Разработка научных основ и определение технологических режимов углеродотермического восстановления и окисления железа в водородсодержащей атмосфере

• Автор: Строкина, Ирина Владимировна
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Новокузнецк
• Количество страниц: 154 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ, ОСНОВАННЫЕ НА ПРОЦЕССАХ, ПРОТЕКАЮЩИХ В СИСТЕМЕ ЖЕЛЕЗО-УГЛЕРОД-КИСЛОРОД-ВОДОРОД
1.1 Тенденции развития черной металлургии
1.2 Основные технологии прямого восстановления и восстановительной плавки железных руд
1.2.1 Газофазные процессы восстановления
1.2.2 Твердофазные процессы восстановления
1.2.3 Использование железа прямого восстановления в дуговых электропечах
1.2.4 Жидкофазное восстановление
1.3 Тепловая обработка стальных заготовок под прокатку
1.4 Эмалирование поверхностей чугунных заготовок
1.5 Синтез феррошпинелей
Выводы и постановка задач исследования
2. РАЗРАБОТКА НАУЧНЫХ ОСНОВ УГЛЕРОДОТЕРМИЧЕСКОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ И ОКИСЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗА В
ВОДОРОДСОДЕРЖАЩЕЙ АТМОСФЕРЕ
2.1. Анализ термодинамических и кинетических характеристик систем Ге-О-СиГе-О-Н
2.2 Построение диаграммы фазово-химических равновесий в системе Ге-02-С-Н
2.3 Построение поверхности газификации углерода в рамках системы Ее-02-С-Н
2.4 Определение кислородного потенциала при углеродотермическом восстановлении железа в водород содержащей атмосфере
2.5 Параметры окислительно-восстановительных процессов в системе Ге-02-С-Н

2.6 Прогнозирование технологических режимов для выбранной группы металлургических процессов, чувствительных к составу газовой фазы
печной атмосферы
Выводы
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ
УГЛЕРОДОТЕРМИЧЕСКОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ И ОКИСЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗА В ВОДОРОДСОДЕРЖАЩЕЙ АТМОСФЕРЕ
3.1 Восстановительный обжиг железорудного сырья
3.1.1 Железорудное сырье
3.1.2 Выбор восстановителя для осуществления углеродотермического восстановления в присутствии водорода
3.1.3 Изготовление окатышей из железорудного концентрата
Бакчарского месторождения с полукоксом бурого угля Таловского месторождения
3.1.4 Исследование восстановительного обжига железорудных
окатышей
3.1.5 Технологическая схема производства металлизованных
окатышей
3.2 Обжиг чугунных отливок перед эмалированием
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
ПРИЛОЖЕНИЕ В
ПРИЛОЖЕНИЕ Г
ПРИЛОЖЕНИЕ Д
ПРИЛОЖЕНИЕ Е
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы.
В современной структуре потребления конструкционных материалов 94 % составляют железоуглеродистые сплавы, главным образом стали различного назначения. По данным ассоциации World Steel Association в 2012 г. мировое производство стали составило 1,548 млрд. т. В среднесрочной перспективе прогнозируется сохранение достигнутых темпов роста ее производства и потребления. Однако в ближайший период мировая металлургия будет развиваться в условиях ужесточения национальных экологических законодательств, истощения разведанных железорудных и углеродсодержащих ресурсов, повышения стоимости электроэнергии и природных энергоносителей, тарифов на грузоперевозки. В связи с этим все более актуальной становится задача повышения эффективности металлургического производства за счет разработки и освоения ресурсо- и энергосберегающих технологий, расширения сырьевой базы.
В настоящей работе в качестве объекта для анализа и исследования выбраны следующие металлургические технологии, основанные на процессах, протекающих в системе железо - углерод - кислород - водород и параметрически чувствительных к газовой атмосфере в печном пространстве: производство металлизованных окатышей углеродотермическим восстановлением из оксидов железа; нагрев стальных заготовок перед обработкой давлением; получение декоративно-защитных эмалевых покрытий на чугунных изделиях; синтез феррошпинелей различного назначения.
Металлизованные окатыши, востребованные в бездоменной металлургии для частичной или полной замены лома при выплавке электростали, получают, в основном, газофазным восстановлением с использованием продуктов конверсии природного газа в шахтных печах (процесс Midrex) или углеродотермическим восстановлением во вращающихся

Общее давление суммируется из парциальных давлений компонентов:
Р = Рсо + Рн2 + Рн2о + Рсо2.
Выражение константы равновесия реакции представляет собой в явной форме функциональную связь характеристик состава равновесной газовой фазы.
Р ■ Р
к _ сог Гнг
29) - р р
Гсо ’ ГН
По написанию реакции (2.9) и стехиометрическим коэффициентам нетрудно заметить, что все превращения развиваются в пределах неизменной суммы водород- и углеродсодержащих молекул.
Определенная связь между состоянием водород— и углеродсодержащих компонентов газовой фазы может быть представлена совокупностью прямых, выходящих из начала координат (рисунок 2.3) [49]. Каждая из них выражает

возможное множество равновесных соотношений —— и -Л±- для заданного
■^со, Рн2о
значения температуры Т при условии соблюдения пропорциональности между ними через величины Кр. С повышением температуры понижается значение КР,

а состав газовой фазы изменяется в сторону больших величин —^—.

Такое закономерное изменение состава газовой фазы, состоящей из СО, С02, Н2, Н20, тесно связано с характеристиками прочности водяного пара и двуокиси углерода.
Обобщая сказанное, можно полнее предвидеть изменение состава газовой фазы. Кислород, присутствующий в газовой фазе, можно представить как продукт совместной диссоциации Н20 и С02. относительно него можно выразить окислительно-восстановительные свойства многокомпонентной газовой смеси.