Лютый Игорь Игоревич

Физико-металлургический факультет
Специальность: Металлургия черных металлов

Тема выпускной работы:

Исследование процесса углетермического восстановления железосодержащих техногенных отходов и разработка основ технологии их утилизации с целью использования в шихте дуговой сталеплавильной печи

Научный руководитель: к.т.н., доцент Тимошенко Сергей Николаевич

Реферат по теме выпускной работы

Введение

Производство металлизованного сырья – наиболее динамично развивающаяся часть мирового рынка металлошихты для нужд черной металлургии. Мировое производство металлизованного сырья в 2006г. достигло 60млн. т при следующем распределении по способам и технологиям его получения (рис.1). Наиболее перспективны процессы на основе печи с вращающимся подом RHF (“Fastmet”, “Fastmelt”, “ITMK3”), но для их реализации требуются  значительные инвестиционные затраты.  

Рисунок 1 -Мировое производство металлизованного сырья различными процессами

Рисунок 2 – Процессы в рабочем пространстве печи с вращающимся подом

Актуальность

Актуальна менее затратная технология углетермического восстановления брикетов, полученных из  техногенных отходов (окалина, пыли и шламы сталеплавильного производства) с использованием нагревательной печи, доступная металлургическим предприятиям Украины. Растущие цены на конкурирующие виды сырья: металлолом и чугун; наследственная загрязненность металлолома примесями цветных металлов (медь, цинк, олово, свинец), которые практически не удаляются при последующих переделах; накопление техногенных железосодержащих отходов (прокатная окалина, пыли и шламы доменного, конвертерного и электросталеплавильного производства), которые могут быть частично утилизированными при производстве металлизованного сырья; развитие концепции мини-заводов, в которой реализуется технологический маршрут: металлизованное сырье- сталь (ДСП), все это является причинами повышенного интереса  к металлизованному сырью являются.

Цель

Исследование процессов углетермического восстановления рудо-угольных материалов, которые предназначены для использования в качестве металлошихты для частичного замещения металлолома в перспективном электросталеплавильном производстве.

Термодинамический анализ

Образование железа (металлизация брикета) в условиях углетермического процесса получения металлизованного сырья из рудо-угольных брикетов, будет происходить при следующих параметрах:

• температура брикета должна быть не ниже 700 0С, но для достижения достаточно полной газификации угля необходим уровень температуры не ниже 1000 градусов Цельсия;
• концентрация СО в газовой фазе не менее 60%. Согласно термодинамике, данное условие автоматически  выполняется при осуществлении первого. Поэтому фактор температуры брикета, содержащего оксиды железа и углерод, является решающим для процесса восстановления;
• состав сухого брикета, оптимальный для проведения углетермического процесса при степени металлизации 0,8,  включает, %: концентрат ИнГОК – 75, кокс -14, связующее – 11 (брикеты из концентрата ИнГОК) и колошниковая пыль - 90, связующее- 10 (брикеты из колошниковой пыли).

 Однако термодинамический анализ не позволяет определить временные рамки и энергетические затраты процесса углетермического восстановления, необходимые в качестве исходных данных для проектирования промышленной (пилотной) установки получения металлизованного сырья из рудо-угольных брикетов. Ответы на эти вопросы дает анализ энергетики и кинетики процесса, но, главным образом, эксперимент.

Энергетический баланс процесса восстановления

Выполнен расчет энергетического баланса процесса углетермического восстановления рудо-угольных брикетов в проходной печи. На его основе определены расходы коксового и доменного газов. При годовой производительности печи 100 тыс.т. брикетов расход коксового газа составляет 5556 нм3/час при и 5206 нм3/час при  степени металлизации 0,4.  Расход доменного газа составляет 23850 нм3/час при степени металлизации 0,8 и 22350 нм3/час при  степени металлизации 0,4. Расход воздуха и выход продуктов горения для коксового газа составляют соответственно 32850 м3/час и 45730 м3/час при степени металлизации 0,8 и 26900 м3/час и 35050 м3/час при степени металлизации 0,4. Расход воздуха и выход продуктов горения для доменного газа составляют соответственно 27760 м3/час и 56470 м3/час при степени металлизации 0,8 и 22110 м3/час и 45120 м3/час при степени металлизации 0,4. Удельный расход коксового газа 427 м3/т брикетов при степени металлизации 0,8 и 400 м3/т при степени металлизации 0,4. Удельный расход доменного газа 1832 м3/т брикетов при степени металлизации 0,8 и 1716 м3/т при степени металлизации 0,4.
Средний состав продуктов горения при использовании коксового газа, %: N2-72, H2O – 17, CO2 – 11, при использовании доменного газа, %: N2-75, H2O – 2,4; CO2 – 22,6.

Нагрев брикета

Выполнен расчет продолжительности нагрева брикетов в печи. С учетом теплоты физико-химических процессов в рудо-угольном брикете размерами 80х80х80 мм, его нагрев до средней по сечению температуры 1000 градусов Цельсия  происходит за 15-20 мин (рис. 3)

Рисунок 3 – Динамика нагрева брикета в печи. Зависимость температуры, t оси (х=0), половины толщины (x=0,5S) и поверхности брикета (x=S) от времени (тау), с.

Кинетика процессов углетермического восстановления

Важным элементом технологии углетермического восстановления рудо-угольных брикетов является согласование процесса нагрева и процесса восстановления (металлизации), что будет определять производительность, а, следовательно, и конструктивные решения агрегата.

Анализ кинетики процессов газификации угля и восстановления оксидов железа из железорудного концентрата в рудо-угольном брикете размерами 80х80х80 мм показал, что ожидаемая продолжительность этих процессов 3,5-2,5 часа при температуре 1250-1350 градусов Цельсия и она требует уточнения в эксперименте.

Рисунок 4 - модель проходной печи

Литература

1.  Fastmet, Fastmelt and ITmk3: development of new coal-based ironmaking
processes/Direct from Midrex. Special report. Winter 2007-2008.

2.  Nagata K., Kojima R., Murakami T., Susa M., Fukuyama H. Mechanism of
pig-iron making from magnetite ore pellets containing coal at low
temperatures // ISIJ. - Vol. 41 (2001), № 11, р. 1316 – 1323.

3. Горбачев В.А. и др. Принципы выбора технологии прямого получения железа. Сталь, №6, 2006г. С. 42-46.

4. Есин О.А., Гельд П.В. физическая химия пирометаллургических процессов. Часть 1. Свердловск. Металлургиздат, 1962. 672 с.

5. Казанцев Е.И. Промышленные печи. Справочник. М. Металлургия, 1975. -368 с.

6. Кудрявцев В.С., Пчелкин С.А. Металлизованные окатыши. М., Металлургия, 1974. – 136с.

7. Иванов А.И., Сафьянц С.М., Зятьев В.П., Пахомов И.А., Самойленко Л.В. Опытно-промышленная проверка технологии получения тяжеловесного металлизованного сырья./ Теория и практика прямого получения железа. М.: Наука, 1986. С. 218-219.

8. Тайц Н.Ю. Технология нагрева стали. М.: Металлургиздат, 1950.-333с.