Исследование тепло- и массообменных процессов в кислородном реакторе с целью повышения эффективности производства первичного металла

• Автор: Мустафин, Руслан Миниярович
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 227 с. : ил

Содержание
Введение.

1. Плавка в кислородном реакторе новый процесс прямого получения

чугуна и ферросплавов

1.1. Существующие способы прямого получения металла. Достоинства и

недостатки.

1.2. Отличительные черты кислородного реактора. Его преимущества и ограничения.

1.3. Моделирование металлургических процессов и агрегатов

1.4. Постановка задач исследования.

2. Экспериментальное исследование процессов тепло массообмена в

кислородном реакторе

2.1. Экспериментальная высокотемпературная модель кислородного
реактора
2.2. Методика проведения эксперимента
2.3. Результаты экспериментов и их обсуждение
2.3.1. Восстановление железных руд на коксовой насадке
2.3.2. Восстановление никелевых руд на коксовой насадке.
2.3.3. Получения ферросилиция и переработка ванадийсодержащих материалов на коксовой насадке.
3. Математическая модель кислородного реактора.
3.1. Особенности теплообмена в кислородном реакторе
3.2. Зональная модель кислородного реактора
3.3. Теплообмен при противоточном движении потоков.
3.4. Теплообмен в системе с излучающим газовым телом.
3.5. Фильтрация металла и шлака через коксовую насадку.
3.6. Расчет количества и расположения фурм.
3.7. Уравнение теплопроводности
3.8. Метод конечных разностей
3.9. Методика расчета материального баланса плавки в кислородном
реакторе.
3 Область применения и ограничения математической и физической
моделей кислородного реактора.
4. Моделирование выплавки различных видов ферросплавов в кислородном реакторе
4.1. Определение оптимальной формы кислородного реактора.
4.2. Численные эксперименты по выяснению особенностей выплавки
основных ферросплавов.
4.3. Общие закономерности
5. Рекомендации по конструированию кислородного реактора и ведению плавки в зависимости от вида получаемого сплава.
5.1. Методика конструирования кислородного реактора
5.2. Технологические приемы старта и ведения плавки
Заключение.
Список использованных источников


В процессе «Фастмет» (“FASTMET”) /6/ используются рудоугольные окатыши, которые восстанавливаются до металлизованного продукта в печи с вращающимся подом. Процесс «комет» отличается только исходным сырьем- используются тонкие слои угля и руды мелких фракций, недостатком является сложная конструкция иечи. Существенными недостатками этих процессов являются низкая производительность, высокий расход угля и примеси пустой породы в готовом продукте. Процесс «Согех» и сходные с ним процессы жидкофазного восстановления предполагают прямое превращение руды и кокса в чугун. В процессах «Ромелт» /7, 8/, «Аусмелт», «DIOS» восстановление происходит в слое вспененного шлака. В процессе «IIISMELT», опробованном в Австралии, используется плавильно- восстановительный агрегат с предварительным восстановлением в реакторе с циркулирующим псевдосжиженным слоем. Существенными недостатками всех этих процессов являются сложность конструкции, необходимость герметизации корпусов в процессах “DIOS” и ’’HISMELT”, высокие требования по подготовке шихтовых материалов, необходимость создания сложной инфраструктуры для утилизации больших потерь тепла. В работе 1 предложен новый жидкофазный способ получения феррованадия из ванадиевого шлака. Процесс достаточно сложен- протекает в 3 стадии и требует такого же количества каскадно расположенных реакторов. Отсутствуют сведения об опытно- промышленной реализации и экономической эффективности процесса. В патенте // предложен способ получения жидкого металла из мелкозернистых окислов железа, включающий вдувание предварительно восстановленных восстановительным газом частиц в камеру окончательного восстановления. В этой камере окислы оседают на коксовой насадке, окончательно восстанавливаются и стекают в приемную камеру. Способ сложен для промышленной реализации, требует наличия специального преобразователя для восстановительного газа, периодической замены коксовой насадки. В основе способа лежит полное использование теплотворного и восстановительного потенциала углерода угля и кокса при прямом карботермическом восстановлении металлов из оксидов /, , , , , /. Процесс имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными и представленными выше способами производства первичного металла. В таблице 1, сформированной по данным /1, 2, 6, /, представлены современные ключевые технологии получения первичного металла. I Mil II лип |. И»М ІЛО ІНК П. И» Cib, nS . W - 0. Ьксшмйиші. МСЛК. МОЛК. ЬІПМ МСЛК. ГЙ. TCfICIIk іажіїїаиии. Расход уг. Дпм для . Расход , jlVi MCI А. Отличительные черты кислородног о реактора. Согласно способу процесс осуществляется в реакторе (Рис. I), представляющим собой футерованный цилиндр с реакционными зонами: жидкие металл и шлак; зона коксовой насадки с кислородными очагами нижних фурм; зона смеси нагретых кокса и рудного сырья. Кокс, сгорая в струе кислорода с образованием оксида углерода, даёт часть тепла (- % в зависимости от вида ферросплава), необходимого для протекания восстановительных процессов и поддержания коксовой насадки в прогретом состоянии. Выделяющийся из шихты оксид углерода дожигается до диоксида углерода в подсводовом пространстве кислородом, подаваемым через верхние дополнительные фурмы поверх уровня засыпи, что обеспечивает процесс всем необходимым количеством тепла. Через отверстия в своде осуществляется подача шихты. Шихта состоит из рудоугольных брикетов и кокса. Состав брикетов рассчитывается исходя из химических составов заданного ферросплава, руды, угля. Прямое карботермическое восстановление металла происходит непосредственно в брикете, лежащем на поверхности коксовой насадки. При правильно рассчитанном составе брикетов до % материала восстанавливается на поверхности коксовой насадки, при этом на восстановление расходуется только входящий в состав брикетов уголь. Оставшиеся недовосстановленными материалы (не более 5%) восстанавливаются за счет углерода кокса либо восстановительного газа. Кокс, подаваемый вместе с брикетами, служит только для восполнения сгоревшего кокса у нижнего яруса кислородных фурм. Восстановленный металл стекает сквозь коксовую насадку в копильник, откуда периодически выпускается.