Моделирование и установление основных параметров технологии бескоксового жидкофазного восстановления Бакальских сидеритов

• Автор: Масальский, Тимур Станиславович
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Магнитогорск
• Количество страниц: 136 с. : ил

Введение

1. Состояние вопроса. Цель работы

1.1. Классификация способов извлечения железа из рудного сырья

и их краткая характеристика.

1.2. Многостадийные металлургические комплексы руда сталь

Выводы по главе и цель работы

2. Сущность разрабатываемой технологии и принципиальные основы конструкции агрегата для ее реализации

2.1. Характеристика бакальской сидеритовой руды и возможности

ее применения в доменном процессе

2.2. Сущность технологического процесса.

2.3. Описание принципиальных основ конструкции агрегата для реализации новой технологии.
Выводы.
3. Математическая модель процесса нагрева и плавления руды
3.1. Расчет процессов нагрева исходной шихты теплом отходящих газов
3.2. Определение избыточного объема газа.
3.3. Математическая модель процесса расплавления нагретой и частично расплавленной шихты
3.3.1. Предварительное определение расхода угля
3.3.2. Предварительное определение количества оксидного расплава
3.3.3. Определение количеств компонентов, посту пающих из всех материалов оксидный расплав.
3.3.4. Определение расхода кислородного дутья и состава образующегося газа
3.3.5. Расчет теплового баланса
3.3.6. Уточненное определение расхода угля на стадии расплавления
3.3.7. Определение температуры оксидного расплава на стадии
расплавления.
4. Теоретические основы процесса прямого получения чернового железа из рудного сырья способом бескоксового жидкофазного восстановления.
4.1. Общие положения
4.2. Возможные соотношения углерода и кислорода в металле, находящемся под окислительным шлаком.
4.3. Определение требуемой активности в оксидном
расплаве.
4.4. Определение требуемого восстановительного потенциала газовой фазы.
4.5. Определение удельного расхода кислорода на окисление углерода угля
4.6. Определение коэффициента расхода кислорода на сжигание
4.7. Определение требуемого содержания ГеО в оксидном
расплаве.
4.8. Основные итоговые показатели.
5. Математическое описание стадий восстановления
5.1. Математическая модель процесса неполного восстановления
рудного расплава с получением чернового железа.
5.1.1. Математическая модель протекающих в реакционной
части процессов.
5.1.1.1. Предварительное определение расхода угля
5.1.1.2. Предварительное определение количества оксидного расплава.
5.1.1.3. Предварительное определение количества получаемого металла
5.1.1.4. Определение масс компонентов, поступающих из всех источников.
5.1.1.5. Определение масс компонентов металла
5.1.1.6. Определение масс компонентов оксидного расплава
5.1.1.7. Уточненное определение количества металла.
5.1.1.8. Уточненное определение количества оксидного расплава
5.1.1.9. Определение состава газа и расхода кислородного
5.1.1 Расчет теплового баланса реакционной части.
5.1.1 Уточненное определение расхода угля
5.1.1 Определение температуры металла
5.1.2. Математическая модель процесса нагрева расплавов после
частичного сжигания газа, поступающего в накопитель из реакционной камеры
5.1.2.1. Определение расхода кислородного дутья на дожигание
и состав газов.
5.1.2.2. Определение температуры металла.
5.2. Математическая модель процесса полного восстановления с
получением чугуша
5.2.1. Предварительное определение расхода угля
5.2.2. Определение количества флюса
5.2.3. Предварительное определение количества оксидного расплава.
5.2.4. Предварительное определение количества металла
5.2.5. Определение количеств компонентов поступающих
из шихтовых материалов
5.2.6. Определение масс компонентов металла
5.2.7. Определение масс компонентов оксидного расплава.
5.2.8. Уточенное определение количества металла
5.2.9. Уточенное определение количества оксидного расплава
5.2 Определение состава газа и расхода кислородного дутья
5.2 Расчет теплового баланса.
5.2 Уточенное определение расхода угля.
5.2 Определение температуры металла в конце третьей стадии. .
5.3. Составление материального и теплового балансов для всей
плавки в целом.
5.3.1. Материальный баланс в целом на всю плавку
5.3.2. Тепловой баланс на весь процесс в целом
6. Установление математическим моделированием основных параметров технологии и техникоэкономических показателей процесса.
6.1. Установление основных параметров технологии
6.2. Определение энергоемкости и себестоимости получаемой продукции.
Выводы .
7. Экспериментальное определение некоторых параметров технологии бескоксового жидкофазного восстановления бакальских сидеритов
7.1. Экспериментальное подтверждение возможности получения малоуглеродистого продукта прямым восстановлением.
7.2. Определение температуры плавления конечного шлака и
подбор флюса для разжижения.
Выводы.
Общие выводы.
Библиографический список.
Приложение. Блоксхема алгоритма расчета технологического режима процесса бескоксового жидкофазного восстановления бакальских сидеритов с получением двух металлических продуктов.
Введение


К тому же губчатое железо характеризуется повышенным содержанием пустой породы, что приводит к резкому росту расхода электроэнергии в электросталеплавильных печах, обусловленному увеличением количества шлака. Способы низкотемпературного извлечения железа не позволяют исключить двухстадийную схему в металлургии, и не позволяют заменить доменной процесс, так как по многим параметрам уступают ему табл. Они могут считаться перспективными лишь в тех районах, где отсутствует кокс, и имеются большие запасы природного газа. Доменный процесс извлечения железа из рудного сырья первое звено в двухступенчатой схеме чугунсталь и до настоящего времени основное количество железа извлекается именно этим способом. По производительности он намного превосходит любые недоменные способы производства металла см. Однако в будущем он прекратит существование, и связано это с перечисленными ниже причинами. Эффективность получения чугуна в доменной печи очень сильно снижается при вовлечении в переработку труднообогатимых, бедных руд. В настоящее время с ухудшением сырьевой базы возникает необходимость переработки таких руд и в будущем будет только возрастать. При использовании таких руд в существующей производственнотехнологической схеме получения черных металлов невозможно обеспечить не только снижение себестоимости продуктов и потерь железа, но и сохранение этих показателей на нынешнем уровне. Кроме того, для современных доменных печей невозможно использование другого вида топлива, кроме металлургического кокса продукта специальной и сложной подготовки особых сортов каменного угля, запасы которых ограничены 5, 6. Общие запасы каменного угля оценивают в настоящее время 0. Мировые запасы коксующихся углей, по данным ООН 5, не превышают 5 от общих запасов каменного угля. Можно определенно утверждать, что исчезновение источников получения кокса будет означать конец доменного способа производства чугуна. Именно нехватка металлургического кокса послужила одной из причин быстрого развития других процессов извлечения железа. Так, наряду с разработкой процессов получения губчатого железа и металлизованного сырья, не прекращаются попытки создать эффективный способ производства непосредственно из руд жидкого металла чугуна или полупродукта без применения кокса. Возможность значительного ускорения
реакций восстановления, протекающих при высоких температурах С и более, а также интенсификации массо и теплообмена и, как следствие, достижения высокой производительности восстановительных агрегатов является при этом наиболее привлекательной и без значительных потерь железа, которое имеет место при современной схеме 9, . В отличие от сталеплавильного и доменного производств способы высокотемпературного извлечения железа не имеют точной классификации. Классифицировать их можно по многим признакам 4 тип агрегата, восстановитель, назначение продукта и др. Наибольший интерес представляют процессы, где восстановителем является уголь, а процессы, основанные на использовании для восстановления газа, считаются неперспективными по перечисленным ниже причинам. Низкая работа газавосстановителя и, как следствие, необходимость проводить процесс с участием огромных объемов рециркулирующего газа . В результате для восстановления 1 т железа из расплава необходимо продувать через него огромное количество монооксида углерода . Учитывая, что фактический объем 1аза при С увеличивается в шестьсемь раз, практическое осуществление восстановления оксидов железа из рудного расплава продувкой его восстановительным газом представляется маловероятным. Удельный расход водорода, несмотря на более высокую его восстановительную способность, также весьма велик 0. Таким образом, процесс жидкофазного восстановления железосодержащего расплава газами характеризуется очень большим их удельным расходом и не может обеспечить высокой степени извлечения железа . Кроме того, запасы природного газа, из которого получают восстановительный газ, весьма ограничены. Процессы получения жидкого высокоуглеродистого металла можно разделить на две группы одностадийные и многостадийные, осуществляемые в одном агрегате с несколькими рабочими камерами или в двух различных агрегатах.