способ не используется, поскольку не учитывает влияние углов подачи и раскатки, от которых зависят условия процесса деформации, технологичность и качество получаемой продукции. В работе рассмотрен более общий способ определения диаметра рабочих валков трех и более валкового стана с учетом их разворота на угол подачи и раскатки. Показана зависимость между диаметром валков, их количеством, минимальным диаметром калибра очага деформации, углом подачи и раскатки, которая позволяет оценить конструктивные возможности как трех, так и четырехвалковых станов винтовой прокатки. Результаты представленной работы позволяют расширить возможности дальнейших исследований технологии и оборудования трехвалковых станов винтовой прокатки для получения сплошных и полых изделий с использованием совершенно новых режимов деформации для процессов раскатки полых изделий, их редуцирования, а также радиально-сдвиговой прокатки. Немаловажным является возможность дополнения имеющихся знаний об изменении геометрии очага деформации, а также прогнозирования геометрических параметров рабочих валков проектируемых многовалковых станов для заданных размеров проката.

689-694 138
Аннотация

Роль марганца в производстве стали исключительно велика. Особенностью силикотермического процесса получения рафинированного ферромарганца являются большие потери марганца с отвальными шлаками. Последний при охлаждении рассыпается с образованием тонкодисперсного порошка вследствие полиморфного превращения ортосиликата кальция β-Ca2SiO4  →  γ-Ca2SiO4 при температуре 450  –  470  °С с увеличением объема на 12,3  %. При увеличении объема внутри шлака возникают значительные внут ренние напряжения, что приводит к его рассыпанию в мелкодисперсное состояние в ходе остывания. Данная работа посвящена усовершенствованию технологии выплавки рафинированных марок ферромарганца путем использовании специальных комплексных восстановителей. Проведены эксперименты по моделированию процесса выплавки рафинированного ферромарганца в руднотермической печи рафинировочного типа РКО-0,1 МВА с использованием АМС. Установлены технологические режимы процесса плавки, оптимальные составы шихты. Шихта сходила равномерно без обвалов и выбросов. Наблюдалась стабильность токовой нагрузки. Таким образом, крупно-лабораторными опытными плавками доказана принципиальная возможность получения рафинированного ферромарганца с применением в качестве восстановителя комплексного сплава АМС. Использование АМС как восстановителя вместо ферросиликомарганца обусловлено достаточным содержанием в нем кремния и алюминия. Наличие в АМС химических соединений и твердых растворов железа, кремния и алюминия должно существенно снизить потери кремния и алюминия на окислительные процессы при взаимодействии с кислородом воздуха. Вовлечение в металлургический передел при выплавке рафинированного ферромарганца сплава АМС (взамен дорогостоящего ферросиликомарганца) позволит получить сплав с высокой добавленной стоимостью и с наилучшими технологическими параметрами благодаря наличию дополнительного алюминия в сплаве. Результаты рентгенофазовых исследований образцов шлаков показывают, что минералогическими составляющими являются геленит, двухкальциевый силикат и манганозит. Отмечено, что геленит в них является доминирующей фазой, которая представляет собой твердый раствор, что предотвращает рассыпание шлака. В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований решены поставленные задачи – разработана и опробована технология выплавки рафинированного ферромарганца с использованием специального комплексного восстановителя АМС.

695-701 97
Аннотация

Приведены результаты разработки теоретических и технологических основ получения комплексного кремний-алюминий-марганцевого сплава из высококремнистой марганцевой руды, высокозольных углей Карагандинского и Тениз-Коржункольского угольных бассейнов (угольных месторождений Борлы и Сарыадыр), кварцита месторождения Тектурмас и длиннопламенного угля месторождения Шубарколь. Проведением термодинамически-диаграммного анализа четырехкомпонентной системы Fe – Si – Al – Mn, построенного на основе справочных данных и рассчитанных термодинамических данных (для соединений с неизвестными термодинамическими данными) создана математическая модель фазовой структуры. Составы алюмосиликомарганца, полученного из углей Карагандинского и Тениз-Коржункольского угольных бассейнов, в отличие от сплава АМС из экибастузских углей, сдвинуты в области тетраэдров с относительно большими объемами. Данный факт свидетельствует об их повышенной устойчивости и технологической предсказуемости. Результаты проведенных серий экспериментальных испытаний в руднотермической печи показали возможность получения сплава алюмосиликомарганец регулируемого химического состава с использованием высокозольных углей месторождений Борлы и Сарыадыр, некондиционной высококремнистой марганцевой руды месторождения Западный Камыс с добавкой в шихту длиннопламенного угля месторождения Шубар коль и кварцита месторождения Тектурмас непрерывным бесшлаковым способом. Химический состав сплава регулировали добавкой марганцевой руды в навеску шихтовых материалов. Получен комплексный сплав с химическим составом, % (по массе): 32  –  53  Si; 15,5  –  25,0  Al; 12  –  32  Mn; 8 – 20 Fe; 0,02 – 0,05 P; 0,2 – 0,5 C. Полученный металл не рассыпается в порошок при хранении. Это обеспечивается низким содержанием фосфора и высоким содержанием алюминия (более 10 %). Определены фазовые составляющие опытного сплава. Использование отвальных высокозольных углей, некондиционных марганцевых руд и полное исключение кокса обеспечивают низкую себестоимость сплава. Комплексный сплав предлагается применять для раскисления и легирования стали, а также в качестве восстановителя при получении рафинированных сортов ферромарганца.

702-707 113
Аннотация
Представлены результаты укрупненно-лабораторных исследований на базе Химико-металлургического института им. Ж. Абишева по установлению возможности применения моношихты для выплавки стандартного углеродистого феррохрома. Укрупненно-лабораторные исследования проводились в руднотермической печи с мощностью трансформатора 200 КВА. Продолжительность опытной кампании составила девять суток. Были проведены испытания трех вариантов брикетов, содержащих в своем составе различные восстановители, в  том числе: традиционная шихта (кокс Китайской Народной Республики (КНР) + спецкокс + борлинский уголь); брикеты с шубаркольским углем; брикеты с борлинским углем; брикеты с коксом КНР. В качестве сравнительного варианта использована традиционная технология с  шихтовыми материалами без брикетирования. В общей сложности проведена 41 плавка. Испытания были начаты со сравнительного варианта, в качестве которого была выбрана технология, максимально приближенная к технологии на Актюбинском заводе ферросплавов. На традиционный шихте колошник работал без свищей с равномерным газовыделением по всей поверхности колошника. Извлечение хрома в сплаве составило 79,3 %. Переход на брикеты с шубаркольским углем в целом привел к интенсификации процесса с более устойчивой токовой нагрузкой. Увеличилась производительность печи до 165,9 кг Cr/сут за счет увелечения поверхности контакта реагирующих фаз в брикетах. При использовании брикетов с борлинском углем также были получены удоволетворительные технологические параметры процесса выплавки высокоуглеродистого феррохрома, извлечение хрома в металл составило 84,91 %. При использовании в шихте брикетов из руды фракции 0 – 10 мм и кокса КНР работа печи и состояние колошника не отличались от предыдущих периодов. Шихта сходила равномерно, без обвалов, разрушения брикетов на колошнике не наблюдалось, токовая нагрузка отличалась высокой устойчивостью. В работе также представлены сравнительные технико-экономические показатели по всем технологиям применения моношихтовых брикетов.
708-713 108
Аннотация

Оолитовые бурожелезняковые руды имеют важное экономическое значение за счет колоссальных запасов в мире. Однако использование их в металлургическом производстве в настоящее время весьма ограничено из-за высокого содержания фосфора. Процесс удаления фосфора из этих руд практически невозможен известными методами обогащения, поскольку он присутствует в оолитах в эмульсионно-вкрапленном состоянии, не образуя при этом самостоятельные минералы. Следовательно, использование руд данного типа весьма ограничено. Рост мирового производства стали в настоящее время увеличил спрос на железную руду, в связи с чем в последние десятилетия в мире были предприняты значительные усилия по созданию новых технологических схем дефосфорации бурожелезняковых руд с получением кондиционных железорудных концентратов. Сокращение богатых и легкообогатимых железных руд в Казахстане приводит к необходимости привлечения в металлургическое производство огромных ресурсов легкодобываемых оолитовых бурожелезняковых руд месторождений Лисаковское, Аятское, Приаральское и других с содержанием железа от 35 до 40 % и фосфора до  1  %. Технология термомагнитного обогащения представляет собой наиболее жизнеспособной и приемлемый способ дефосфорации бурых железняков. Сущность технологии заключается в предварительной обработке руды или концентрата жидкоуглеводородным восстановителем, магнетизирующем обжиге, магнитном обогащении полученного огарка с последующей дефосфорацией магнитного концентрата методом кислотного выщелачивания. Технология испытана в пилотных условиях на представительных пробах Лисаковского концентрата и рудах Аятского и Кокбулакского месторождений.

ЭКОЛОГИЯ И РАЦИОНАЛЬНОЕ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ

714-720 107
Аннотация

Учеными Химико-металлургического института им. Ж. Абишева разрабатываются новые виды высокоэффективных сплавов на  основе ресурсосберегающих технологий, которые позволяют комплексно перерабатывать природное и техногенное сырье, такое, как углистые отходы, мелочь хромовых руд и т.п. Тем самым создается одностадийная, бесшлаковая и безотходная технология при максимальном использовании всех полезных компонентов шихты. С исчезновением запасов богатых руд, а также с расширением потребности в сырье и  развитием техники на смену богатым рудам выступают более бедные и некондиционные, для использования которых необходимы новые способы переработки. Максимальное использование сырья и отходов производства, если это экономически оправдано, является одним из основных требований к технологии. Эта задача тесно переплетается, а во многих случаях совпадает с другой задачей – разработкой комплексных способов переработки сырья, позволяющих в общем производственном цикле использовать, по возможности, все полезные элементы сырья. Основной задачей исследования является изыскание путей повышения эффективности использования некондиционных хромовых руд. В качестве восстановителя при электротермической выплавке сплава АХС (алюминий-хром-кремний) вместо дорогого кокса, без которого не обходится ни один процесс карботермической плавки, был использован дешевый высокозольный борлинский уголь. Зола угля, которая в основном состоит из кремнезема и глинозема, является дополнительным источником кремния и алюминия в сплаве. Данная технология будет отличаться простотой и позволит расценивать некондиционные хромовые руды как комплексное металлургическое сырье, так как используется не только хром, но и компоненты пустой породы – кремний и алюминий. В результате полного восстановления всех оксидов шихты данная технология позволит получить комплексный сплав АХС с приблизительным химическим составом: 39  –  43  %  Cr; 23 – 27 % Si; 7 – 10 % Al. Переход основных компонентов шихты в сплав будет составлять: 82 – 85 % Cr; 68 – 70 % Si; 59  –  60  %  Al. В данной работе приведены результаты экспериментальных исследований по получению комплексного сплава АХС (алюминий-хром-кремний) из высокозольных углей месторождения Борлы и мелочи хромовой руды Донского ГОКа. Описан ход работы печи при недостатке, избытке, а также расчетном количестве восстановителя. Показаны способы устранения расстройства хода печи.

721-730 106
Аннотация

Рассмотрены различные точки зрения о причине изменения глобального климата. Наблюдаемое в настоящее время потепление, по одной из версий, связано с парниковым эффектом, т. е. с ростом содержания парниковых газов (в основном диоксида углерода CO2) в атмосфере. Считается, что неконтролируемый рост парниковых газов в атмосфере может привести к негативным последствиям. Показано, что Положение РКИК и предлагаемая МГЭИК методология учета парниковых газов носят рекомендательный характер. В частности, инвентаризацию парниковых газов можно производить с учетом особенностей национального развития. Основная цель инвентаризации парниковых газов – определение резервов их сокращения. Рассмотрены антропогенные источники формирования CO2 в Российской Федерации. Приведены сравнительные показатели выбросов CO2 в различных секторах производства. Проанализирована методология определения парниковых газов в Российской Федерации, в частности, применительно к черной металлургии. Анализ показал, что в официальных отчетах для оценки эмиссии СО2 в атмосферу используются в основном Базовый и Секторный подходы и метод Уровня 2. Детальный подход и метод Уровня 3 используются для ограниченного числа металлургических переделов. Часть выбросов СО2 , образующихся в  черной металлургии, в частности выбросы при производстве доменного кокса, учитывается в секторе «Энергетика». Согласно кадастровой оценке, суммарные антропогенные выбросы СО2 на территории РФ снизились и составили в 2015 г. 75 % от уровня 1990 г. По сравнению с  1990 г. снизились также выбросы СО2 в черной металлургии. Оценена доля черной металлургии в антропогенных выбросах СО2 , которая по сравнению с 1990 г. (4,0 %) возросла и составила 4,8 % в 2015 г. Анализ показал, что методология оценки эмиссии парниковых газов применительно к секторам промышленного производства, в частности к черной металлургии, должна быть прозрачной и способствовать поиску резервов для их сокращения. Государство могло бы стимулировать сокращение парниковых газов, предоставляя льготы тем предприятиям, которые успешно решают эти вопросы.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

731-736 105
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.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И АВТОМАТИЗАЦИЯ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

737-742 121
Аннотация

Технологические процессы являются многофакторными. Выбор наиболее значимых из них для корректного анализа объекта исследований является важной задачей. Для такого ранжирования факторов исследователи обычно опираются на собственный опыт или мнения специалистов в этой области, оценивая их согласованность по математическим критериям. Однако при разработке нового процесса такой подход не может быть использован. В этом случае прибегают к экспериментальным методам отбора факторов. Но затратность, длительность, а иногда и невозможность использования этого метода очевидна. В настоящей работе использован другой подход. Было учтено, что термодинамическое моделирование является экспериментом, но только численным. Поэтому к нему можно применить метод математичес кого планирования эксперимента, позволяющий при одном расчете учесть влияние на целевую функцию более десятка факторов. Получаемые в этом случае частные зависимости показателей процесса позволяют без постановки физических экспериментов отсеять малозначимые факторы и оставить сильные. Другим важным преимуществом применения предлагаемого подхода является возможность оценки динамики изменения фазового и элементного состава продуктов плавки, порога реализуемости процесса по шихтовым и температурным условиям с контролем достоверности полученных данных по математическим критериям. Метод позволяет также вывести обобщенное уравнение зависимости контролируемого параметра процесса от всех влияющих факторов, что невозможно при обычном моделировании. Для иллюстрации такой подход применен в ходе разработки технологии производства ферробора карботермическим способом с использованием местного сырья. Термодинамическое моделирование выполнено с применением заранее отобранных расчетным путем факторов. Их же использовали при физическом моделировании процесса на высокотемпературной печи. Эксперимент подтвердил значимость отобранных теоретическим способом факторов. Применением метода планирования достигнуто также сокращение количества численных экспериментов в 25, а физических в 125 раз без ущерба для точности прогнозируемых данных. Использование изложенного подхода позволяет сопоставлением расчетных данных с результатами физического эксперимента разработать меры по приближению практических результатов к равновесным с применением сильно действующих факторов.

В ПОРЯДКЕ ДИСКУССИИ

743-749 86
Аннотация

Равновесная природа вязкости и текучести вскрыта на основе распределения Больцмана в рамках концепции хаотизированных частиц как результат виртуального присутствия кристаллоподвижных, жидкоподвижных и пароподвижных частиц. Это позволяет рассматривать вязкость и текучесть растворов, в частности расплавов металлических сплавов, с точки зрения равновесных парциальных вкладов каждого компонента в общую вязкость и текучесть, несмотря на кинетическую интерпретацию натуральных выражений для этих свойств жидкости. Линейно-аддитивное парциальное выражение вязкости возможно только для совершенных растворов, в данном случае для сплавов с неограниченной взаимной растворимостью компонентов. Сплавы с эвтектиками, химическими соединениями и иными особенностями диаграммы состояния характеризуются зависимостями вязкости, повторяющими форму кривой ликвидуса во всем диапазоне состава сплава при разных температурах с усилением сглаженности и сближения этих кривых по мере повышения температуры. Установлено, что эти особенности температурной зависимости вязкости полностью выявляются в рамках концепции хаотизированных частиц и виртуально-кластерной модели вязкости при расчете доли кластеров, определяющих вязкость сплава. Данная вязкость находится по формуле, в которой в качестве теплового барьера хаотизации служит величина тепловой энергии RTcr при температуре ликвидуса, характеризующей, как и температура плавления чистых веществ, температуру кристаллизации расплава Tcr . На этом основании предложен метод расчета вязкости сплавов по диаграммам состояния с использованием температурных зависимостей вязкости чистых компонентов для перехода к вязкости сплава пропорционально отношению долей кластеров при любой температуре над линией ликвидуса и для чистого компонента с учетом мольной доли каждого компонента. В результате получена трехфакторная модель вязкости жидкого сплава, в которой впервые в качестве переменной величины используется тепловой барьер хаотизации RTcr , определяющий долю кластеров как для чистых веществ (при RTcr = RTm ), так и для сплавов. В целом он отображает сущность виртуально-кластерной теории жидкости и адекватность концепции хаотизированных частиц.



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


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