Разработка и оценка эффективности усовершенствованных бескоксовых технологических схем переработки руд с получением легированной и нелегированной стали

• Автор: Попов, Владимир Владимирович
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 180 с. : ил.

АННОТАЦИЯ
Работа посвящена усовершенствованию, разработке и оценке эффективности новых бескоксовых металлургических процессов на примере получения легированных ванадием сталей и высокомарганпевых сталей.
Усовершенствована схема бескоксового процесса прямого легирования стали ванадием (процесс ЛП) с целью максимальной экономии расхода угля и кислорода, и сокращения примесей цветных металлов в стали с введением в схему дополнительного источника энергии - электрического нагрева (процесс ЛП-Э). Найдены возможности снижения затрат кислорода и угля на процесс за счет использования дополнительной электроэнергии в агрегате ПЖВ (процесс жидкофазного восстановления).
На основе схемы ЛП предложен способ выплавки легированной ванадием стали с усовершенствованным составом шихты (процесс ЛП-Ш).

На основе схемы ЛП предложен способ выплавки нелегированной конструкционной стали.

Разработан бескоксовый способ выплавки высокомарганцевой стали с содержанием Мл выше 20%.
Рассчитаны материальные и тепловые балансы каждого из агрегатов для всех новых процессов. И рассчитана их оценка энерго-экологической эффективности на основе анализа полных (сквозных) энергозатрат и вредных выбросов в атмосферу в форме ТТЧ (технологическое топливное число), ТЭЧ (технологическое экологическое число) и ТТЭЧ (технологическое топливно-экологическое число). А также проведен сравнительный анализ усовершенствованных процессов ЛП-Э, ЛП-Ш и способа выплавки нелегированной стали, с предыдущей схемой ЛП и с традиционной схемы выплавки стали.
По результатам разработки и усовершенствования схем выплавки ванадиевых и высокомарганцевых сталей поданы четыре заявки на изобретение, по трем из них получены патенты РФ, а по четвертой, на данный момент пройдена экспертиза по существу (см. список публикаций автора).
Диссертационная работа изложена на 180 страницах машинописного текста, иллюстрирована 21 рисунком и 66 таблицами, включает библиографический список литературы из 99 наименований работ отечественных и зарубежных авторов и 10 приложений. Диссертация написана на русском языке.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. СУЩЕСТВУЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВЫПЛАВКИ ЛЕГИРОВАННЫХ ВАНАДИЕВЫХ И МАРГАНЦЕВЫХ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ, МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
ЕЕ Сравнительный анализ существующих схем получения легированной ванадием стали
Е Е Е Производство ванадия в России
Е Е2. Технология выплавки ванадиевых сталей
1.2. Сравнительный анализ существующих схем получения высокомарганцевой стали
Е2Л. TRIP и TWIP стали
1.2.2. Перспективные схемы выплавки ферромарганца и силикомарганца
1.3. Требования к разработке оценки энерго-экологической эффективности новых усовершенствованных способов выплавки легированных сталей (процесс ЛП и комбинированный процесс выплавки высокомарганцевой стали) 3
1.4. Постановка задачи исследования
2. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ СКВОЗНОЙ ЭНЕРГО-ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗРАБАТЫВАЕМЫХ
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
2.1. Материальные и тепловые балансы - как элемент оценки энерго-экологической эффективности процесса
2.2. Методы и алгоритмы энерго-экологического анализа металлургических процессов
3. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ БЕСКОКСОВОГО ПРОЦЕССА ВЫПЛАВКИ ЛЕГИРОВАННОЙ ВАНАДИЕМ СТАЛИ - ПРОЦЕСС ЛП-Э
3.1. Усовершенствование схемы процесса ЛП (способ бескоксовой
переработки рудного сырья с получением легированной ванадием стали) - процесс ЛП-Э
3.2. Материальный и тепловой балансы выплавки чугуна
в агрегате ПЖВ для процесса ЛП-Э
3.3. Материальный и тепловой балансы металлизации окатышей
в шахтной печи для процесса ЛП-Э
3.4. Материальный и тепловой балансы выплавки стали
в дуговой электропечи для процесса ЛП-Э
3.5. Энерго-экологический анализ процесса ЛП-Э
3.6. Расчет и оценка парниковых выбросов способа бескоксовой
переработки рудного сырья с получением легированной ванадием стали
3.7. Результаты
3.8. Выводы
4. СПОСОБ ВЫПЛАВКИ ЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ В ДУГОВОЙ
ЭЛЕКТРОПЕЧИ - ПРОЦЕСС ЛП-Ш 9
4.1. Описание способа выплавки легированной стали, процесс ЛП-Ш
4.2. Материальный и тепловой балансы ЭДП для процесса ЛП-Ш
4.3. Результаты
4.4. Выводы
5. СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
МЕТАЛЛИЗОВАННОГО ЖЕЛЕЗОРУДНОГО СЫРЬЯ
5.1. Способ производства стали с применением металлизованного
железорудного сырья
5.2. Материальный и тепловой балансы выплавки чугуна в агрегате ПЖВ

5.3. Материальный и тепловой балансы металлизации окатышей
в шахтной печи
5.4. Материальный и тепловой балансы выплавки стали
в дуговой электропечи
5.5. Энерго-экологический анализ процесса производства стали
с применением металлизованного железорудного сырья
во вторую электрическую шахтную печь совместно с кварцитом и коксом. После разливки в ковше получается низкоуглеродистый силикомарганец с содержанием Мп 61%; С 0,05% и фосфора Р 0,1%. За счет добавления кремния содержание углерода снижается. Таким образом, в силикомарганце содержание фосфора ниже, а содержание углерода такое же.
Ferromanganese
2300 kWh
1 SOD kg Мп or а 360 kg Cokes 20-49 kg Fluxes
Silicomanganese
4500 kWh
400-450 Sea Ghiartzrto 350-400 kg Coto 0-50 kg Iron ore
600 hg Slag
».VO З-іЗіСзО *8* ' 1 CO R2* iSgO; 2% 9Dg 33% s
НС РйШ
MOR reactor

Dubl tli S
m- тінь c 69%
13% P-RH4 S< 0>S«
Г f- % stag
WnO 7% С*П FeO 03% W»jO s»o Ч С СЧ
aj a мч &»о ts MC S Mn
J Stag tiarnp j
Ladle refining
[ Slog damp I
■|Сгм&№д|

| SsteflfWi?
Рис. 1.9. Дуплексное производство высокоуглеродистого ферромарганца
(РеМп) и силикомарганца (81Мп), с процессами повышения качества
Высокоуглеродистые сплавы ферромарганца и силикомарганца производятся в трехфазных дуговых печах. За небольшими исключениями печи являются дуговыми с тремя электродами Содерберга, расположенными по вершинам равностороннего треугольника. Печи проектируется как открытые, так и закрытые, вращающиеся и стационарные. Печи всегда являются стационарными. Пример закрытой печи для производства высокоуглеродистого ферромарганца представлен на рис. 1.10. Вторая рассматриваемая схема - это схема производства марганцевого шлака. В муфельную печь загружаются марганцевая руда, железная руда, кокс. В печи