Энергофизические и физико-химические характеристики плазменно-дугового реактора для прямого жидкофазного восстановления железа из дисперсного оксидного сырья

• Автор: Кирпичев, Дмитрий Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 169 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1 Состояние вопроса, цель, предмет и задачи исследования
1.1 Традиционные процессы восстановления железа
1.2 Альтернативные процессы восстановления железа
1.3 Плазменные процессы восстановления железа
1.3.1 Применение плазмы в традиционных агрегатах восстановления железа
1.3.2 Инновационные схемы использования плазмы для восстановления железа
1.4 Цель, предмет и задачи исследования
Глава 2 Методика расчета определяющих энергоматериальных и конструктивных параметров плазменно-дугового жидкофазного восстановительного реактора
2.1 Математическая модель расчета определяющих энергоматериальных и конструктивных параметров плазменно-дугового жидкофазного восстановительного реактора
2.2 Физические и химические параметры плазменно-дугового жидкофазного реактора
Глава 3 Экспериментальное исследование энергофизических характеристик плазменного восстановительного процесса
3.1 Лабораторная установка и методика экспериментов
3.2 Расчет энергоматериальных параметров плазменно-дугового жидкофазного реактора
3.3 Морфологические и химические характеристики продуктов плазменнодугового восстановления железосодержащих руд и концентратов
3.3.1 Плазменно-дуговое жидкофазное восстановление гематитовых руд и концентратов метаном
3.3.2 Плазменно-дуговое жидкофазное восстановление титаномагнетитового концентрата метаном

3.3.3 Плазменно-дуговое жидкофазное восстановление
титаномагнетитового концентрата углеродом
Глава 4 Энергофизические параметры плазменно-дугового восстановительного реактора
4.1 Энергопередача от дуги к ванне расплава (аноду)
4.2 Энергофизические процессы на катоде
4.3 Тепловые параметры тигля реактора
Глава 5 Конструктивное оформление опытно-промышленного плазменнодугового металлургического модуля и технология восстановительной плавки

5.1 Рекомендации по конструктивному оформлению модуля и расчет
основных конструктивно-технологических параметров
5.2 Техническое задание на проектирование опытно-промышленной плазменно-дугового модуля мощностью 3-5 МВт для прямого получения железа из дисперсных руд и концентратов
5.2.1 Назначение модуля
5.2.2 Базовые параметры модуля
5.2.3 Конструктивное оформление восстановительного модуля
5.2.4 Инфраструктура модуля
5.2.5 Работа модуля
Выводы
Список литературы
Приложение
Введение
Актуальность темы. Основная масса стали в мире на сегодняшний день производится по технологии доменная печь - конвертер. В ходе развития данной технологии энергозатраты на производство стали снижены до 20-25 МДж/кг [1,2], потребление кокса снижено до 300 кг на тонну чугуна за счет усовершенствования как конструкции доменных печей, так и самого технологического процесса восстановления, в том числе за счет замены части кокса, загружаемого в печь, другими видами углеродсодержащего топлива (угольная пыль, природный газ, мазут) [1-3]. Так же совершенствуется схема агломерационного производства, разрабатываются оптимальные характеристики исходного сырья, такие как крупность, состав для получения агломерата с наилучшими характеристиками по прочности, газопроницаемости, однородности [4]. Но, тем не менее, остаются нерешенными наиболее актуальные проблемы:
- использование кокса;
- проблемы при переработке комплексных руд сложного состава (например, титаномагнетитов);
- многостадийность производства (коксохимическое, агломерационное, доменное, конвертерное производства);
- загрязнение окружающей среды (вредные выбросы, присущие каждой стадии производства);
- высокие энергозатраты на производство стали, более чем в 2 раза превышающие термодинамический минимум энергии, необходимой для восстановления железа (энергия диссоциации оксида железа 7,4 МДж/кг);
- низкая удельная производительность (0,02 кг/(с‘м3)).
Энергопотребление снижают за счет увеличения концентрации энергии
в рабочем объеме доменной печи (увеличении температуры, содержания кислорода в газе дутья). Так, на ряде фирм (SKF (Швеция), CRM (Бельгия)) предпринимались попытки для повышения температуры дутья использовать

Из уравнений (2) и (3) получим выражение, связывающее радиус химически активного пятна и коэффициент сосредоточенности химического воздействия дуги к:
к-г2 = — 1п(1 — 5), (4)
Приняв, что полная скорость восстановления равна скорости восстановления при 8 = 98 %, из уравнений (4) и (2) получим выражение для расчета
поверхностной скорости восстановления в зависимости от размера ванны:
= -уд ‘ ут г2 = 0.8 ут г2 = 0.2 Ущ С)2, (5)
где уп- максимальная поверхностная скорость восстановления в центре ванны на оси дугового разряда, кг/(с-м2).
Объемную скорость восстановления определим с учетом глубины ванны Ь. Примем, что данная высота постоянна по радиусу ванны, и по высоте расплава объемная скорость восстановления не меняется:
Су = ут - Ь-г2 = 0.2-- Ь' О2, (6)
где у - максимальная объемная скорость восстановления в центре ванны на оси дугового разряда, кг/(с-м3).
Принимая во внимание эмпирическую зависимость глубины ванны расплава от ее диаметра для электродуговых сталеплавильных печей [68] глубину ванны запишем как:
И = 0.34 -Б2/3.