Исследование основных путей совершенствования выплавки чугуна из титаномагнетитового сырья тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.02, кандидат наук Собянина, Ольга Николаевна

• Собянина, Ольга Николаевна
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Собянина, Ольга Николаевна

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ОБОСНОВАНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Значимость ванадийсодержащих титаномагнетитовых руд как перспективного металлургического сырья

1.2 Исторические аспекты вопроса

1.3 Основные проблемы доменной плавки титаномагнетитового сырья

1.4 Современная технология производства ванадиевого чугуна

1.5 Перспективы совершенствования современной технологии производства ванадиевого чугуна. Постановка задач исследования

ГЛАВА 2 . УСОВЕРШЕНСТВОВАННИЕ МЕТОДОВ МАТЕМАТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ ПОВЕДЕНИЯ ТИТАНА И КРЕМНИЯ В ДОМЕННОЙ ПЕЧИ ВО ВЗАИМОСВЯЗИ С ТЕПЛОВЫМ СОСТОЯНИЕМ НИЖНЕЙ ЗОНЫ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

2.1 Усовершенствование модели термодинамического анализа поведения титана и кремния в доменной печи

2.2 Алгоритм реализации модели термодинамического анализа поведения титана и кремния в доменной печи

2.3 Усовершенствование модели кинетического анализа поведения титана и кремния в доменной печи

2.4 Алгоритм реализации модели кинетического анализа поведения титана и кремния в доменной печи

2.5 Усовершенствование модели теплового состояния нижней зоны доменной печи

2.6 Алгоритм реализации модели теплового состояния нижней зоны доменной печи

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА

л

ТЕПЛОВОЕ СОСТОЯНИЕ НИЖНЕЙ ЗОНЫ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ И ВОССТАНОВЛЕНИЕ ТИТАНА

3.1 Влияние температуры

3.2 Влияние давления

3.3 Влияние среднего диаметра кусков кокса

3.4 Влияние основности шлака

3.5 Влияние конструкции нижней зоны доменной печи

3.5.1 Влияние угла наклона заплечиков доменной печи

3.5.2. Влияние конструкции горна доменной печи

3.6 Влияние содержания оксида титана в шихте

3.7 Влияние оксидов марганца и железа на разрушение карбидов титана

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Состав шихтовых материалов и шлака

Справка об использовании результатов диссертационной работы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование основных путей совершенствования выплавки чугуна из титаномагнетитового сырья»

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в мире в связи с высокими темпами развития металлургии происходит быстрое истощение запасов железорудного сырья, поэтому возникает острая необходимость перехода в ближайшем будущем на использование комплексных руд сложного состава. К таким рудам относятся ванадийсодержащие титаномагнетиты, имеющие широкое распространение и огромные запасы в недрах земли. Эти руды занимают видное место в металлургической промышленности ряда стран как главный сырьевой источник весьма дефицитных ванадия и титана. Мировой объем производства стали из титаномагнетитового сырья также значителен и составляет многие миллионы тонн в год [1].

В нашей стране действующее ванадиевое производство базируется на попутном извлечении ванадия из титаномагнетитовых руд Качканарского месторождения Урала. Эти руды являются в настоящее время главным и надежным сырьевым источником ванадия для мировой промышленности. Использование ванадийсодержащих титаномагнетитов в металлургическом производстве позволило также разрешить проблему обеспечения железорудным сырьем целого ряда металлургических предприятий в Российской Федерации, КНР, ЮАР [2].

В будущем ожидается дальнейший рост спроса на ванадий. Это обусловлено расширением сфер его применения для производства низколегированных сталей, используемых при изготовлении труб нефтегазопроводов, строительных конструкций для мостов, высотных зданий, широкопролетных сооружений, производства железнодорожных рельсов и др. Для большинства зарубежных стран характерным является максимальный расход ванадия при производстве этого сортамента сталей.

Для России значимость ванадия как легирующего элемента наиболее высока, так как он является заменителем вольфрама, молибдена, никеля и ниобия.

Наличие крупных, сравнительно легко разрабатываемых отечественных запасов ванадия позволяет базировать на нем техническую политику в области улучшения свойств сталей и чугунов традиционного сортамента, а также создания новых марок в классе экономнолегированных материалов в целях повышения общего уровня техники и технологии.

Отличительная особенность качканарских агломерата и окатышей как металлургического сырья — наличие соединений титана. Титансодержащие материалы, восстанавливаясь в доменной печи до карбидов и карбонитридов, являются основной причиной имеющихся затруднений. Концентрируясь на реакционной поверхности кокс - шлак и шлак - металл, они в дальнейшем затрудняют процессы массообмена между реагирующими фазами и могут являться причиной торможения реакций обессеривания и восстановления ванадия. Кроме того, адсорбируясь на поверхности капель металла, они являются преградой для их коагуляции и осаждения через слой шлака. В результате значительное количество чугуна увлекается шлаком при отработке и вызывает прогар охладительных устройств шлаковых леток.

Плавка на высокотитанистой шихте — одна из самых трудных в практике доменного производства. Неоднократные попытки за рубежом, в частности в Канаде, освоить такую плавку заканчивались неудачей. На металлургических заводах Японии установлено, что максимальное содержание оксида титана в доменной шихте не должно превышать 10 кг на 1 т чугуна [3].

В качканарском же сырье содержание оксида титана составляет 48 —50 кг на 1 т чугуна, то есть почти в два раза превосходит максимально допустимое количество титана в шихте на металлургических заводах Японии. В перспективе содержание титана в шихте будет расти.

Для плавки качканарских агломерата и окатышей разработана технология, которая обеспечивает стабильную работу мощных доменных печей с получением качественного ванадиевого чугуна при высоких технико-экономических показателях. Но в современных условиях роста спроса и производства ванадия,

повышенных требований к производству в области энерго- и ресурсосбережения актуальным вопросом является совершенствование технологии переработки ванадийсодержащих титаномагнетитов, обеспечивающей устойчивую работу печей и снижение рисков, связанных с образованием карбидов титана. Задача выбора технологического режима доменной плавки ванадийсодержащих титаномагнетитов перспективна, так как при разработке Качканарскорго месторождения содержание титана в шихте возрастет.

Целью диссертационной работы является научное обоснование и оценка эффективности мероприятий ОАО «ЕВРАЗ НТМК» по оптимизации технологических режимов выплавки ванадиевого чугуна (свойства шихты, кокса, шлака, давление) и конструкции печи, которые оказывают значительное влияние на восстановительные и теплообменные процессы, протекающие в зоне повышенных температур и шлакообразования, с учетом перспективы развития производства и тенденции изменения сырьевых условий.

Научная задача работы заключается в разработке методики анализа проведения титана в доменной печи (с использованием математических расчетов и ЭВМ), которая включает в себя уточненный способ термодинамического и кинетического анализа восстановительных процессов во взаимосвязи с теплообменом между шихтой и газом по высоте нижней зоны печи с учетом ее конструкции и тенденции роста содержания титана в шихтовых материалах.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. выявить доминирующие факторы и их количественное влияние на термодинамику и кинетику реакций восстановления титана из оксида;

2. усовершенствовать модель теплового состояния нижней зоны доменной печи с целью применения ее к анализу влияния свойств шлака, кокса, давления и конструкции печи на процесс карбидообразования;

3. оценить эффективность основных мероприятий по изменению технологических режимов работы существующих доменных печей ОАО «ЕВРАЗ НТМК» и проектированию новых печей.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ОБОСНОВАНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Значимость ванадийсодержащих титаномагнетитовых руд как перспективного металлургического сырья

В последние годы наблюдается устойчивый рост производства и потребления ванадия в мире. Это обусловлено прежде всего возможностью использования ванадия как легирующего элемента для получения широкого круга конструкционных материалов с улучшенными физико-механическими, технологическими и эксплуатационными свойствами [4-—8]. Например, введение в стали различных классов сотых и десятых долей процента ванадия (0,06— 0,12%) способствует их упрочнению на 15—30%.

Рассмотрим, по данным [4, 6, 7], краткую характеристику получающих развитие областей применения чугунов и сталей, являющихся потенциально емкими потребителями ванадия.

Стали для газопроводных труб. Постоянно увеличивающиеся масштабы добычи природного газа в нашей стране, сосредоточение ее преимущественно в северных районах со сложными географическими и климатическими условиями, необходимость транспортировки газа на значительные расстояния предопределяют повышенные требования к качеству металла для труб. Применявшиеся ранее углеродистые стали с повышенным содержанием марганца и кремния не выдерживали высокого рабочего давления газа в больших диаметрах труб при технически приемлемых толщинах их стенок. Увеличение толщины стенок приводило к большому расходу металла и росту издержек при строительстве газопроводов. Мировая практика и отечественный опыт по разработке новых сталей с требуемыми свойствами показали необходимость использования в качестве одного из обязательных легирующих ванадия.

Стали для строительных конструкций. Строительство в различных климатических зонах страны уникальных объектов требует применения высокопрочных сталей для изготовления конструкций. Эффективным средством повышения качества металла является микролегирование его карбидо- и нитридо-образующими элементами, в первую очередь ванадием [1]. Основная часть современных высокопрочных строительных сталей микролегирована ванадием.

Стали для железнодорожных рельсов. В условиях постоянно растущего грузопотока на железных дорогах страны стойкость рельсов стала одним из решающих факторов, определяющих технический прогресс и интенсификацию работы железнодорожного транспорта.

Стали и чугуны для отливок. Несмотря на то, что доля отливок в общей структуре металлопотребления снижается, на них приходится около 20% объема потребления черных металлов [6]. Создание технически совершенных машин и механизмов не могло базироваться на отливках из обычной углеродистой стали и нелегированного серого чугуна из-за низкого уровня их прочности и износостойкости. Задача существенного повышения качества отливок была решена за счет привлечения ванадия как легирующего элемента или его в комплексе с другими недефицитными элементами. Эти стали обладают повышенной прочностью, пластичностью, высокой ударной вязкостью при положительных и отрицательных температурах. По механическим и технологическим свойствам они удовлетворяют требованиям различных отраслей промышленности и могут использоваться в деталях машин и механизмов, работающих в разнообразных условиях эксплуатации при увеличенном в 1,3—2,0 раза сроке службы, а также служить заменителями дорогостоящих никель- и молибденсодержащих сталей. Основными областями применения ванадийсодержащих литых сталей являются: вагоно-, тракторо- и

автомобилестроение, тяжелое, строительное и дорожное машиностроение, горно-металлургическое оборудование.

1.2 Исторические аспекты вопроса

В России первые эксперименты по комплексной переработке ванадийсодержащих титаномагнетитов начались еще 1920-е годы. Во многом благодаря настойчивым совместным усилиям отечественных ученых и технологов, наша страна стала пионером в промышленном освоении плавки ванадийсодержащих титаномагнетитов в крупных доменных печах с получением кондиционного ванадиевого чугуна и последующим попутным извлечением ванадия в товарные продукты. Уже в 1930-е годы на Чусовском металлургическом заводе (ЧМЗ) была внедрена технология доменной плавки первоуральских и кусинских ванадийсодержащих титаномагнетитов в печах с полезным объемом до 300 м3 [8]. Освоение технологии передела ванадиевого чугуна с получением мартеновских, а с 1944 года бессемеровских, ванадиевых шлаков, и последующей их переработкой с получением феррованадия освободило нашу страну от необходимости импорта этого важного стратегического материала [4, 10].

Начиная с тех далеких лет, в нашей стране практически не прекращались, даже в годы Великой Отечественной войны, теоретические и экспериментальные изыскания, выполняемые специалистами научно-исследовательских институтов по различным направлениям комплексной металлургической переработки ванадийсодержащих титаномагнетитов и по вопросам производства ванадийсодержащих сталей. Во второй половине XX века эти исследования значительно активизировались и расширились [11-24 и др.].

Внедрение важнейших результатов отечественных научных разработок послевоенных лет позволило России сделать в 1960-е годы следующий крупный шаг в увеличении производства ванадия. После завершения строительства Качканарского горно-обогатительного комбината (КГОК), на Нижнетагильском металлургическом комбинате (НТМК) начали осваивать и внедрили в 1963 году очень сложную в технологическом отношении доменную плавку качканарских

титаномагнетитов в доменных печах объемом 1242 - 1513 м . В этом же году на НТМК закончилось строительство, и был пущен в эксплуатацию, специально для переработки ванадиевого чугуна, первый в Советском Союзе кислородно-конвертерный цех с 100 - 130-тонными конвертерами.

В 1964 году, с началом массового производства ванадиевого чугуна, на НТМК внедрили, впервые в мире, технологию передела ванадиевых чугунов до стали кислородно-конвертным дуплекс-процессом. Эта технология, после ее доработки, показала высокую экономическую эффективность и была признана специалистами для передела ванадиевого чугуна классической. В 1990-е годы конвертерный дуплекс-процесс передела ванадиевого чугуна был в значительной мере оптимизирован и усовершенствован [22], что еще более повысило его конкурентоспособность по отношению к потенциально более производительному монопроцессу.

Создание в нашей стране современного ванадиевого комплекса, освоение и внедрение изысканий отечественных ученых по комплексной переработке качканарских титаномагнетитов и по разработке новых марок высококачественных ванадийсодержащих сталей вывело Россию в 1980-е годы на второе место в мире по производству ванадия и на первое место - по удельному расходу ванадия при производстве стали [22]. Нельзя не отметить, что многолетний опыт ЧМЗ и НТМК был, безусловно, детально изучен, учтен и использован промышленностью зарубежных стран, в которых в 1950 - 1970-е годы также начали осваивать технологические процессы переработки ванадийсодержащих титаномагнетитов с получением стали и извлечением ванадия в шлак.

На территории России располагается несколько десятков перспективных месторождений ванадийсодержащих титаномагнетитовых и ильменит-титаномагнетитовых руд. Значительный объем исследований в области их комплексной переработки выполняли и выполняют ИМЕТ УрО РАН, ИМЕТ им. A.A. Байкова РАН, ЦНИИчермет им. И.П. Бардина и другие прикладные и

академические институты. Данные исследования показали, что основная сложность выплавки ванадиевого чугуна связана с наличием титана в шихтовых материалах, который в условиях доменной печи восстанавливается до карбидов и карбонитридов, которые имеют высокую температуру плавления. Существенный вклад в решение проблем комплексной металлургической переработки ванадийсодержащих титаномагнетитовых руд с извлечением и использованием ванадия внесен Уральским институтом металлов (УИМ). Институт занимается этими вопросами с 1954 года и в течение многих лет является ведущей организацией в черной металлургии нашей страны по данному направлению.

Творческими коллективами ученых разработаны теоретические и технологические основы решения ряда актуальных проблем в области процессов химии, пиро- и гидрометаллургии ванадия и титана и комплексной переработки титаномагнетитов. Особое значение для перспектив дальнейшего развития теории и практики металлургии титана имеют фундаментальные исследования по комплексной переработке ванадийсодержащих ильменит-титаномагнетитов и вопросам изучения свойств титанистых металлургических шлаков.

Современное металлургическое производство характеризуется, кроме вовлечения в переработку нетрадиционных по химическому составу железных руд, нестабильностью в целом сырьевой базы металлургии и стремлением промышленников к переходу на выпуск наиболее конкурентоспособных, высококачественных видов продукции, снижая одновременно затраты на ее производство, в т.ч. за счет получения попутных товарных продуктов. В этих условиях работа металлургических предприятий, в т.ч. предприятий ванадиевого комплекса России, отличается динамизмом и гибкостью производственных процессов, непрерывным совершенствованием технологических режимов, поисками оптимальных вариантов технологий, отвечающих требованиям экономической эффективности и экологической безопасности. Сказанное в существенной степени предопределяет повышение значения отраслевой и академической науки для развития металлургической промышленности.

1.3

Основные проблемы доменной плавки титаномагнетитового

сырья

Накопленный опыт выплавки ванадиевого чугуна на ОАО «Нижнетагильский металлургический комбинат» и ОАО «Чусовской металлургический комбинат» свидетельствует о значительных осложнениях в работе доменной печи по сравнению с выплавкой обычного передельного чугуна, связанных с наличием в шихте титана.

При доменной плавке титаномагнетитового сырья заметно ухудшается фильтрация расплавов, увеличиваются потери металла, возрастает перепад давления газа в нижней части печи и снижается ее производительность.

Наряду с компактными массами чугуна и шлака в печи образуются малоподвижные конгломераты из коксовой мелочи, металла, шлака и карбонитридов. Содержание титана в этом продукте составляет в пересчете на ТЮ2 до 50%, в то время как в конечном шлаке эта величина не превышает 10-12% [25].

При выпуске продуктов в нижней части потока шлака формируется гетерогенный слой, состоящий из нескоагулированных капель металла сферической формы, плотно прилегающих одна к другой. Промежутки в каплях заполнены шлаком. Эта система получила название гренали. Появление ее всегда ведет к повышенным потерям металла со шлаком. Образование неплавких масс и греналей тесно связано с интенсивностью восстановления оксидов титана. В расплавленных шлаках титан имеет различную валентность. Это многообразие валентных форм приводит к тому, что при одном и том же его содержании свойства шлака существенно зависят от условий плавки.

Содержание титана в металле умеренно растет с температурой, достигая значений, значительно превышающих предел растворимости [25]. Значительная часть титана в шлаке находится в виде карбонитридов. Балансовые расчеты показали, что от 45 до 80% титана остается с пленками шлака на поверхности

углерода. Таким образом, на поверхности происходит концентрация титаносодержащих продуктов в виде карбонитридов и низших оксидов [25].

При продолжительной выдержке оксидного расплава в области высоких температур практически вся двуокись титана восстанавливается углеродом, образуя тугоплавкие соединения на основе карбонитридов и низших оксидов. Значительная часть их концентрируется в виде пленок на поверхности восстановителя. Поэтому возможность работы доменной печи в равновесных условиях по титану исключается.

В присутствии углерода при температурах доменного процесса общая равновесная концентрация всех соединений титана в шлаке в пересчете на ТЮ2 составляет доли процентов. Это свидетельствует о том, что растворимость карбонитридов титана мала и поэтому можно принять, что карбонитриды титана не растворимы в доменных шлаках. Что касается металлической фазы, то известно, что титан имеет ограниченную растворимость в чугуне, однако в таких пределах, что содержание его в растворе сопоставимо с общим количеством восстановленного из шихты. Поэтому накопление карбонитридов на поверхности корольков металла и в объеме расплавов существенно зависит как от интенсивности восстановления титана, так и от растворимости его в металлической фазе.

В начальный период титан в основном растворяется в чугуне, при насыщении появляется карбидная фаза, однако, процесс перехода титана в металл не прекращается. Растворимость титана в чугуне очень мала. Общее количество титана в металле значительно превышает растворимого[25]. Такое накопление взвеси карбидов объясняется, по-видимому, интенсивным перемешиванием расплава.

Условия, обеспечивающие наименьшее выделение карбидов, могут быть найдены из анализа функциональной зависимости разности между количеством восстановленного титана и растворенного в чугуне.

Основное влияние титана на процессы фильтрации осуществляется через свойства греналей и неплавких масс, образование которых в объеме печи является специфической особенностью доменной плавки титаномагнетитового сырья. Практика работы печей показывает, что количество этих продуктов не связано однозначно с концентрацией титана в исходной шихте, а во многом определяется технологическим режимом плавки. В этой связи исследования закономерностей восстановления титана в расславленных шлаках, формирования неплавких масс и греналей представляют большой практический интерес. С другой стороны, особенности поведения титанистых шлаков позволяют полнее изучить роль и значение гидродинамики расплавов в доменном процессе.

1.4 Современная технология производства ванадиевого чугуна

Начиная с мая 2006 г. производство ванадиевого чугуна на ОАО «ЕВРАЗ Нижнетагильский металлургический комбинат» (ОАО «ЕВРАЗ НТМК») характеризуется высокими технико-экономическими показателями вследствие изменения технологии плавки: снижен нагрев продуктов плавки (по содержанию кремния), повышена основность доменного шлака, работа печи осуществляется при низких теоретических температурах горения, повышено давление горячего дутья и давление колошникового газа [35].

В конце сентября 2006г. была пущена в эксплуатацию после реконструкции доменная печь № 5. При строительстве печи были учтены все известные технические решения по совершенствованию конструкции агрегата. В частности, на ней установлен бесконусный засыпной аппарат фирмы Пауль Вюрт. Главное технологическое достоинство БЗУ состоит в возможности выгружать заданное количество составляющего шихту материала в намеченную зону по радиусу и окружности колошника, формировать распределение рудных нагрузок по радиусу колошника.

Основные условия, которые обеспечивают устойчивую работу мощных доменных печей с получением качественного ванадиевого чугуна при высоких технико-экономических показателях, являются [27]:

Сырьевые условия плавки

Железорудные материалы. Железорудным сырьем, в основном, служат неофлюсованные окатыши и агломерат Качканарского горно-обогатительного комбината (КГОК). Базовое соотношение окатышей и агломерата в шихте доменной печи должно составлять 60 и 40% соответственно. Фактическое соотношение основных железорудных материалов в шихте (агломерата и окатышей) на доменных печах ОАО «ЕВРАЗ НТМК» определяется фактическим поступлением на комбинат.

Другие шихтовые добавки. Основной добавкой для поддержания заданной основности шлака служит специально подготовленный комплексный известково-железистый флюс. Для обеспечения необходимого содержания марганца в чугуне применяться марганцевый агломерат, использование которого в доменных печах ОАО «ЕВРАЗ НТМК» при выплавке ванадиевого чугуна считается технологически целесообразным.

В качестве добавки в шихте доменной печи могут использоваться также ванадиевые отходы конвертерного производства, представляющие собой шлаки, образующиеся при вторичной продувке ванадиевого чугуна на сталь (так называемые "стальные шлаки") и характеризующиеся повышенными значениями основности, содержания пятиокиси ванадия и закиси марганца. Это целесообразно не только технологически, как флюсующая добавка, но и по соображениям экологической безопасности производства. Расход их в шихту доменной печи определяется объемом поставок из конвертерного цеха, но технологически ограничен (до 40 кг/т чугуна) из-за повышенного содержания в них фосфора. С вводом в шихту стальных конвертерных шлаков в большей мере по сравнению с использованием марганцевого агломерата ухудшаются показатели работы печи по производительности и расходу кокса, но при этом повышается содержание ванадия в чугуне (в среднем до 0,01% в расчете на 10 кг/т чугуна ванадиевых отходов), утилизируется железо, вносимое с ними как в виде оксидов, так и в виде металловключений, в результате чего удельный расход железорудных материалов уменьшается [28].

Кокс

Качество кокса является непременным условием высокопроизводительной, экономичной и долговременной работы доменной печи большого объема и особенно при выплавке ванадиевого чугуна.

Кокс сухого тушения, используемый на доменной печи, должен соответствовать достигнутым ранее базовым параметрам: содержание золы и

летучих - не более 11,5 и 0,9% соответственно, прочность в холодном состоянии (по М25)- не менее 90%, истираемость (по М10) - не более 6%, содержание фракций +80 и -40 мм - не более 10 и 1% соответственно [29].

Коэффициент распределения титана между шлаком и чугуном в значительной мере определяется "горячей" прочностью кокса (показатель СБЯ), которая характеризует состояние коксовой насадки в области расплава. Низкие значения показателя С8Я свидетельствуют о значительном разрушении в печи кокса, увеличении площади контакта углерода кокса с расплавом. Повышение "горячей" прочности кокса выше 52% уменьшает долю мелких фракций и снижает степень восстановления титана, а следовательно, улучшает процесс плавки.

Требования к качеству чугуна

Исходя из общей технологии производства качественных изделий из стали, сформулированные требования к составу выплавляемого чугуна приведены ниже в таблице 1.1.

Таблица 1.1- Требования к составу чугуна

Элемент Содержание в чугуне, % Чем определяется

кремний 0,05-0,10

титан менее 0,09 Пределом растворимости титана

ванадий не менее 0,40 Требованиями к качеству ванадиевого шлака

марганец менее 0,35 Требованиями к качеству ванадиевого шлака

сера не более 0,03 Требованиями конвертерной плавки

фосфор не более 0,09 Требованиями конвертерной плавки

Основным технологическим параметром качества выплавляемого чугуна является содержание в нем кремния, характеризующего тепловое состояние печи и определяющее при прочих одинаковых условиях содержание других компонентов состава чугуна.

При определении значений этого фактора выплавке ванадиевого чугуна необходимо исходить, прежде всего, из значений предельной растворимости титана в чугуне, которая увеличивается с повышением физического его нагрева (температуры) и снижается по мере насыщения его кремнием. Теоретически очевидно, что фактическое содержание титана в чугуне должно быть устойчиво ниже предела его растворимости, чтобы избежать выделения из чугуна углеродистой "спели" с последующим образованием гренали и за счет этого гетерогенных шлаков. Кроме того, исследования по определению потерь металла со шлаком показали, что они, как и следовало ожидать, определяются коэффициентом распределения титана и при значениях их соответственно ниже 70 ед. резко возрастают.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Собянина, Ольга Николаевна, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Лякишев, Н.П., Резниченко, В.А., Морозов, A.A. и др. Анализ состояния мирового производства и потребления ванадия / Н.П. Лякишев, В.А. Резниченко, A.A. Морозов // Стратегия использования и развития минерально-сырьевой базы редких металлов России в XXI веке -Международный симпозиум, Москва, 5-9 октября 1998г., РИЦВИМС. -1998.- С.98-99.

2. Сыртланов, P.P. Особенности выплавки чугуна с повышенным содержанием ванадия / P.P.Сыртланов, С.С. Бакума// Металлург. - 1999. -№7. - С. 18-20.

3. Волков, В.В. Опыт переработки титаномагнетитов в доменных печах / В.В. Волков, В.В. Филиппов, Г.Г. Гаврилюк// Сталь. - 2000. -№11. - С. 24-28.

4. Лякишев, Н.П. Ванадий в черной металлургии / Н.П. Лякишев, Н.П. Слотвинский-М.: Металлургия, 1983.- 192с.

5. Гольдштейн, М.И. Специальные стали / М.И. Гольдштейн, C.B. Грачев - М.: Металлургия, 1985. - 408с.

6. Смирнов, Л.А. Ванадийсодержащие легирующие материалы и эффективность их применения / Л.А Смирнов, И.Д. Цикарев - М.: Металлургия, 1986. - 15с.

7. Сырейщикова, В.И. Эффективность использования ванадия для легирования сталей. Комплексная переработка железных руд / В.И. Сырейщикова, Л.М.Панфилова - Свердловск: УралНИИЧМ, 1976.- 115с.

8. Зеленов, В.Н. Окисление ванадия в пирометаллургической схеме (по опыту Чусовского металлургического завода)/ В.Н. Зеленов - Екатеринбург: Даниил, 1999.-86 с.

9. Захаров, А.Ф., Вечер, H.A., Леконцев, А.Н. и др. Качканарский ванадий / А.Ф. Захаров, H.A. Вечер, А.Н. Леконцев - Свердловск: Сред.-Урал. кн. изд-во, 1964.-304 с.

10. Смирнов, Л.А., Дерябин, Ю.А., Филиппенков, А.А. и др. Производство и использование ванадиевых шлаков / JI.A. Смирнов, Ю.А. Дерябин, А.А. Филиппенков и др. -М.: Металлургия, 1985. - 126 с.

11. Ватолин, Н.А., Дерябин, Ю.А., Смирнов, JI.A. и др. Ванадиевые шлаки/ Н.А. Ватолин, Ю.А. Дерябин, JI.A. Смирнов и др. - М.: Наука, 1988. - 108 с.

12. Ровнушкин, В.А., Боковиков, Б.А., Братчиков, С.Г. и др. Бескоксовая переработка титаномагнетитовых руд / В.А. Ровнушкин, Б.А. Боковиков, С.Г. Братчиков и др. — М.: Металлургия, 1988. - 247 с.

13. Xiqing, W., Shanyong, Y., Risheng, D. The BF practice of Smelting V-Bearing Titano-Magnetite at Panzhihua Iron & Steel Co/ W. Xiqing, Y. Shanyong, D. Risheng // Op. cit. - P. 63-72.

14. Bates, C.P., Lawrence, B.S. An Integrated Flat Products Steel Works Based on the Use of New Zealand Ironsands / C.P. Bates, B.S. Lawrence // Op. cit. - P. 73-86.

15. Смирнов, JI.A., Дерябин, Ю.А., Шаврин, C.B. Металлургическая переработка ванадийсодержащих титаномагнетитов/ JI.A. Смирнов, Ю.А. Дерябин, С.В. Шаврин — Челябинск: Металлургия, 1990. - 256 с.

16. Mitchell, P.S. Suplly and use of vanadium. / P.S. Mitchell // Paper presented at 56th VDEh Raw Materials Committee - Dusseldorf, Germany. - 1996. - P.15.

17. Леонтьев, Л.И., Ватолин, H.A., Шаврин, C.B. и др. Пирометаллургическая переработка комплексных руд/ Л.И. Леонтьев, Н.А. Ватолин, С.В. Шаврин -М.: Металлургия, 1997. - 432 с.

18. Дерябин, Ю.А., Смирнов, Л.А., Дерябин, А.А. Перспективы переработки чинейских титаномагнетитов/ Ю.А. Дерябин, Л.А. Смирнов, А.А. Дерябин -Екатеринбург: Сред.-Урал. кн. изд-во, 1999. -368 с.

19. Митчелл, П. Ванадий. Запасы и применение/ П. Митчелл // Труды Международного конгресса «300 лет Уральской металлургии» (4-5 октября 2001 г.). — Екатеринбург: Изд-во Уральского университета. - 2001. - С. 51 -66.

20. Смирнов, JI.A., Дерябин, Ю.А., Носов, С.К. и др. Конвертерный передел ванадиевого чугуна / Л.А. Смирнов, Ю.А. Дерябин, С.К. Носов -Екатеринбург: Сред.-Урал. кн. изд-во, 2000. - 528 с.

21. Смирнов, Л.А. Физико-химические основы, разработка и внедрение технологии комплексной переработки чугунов специального состава в кислородных конвертерах: дис. докт. техн. наук в форме научного доклада/ Смирнов Леонид Александрович — Свердловск, 1982.

22. Филиппенков, A.A., Дерябин, Ю.А., Смирнов, Л.А. Эффективные технологии легирования стали ванадием/ A.A. Филиппенков, Ю.А. Дерябин, Л.А. Смирнов - Екатеринбург: УрО РАН, 2001. - 212 с.

23. Резниченко, В.А. Электротермия титановых руд/ В.А. Резниченко - М.: Наука, 1969.-207 с.

24. Резниченко, В.А., Меняйлова, Г.А. Искусственные титанаты/ В.А. Резниченко, Г.А. Меняйлова-М.: Наука, 1977. - 136 с.

25. Захаров, Н.П. Восстановление и фильтрация расплавов в доменной печи / Н.П. Захаров- Свердловск: Институт металлургии, 1972.— 256с.

26. Захаров, А.И. Анализ доменного процесса в условиях выплавки малокремнистых ванадиевых чугунов/ А.И. Захаров, B.C. Рудин, В.В. Филиппов // Сталь. - 2004.- №4. - С. 14-16.

27. Шаврин, C.B. Особенности технологии доменной плавки титаномагниевых руд/ С.В.Шаврин, В.В. Фролов// Сталь. - 1966. - №5. - С. 48-54.

28. Волков, В.В., Фофанов, A.A., Новиков, B.C. и др. Пути повышения извлечения ванадия при доменной плавке титаномагнетитов в условиях НТМК/ В.В. Волков, A.A. Фофанов, B.C. Новиков - Свердловск: Сб. трудов Уральского института черных металлов "Производство легированных чугунов и сталей", 1982. - С. 17-25.

29. Загайнов, С.А., Шаврин, C.B., Онорин, О.П. и др. Разработка регламента пуска доменной печи № 5 НТМК и освоение выплавки литейного передельного и подготовки к выплавке ванадиевого чугунов/ С.А. Загайнов,

C.B. Шаврин, О.П. Онорин // Черная металлургия. Бюллетень научно -технической информации. - 2007. - № 2. - С. 93.

30. Загайнов, С. А., Ситников, В.А. Филатов, C.B. и др. Исследование особенности формирования столба шихтовых материалов при использовании бесконусного загрузочного устройства/ С. А. Загайнов, Ситников В.А. Филатов C.B. // Творческое наследие Б.И. Китаева Труды международной научно-практической конференции с 11-14 февраля 2009 год. - С. 252-255.

31. Кушнарев, A.B., Филатов, C.B., Филипов, В.В. и др. Работа доменного цеха НТМК после реконструкции/А.В. Кушнарев, C.B. Филатов, В.В. Филипов // Сталь. - 2010. - №4. - С.23.

32. Загайнов, С. А., Филатов, C.B., Филиппов, В.В. и др. Оптимизация загрузки многокомпонентной шихты с использованием БЗУ/ С. А. Загайнов, C.B. Филатов, В.В. Филиппов // Сталь. - 2010. - №4. - С.24.

33. Загайнов, С.А., Онорин, О.П., Гилева, Л.Ю.и др. Разработка и внедрение математического и программного обеспечения для гибких технологических режимов работы доменных печей./ С.А. Загайнов, О.П. Онорин, Л.Ю. Гилева //Сталь.-2000.- №9.-С. 12-15.

34. Кушнарев, A.B., Киричков, A.A., Филиппов, В.В. и др. Внедрение инновационных решений для совершенствования технологии выплавки ванадиевого чугуна на НТМК/ A.B. Кушнарев, A.A. Киричков, В.В. Филиппов // Сборник тезисов докладов I международной научно-практической конференции «ИНТЕХМЕТ-2008». - 2008. - С. 76-77.

35. Загайнов, С.А., Шаврин, C.B., Онорин, О.П., Тлеугабулов, Б.С., Журавлев Д.Л., Филиппов В.В. Анализ работы доменной печи № 6 НТМК и разработка рекомендаций по совершенствованию технологии выплавки ванадиевого чугуна/ С.А. Загайнов, C.B. Шаврин, О.П. Онорин// Бюллетень Черметинформация «Черная металлургия». - 2007. - № 2. - С. 92.

36. Кушнарев, A.B., Филатов, C.B., Филиппов, В.В. и др. Работа доменного цеха НТМК после реконструкции./ A.B. Кушнарев, C.B. Филатов, В.В. Филиппов // Сталь. - 2010. - №4. - С.23.

37. Журавлев, Д.Л., Загайнов, С.А., Кушнарев, A.B. и др. / Комплекс для выплавки чугуна из титансодержащих агломерата и окатышей разной основности / Д.Л. Журавлев, С.А. Загайнов, A.B. Кушнарев// Пат. РФ на полезную модель № 69068. - 2007.

38. Загайнов, С.А., Онорин, О.П., Тлеугабулов, Б.С. и др. Исследование работы агрегатов и систем доменной печи № 5 и разработка технологии производства ванадиевого чугуна/ С.А. Загайнов, О.П. Онорин, Б.С. Тлеугабулов // Бюллетень Черметинформация «Черная металлургия». -2008. -№7. _с. 70.

39. Анализ работы доменной печи №6 и разработка рекомендаций по совершенствованию технологии выплавки ванадиевого чугуна: отчет о НИР/ Загайнов С.А, Онорин О.П., Шаврин C.B. - Екатеринбург: УИМ, 2006. - 98с.

40. Попель, С.И. Теория металлургических процессов/ С.И. Попель, А.И. Сотников, В.Н. Бороненков - М.: Металлургия, 1986. - 463с.

41. Арсентьев, П.П. Физико - химические методы исследования металлургических процессов / П.П. Арсентьев, В.В. Яковлев - М.: Металлургия, 1988.-325с.

42. Вегмана, Е.Ф. Доменное производство: Справочное издание/ Е.Ф. Вегмана -М.: Металлургия, 1989. - 496с.

43. Кушнарев, A.B., Юрьев, А.Б., Шаврин, C.B. и др. / Способ доменной плавки титансодержащего железорудного сырья/ A.B. Кушнарев, А.Б. Юрьев, C.B. Шаврин // Пат. РФ № 2351657 С21ВЗ/00. - 2009.

44. Панфилов, A.M., Лямкина, Н.С. Расчет термодинамических свойств при высоких температурах/ A.M. Панфилов, Н.С. Лямкина - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2009.-31с.

45. Металлургия чугуна: учебник для вузов / под ред. Ю. С. Юсфина - М.: ИКЦ Академкнига, 2004. - 774 с.

46. Гиммельфарб, A.A. Процессы восстановления и шлакообразования / A.A. Гиммельфарб, К.И. Котов - М.: Металлургия, 1982. - 304 с.

47. Драничников, H.A., Китаев, Б.И., Суханов, Е.Л. и др. О взаимном влиянии теплообменных и восстановительных процессов в шахте доменной печи. Сообщение 1 / НА. Драничников, Б.И. Китаев, Е.Л. Суханов // Известия вузов. Черная металлургия. - 1982. - №2. - С. 6-9.

48. Драничников, H.A., Китаев, Б.И., Суханов, Е.Л. и др. О взаимном влиянии теплообменных и восстановительных процессов в шахте доменной печи. Сообщение 2 / H.A. Драничников, Б.И. Китаев, Е.Л. Суханов // Известия вузов. Черная металлургия. - 1982. -№4. - С. 8-11.

49. Драничников, H.A., Китаев, Б.И., Суханов, Е.Л. и др. Определение параметров восстановления доменного процесса аналитическим методом/ H.A. Драничников, Б.И. Китаев, Е.Л. Суханов // Известия вузов. Черная металлургия. - 1982. - №6. - С. 22-25.

50. Мак-Кракен, Д., Дорн, У. Численные методы и программирование на ФОРТРАНе/ Д.М. Мак-Кракен, У. Дорн - М.: Мир, 1977. - 584с.

51. Спирин, H.A., Овчинников, Ю.Н., Швыдкий, B.C. и др. Теплообмен и повышение эффективности доменной плавки: Монография/Н.А. Спирин, Ю.Н. Овчинников, B.C. Швыдкий, Ю.Г. Ярошенко - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1995.-243с.

52. Разработка технологического регламетнта и освоение выплавки передельного и ванадиевого чугунов на доменной печи №6 НТМК после ее реконструкции: отчет о НИР/ Волков В.В., Кобелев В.А., Невидимов В.Н. и др. -Екатеринбург: УИМ, 2006. - 89с.

53. Волков, В.В., Герман, Б.М., Ипатов, Б.В. и др. Влияние основности и температуры шлака на состав ванадиевого чугуна и показатели плавки / В.В.

Волков, Б.М. Герман, Б.В. Ипатов - Свердловск: сб. Металлургическая переработка комплексного железорудного сырья, 1989. - С.5-10.

54. Грузинов, В.К., Ярошенко, Ю.Г., Китаев, Б.И. и др. Исследование теплообменных, восстановительных и аэродинамических процессов по высоте доменной печи/ В.К. Грузинов, Ю.Г. Ярошенко, Б.И. Китаев и др. -М.: Металлургиздат, 1954. - 78с.

55. Восстановление, теплообмен и гидродинамика в доменном процессе: Труды института металлургии УНЦ АН СССР в 2ч. / Под ред. C.B. Шаврина -Свердловск: УНЦ АН СССР, 1970. - Ч. I, II

56. Китаев, Б.И., Тимофеев, В.Н., Боковиков, Б.А. и др. Тепло- и массообмен в плотном слое / Б. И.Китаев, В.Н. Тимофеев, Б.А. Боковиков и др. - М.: Металлургия, 1972. - 432с.

57. Бабарыкин, H.H. Влияние восстановительных процессов на теплообмен в доменной печи/ H.H. Бабарыкин // Сталь. -1981.- №3. - С.5-9.

58. Товаровский, И.Г., Райх, Е.И., Шкодин, К.К. и др. Применение математических методов и ЭВМ для анализа и управления доменным процессом/ И.Г. Товаровский, Е.И. Райх, К.К. Шкодин - М.: Металлургия, 1978.-264с.

59. Китаев, Б.И., Овчинников, Ю. Н., Бабарыкин, H. Н. и др. О возможности экономии кокса при изменении распределения температур в доменной печи/ Б.И. Китаев, Ю. Н. Овчинников, H. Н. Бабарыкин и др.// Сталь. - 1981. - №7. - С.5-7.

60. Шаврин, C.B. Математическое моделирование и оптимизация параметров доменного процесса/ C.B. Шаврин // Вестник АН СССР. - 1971. — №11. —

С. 45-51.

61. Топорищев, Г.А., Ровнушкин, В.А., Малыгина, И.П. Физико-химические исследования металлургических процессов. / Г.А. Топорищев, В.А. Ровнушкин, И.П. Малыгина // Межвузовский сб. науч. тр. УПИ им. С.М.Кирова. - 1975. - №3. - С.83-90.

62. Ровнушкин, В.А., Топорищев, Г.А., Меламуд, С.Г. Физико-химические исследования металлургических процессов/ В.А. Ровнушкин, Г.А. Топорищев, С.Г. Меламуд // Межвузовский сб. науч. тр. УПИ им. С.М.Кирова.- 1973.- №1.- С.53-60.

63. Лисиенко, В.Г., Волков, В.В., Гончаров, А.Л. Математическое моделирование теплообмена в печах и агрегатах/ В.Г. Лисиенко, В.В. Волков, А.Л. Гончаров - Киев: Наукова думка, 1984. - 232с.

64. Физическая химия и технология в металлургии: Сб.науч.трудов. -Екатеринбург: УрО РАН, 1996. - 153с.

65. Ватолин, H.A. Проблемы переработки ванадийсодержащих руд и материалов/H.A. Ватолин / Вест. АН СССР. - 1988. - №4. - С. 51-58.

66. Захаров, А.Ф., Овчинников, Г.Е., Лазарев, Б.Л. и др. Выплавка ванадиевого чугуна из титаномагнетитовых руд Урала/ А.Ф. Захаров, Г.Е. Овчинников, Б.Л.Лазарев // Черметинформация. - 1975. - С.59.

67. Волков, В.В., Филиппов, В.В., Ченцов, A.B. и др. Влияние количества окатышей в шихте на показатели выплавки ванадиевого чугуна / В.В. Волков, В.В. Филиппов, A.B. Ченцов // сб. трудов УИМ «Производство легированных чугунов и сталей». - 1982. - С. 17-25.

68. Производство чугуна. Технологическая инструкция ТИ 102-Д-78-88, Н.Тагил.

69. Производство чугуна. Технологическая инструкция ТИ 102-Д-78-2000, Н.Тагил.

70. Волков, В.В., Филиппов, В.В, Фролов, В.В. и др. Освоение доменной плавки титаномагнетитовых руд с обогащением дутья кислородом/ В.В. Волков, В.В. Филиппов, В.В. Фролов // Металлургическая переработка комплексных железных руд. - 1986. - С.7-13.

71. Липухин, Ю.В., Курунов, И.Ф., Корнев, В.К. и др. Опыт работы доменных печей с вдуванием в горн газокислородной смеси / Ю.В. Липухин, И.Ф. Курунов, В.К. Корнев // Сталь. - 1988. - №2. - С.8-10.

72. Ченцов, A.B., Чесноков, Ю.А., Шаврин, C.B. и др. Регулирование теплового состояния доменных печей с помощью комплексных технологических параметров / A.B. Ченцов, Ю.А. Чесноков, C.B. Шаврин // Сб. докладов VIII Международной конференции доменщиков «Витковице-1989». - 1989. -С.131-142.

73. Некрасов, З.И., Товаровский, И.Г., Ободан, Я.М. и др. Теоретическая температура горения как параметр технологического режима доменной плавки на комбинированном дутье/ З.И. Некрасов, И.Г. Товаровский, Я.М. Ободан// Доменное производство. - 1975. - №2. - С.26-37.

74. Фофанов, A.A., Казаков, А.П. Исследование работы горна доменной печи с помощью радиоактивных изотопов/ A.A. Фофанов, А.П. Казаков // Сб. трудов УИМ «Металлургическая переработка титаномагнетитовых руд». -1973. - т. 18. - С.41-45.

75. Корж, А.Т., Соломатин, С.М., Безродный, А.Д. К вопросу о распределении дутья по фурмам доменной печи/ А.Т. Корж, С.М. Соломатин, А.Д. Безродный // Известия вузов, Черная металлургия. - 1974. -№6. — СЛ 73-177.

76. Ризницкий, И.Г., Гладуш, В.Д., Лялюк, В.П. и др. Влияние подвода дутья в кольцевой воздухопровод на равномерность его распределения по фурмам доменной печи/ И.Г. Ризницкий, В.Д. Гладуш, В.П. Лялюк // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1987. — №1. — С.9-10.

77. Волков, В.В., Филиппов, В.В., Ченцов, A.B. и др. Разработка и внедрение способов повышения эффективности использования природного газа в доменных печах / В.В. Волков, В.В. Филиппов, A.B. Ченцов// Металлургическая переработка комплексного железорудного сырья. - 1989. -С. 24-33.

78. Атлас шлаков/ под ред. И.С. Куликова - М.:Металлургия, 1985. - 208с.

79. Кропотов, В.К. Оценка скорости разгара канала летки / В.К. Кропотов // Сб. научных трудов МГМИ «Производство чугуна». - 1974. - с. 137-141.

80. Рамм, А.Н. Определение технических показателей доменной плавки. Методическое руководство/ А.Н. Рамм - Ленинград: ЛПИ, 1971. - 110 с.

81. Пояснительная записка к рабочему проекту капитально-реконструктивного ремонта доменной печи №6 ОАО «Нижнетагильского металлургического комбината», Т-69735-П31 - Екатеринбург: Ни-ком-Проект, 2003. - 127 л.

82. Организация производства, труда и управления в черной металлургии: Справочное пособие. — Киев: Техника, 1986. — 238 с.

83. Остроухов, М.Я., Шпарбер, Л.Я. Справочник мастера-доменщика/ М.Я. Остроухов, Л.Я. Шпарбер - М.: Металлургия, 1977. - 304 с.

84. Освоение технологии плавки на доменной печи объемом 2700 м в условиях НТМК: отчет о НИР. - Екатеринбург: УИМ, 1969. - 38 с.

85. Ипатов, Б.В., Захаров, И.Н., Шаврин, C.B. К вопросу фильтрации титанистых шлаков через коксовые насадки/ Б.В. Ипатов, И.Н. Захаров, C.B. Шаврин // Металлургический передел титаномагнетитовых руд. — 1969. - С.3-13.

86. Соловьев, А.Н., Каплун, А.Б. Вибрационный метод измерения вязкости жидкостей / А.Н. Соловьев, А.Б. Каплун - Новосибирск: Наука, 1970. - 140 с.

87. Гаврилюк, Г.Г., Леконцев, Ю.А., Абрамов, С.Д. Доменная плавка титаномагнетитов/ Г.Г. Гаврилюк, Ю.А. Леконцев, С.Д. Абрамов - Тула: АССОД, 1997.-212 с.

88. Собянина, О.Н., Филатов, C.B., Загайнов, С.А. Анализ условий движения расплава в горне доменной печи при плавке титаномагнетитов / О.Н. Собянина, C.B. Филатов, С.А. Загайнов // Известия ВУЗов. Черная металлургия. - 2008. - № 4. - С. 69 - 70.

89. Собянина, О.Н., Филатов, C.B., Загайнов, С.А. Анализ особенностей восстановления титана в доменной печи/ О.Н. Собянина, C.B. Филатов, С.А. Загайнов. // Сталь. - 2012. - № 3. - С. 9-11.