Технологія отримання вуглець-карбідкремнієвих брикетів і застосування їх для навуглецювання сталевої ванни

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Вступ

Актуальність теми. Процеси навуглецювання сталевої ванни в період плавлення металозавалки та зневуглецювання її в окислювальний період плавки є складовою частиною технології виплавки сталі в електричних і мартенівських печах. Для навуглецювання сталевої ванни застосовують переробний чавун, частка якого в металозавалці становить 5-25% для електроплавки та 20-80% для мартенівської плавки. У зв'язку з постійним підвищенням рівня цін на чавун ведуться дослідження із застосування нетрадиційних видів навуглецювачів.

Відповідно до внесених в установленому порядку пропозицій щодо оптимізації Державної програми розвитку та реформування ГМК України на період до 2011р., на виконання пункту дев'ять окремого доручення прем'єр-міністра України від 19.10.2006р. №3989/0/ 1-06 щодо аналізу Програми, серед основних пріоритетних напрямків ГМК у сталеплавильному виробництві відзначено наступне “... створення наукових і технологічних основ виробництва нових видів шихтових матеріалів, які заміняють чавун у сталеплавильному виробництві; ...збільшення виробництва сталі в електропечах шляхом реконструкції діючих і введення в експлуатацію нових”. Програмою передбачено збільшення частки електросталі з 3,8% до 15% за рахунок будівництва електросталеплавильних заводів (“Дніпросталь” (м.Дніпропетровськ), “ВорсклаСталь” (Полтавська область) та міні-заводу в м. Біла Церква).

Нарощування об'ємів виробництва електросталі підсилює актуальність розробок по зниженню витрат чавуну шляхом використання нових видів навуглецювачів із залученням вторинних матеріалів суміжних виробництв і техногенних родовищ.

Вище наведене підтверджує актуальність дослідження вторинних матеріалів і розробки технології використання їх в якості навуглецювачів у сталеплавильному виробництві.

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є наукове обґрунтування та розробка технології отримання вуглецькарбідкремнієвих брикетів (CSiС-брикети) і їх застосування для навуглецювання сталевої ванни. Для досягнення мети роботи поставлені наступні завдання:

· виконати аналітичні дослідження сучасних способів навуглецювання сталевої ванни мартенівських і дугових печей, науково обґрунтувати можливість застосування нового виду навуглецювача;

· побудувати фізико-хімічну модель перерозподілу домішкових компонентів Al2O3, CaО і Feзаг під час отримання абразивного карбіду кремнію в печі Ачесона, виходячи з концепції механізму хімічних транспортних реакцій вивчити ступінь концентрування їх у зворотних матеріалах;

· встановити можливість збагачення вторинних поточних і техногенних матеріалів абразивного виробництва з метою виділення концентратів з підвищеним вмістом SiС і вуглецю; розробити наскрізну технологічну схему їх збагачення;

· розробити технологію брикетування вторинних матеріалів з отриманням CSiС-брикетів з використанням різних видів зв'язуючих;

· виконати термокінетичні дослідження взаємодії SiС і вуглецькарбідкремнієвих матеріалів (ВКМ) з металевим розплавом;

· розробити технологічний регламент навуглецювання мартенівської сталевої ванни ВКМ, освоїти та впровадити технології виплавки сталі трубного сортаменту;

· розробити і промислово опробувати технологію виплавки сталі в електропечах для виливків відповідального призначення із заміною традиційного навуглецювача - чавуну CSiС-брикетами та дослідити якість металу виливків;

1. Узагальнення і аналіз сучасних способів навуглецювання металевих розплавів і обґрунтування ефективності застосування вуглецькарбідкремнієвих матеріалів в якості навуглецювача сталевої ванни замість частини переробного чавуну

Виконано аналіз сучасного стану способів навуглецювання металевих розплавів і застосованих при цьому матеріалів. Встановлено, що альтернативою для часткової заміни чавуну є різні вуглецьвмісні матеріали: ВКМ, антрацити, кокси, відпрацьована футеровка алюмінієвих електролізерів, синтиком та ін. В Україні та інших країнах проведена велика кількість досліджень по проблемі заміни чавуну різними карбюризаторами, але результати застосування їх неоднозначні. У зв'язку з цим, у дисертації обґрунтовано рішення науково-прикладних задач по ефективному використанню вторинних матеріалів електротермічних виробництв в якості навуглецювача сталевої ванни замість частини переробного чавуну.

2. Аналіз сучасного стану технологій отримання карбідкремнієвих матеріалів і області їх застосування

Проаналізовані дані про кристалічну структуру і фізико-хімічні властивості SiС різного функціонального призначення; встановлено, що карбід кремнія взаємодіє з багатьма оксидами і розплавами металів.

Виконано термодинамічний аналіз процесів відновлення кремнезему вуглецем з метою визначення умов отримання металургійного SiС з використанням ВКМ для навуглецювання сталевої ванни. Із застосуванням нових самоузгоджених даних розраховані залежності зміни енергії Гібса від температури для шести реакцій у системі Si-O-C:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

Уточнені характеристики нонваріантних рівноваг компонентів у системі Si-O-C (при загальному тиску 101,3 кПа) у трьох фігуративних точках з координатами.

Метастабільна рівновага фаз SiО2, C і Si (точка Г) має координати 1919K і PSiО/PCO=0,166. Область діаграми, оконтурена лініями, проведеними через точки нонваріантних рівноваг, представляє поле стабільного існування SiС.

З використанням програмного забезпечення HSC Chemystry 5.0 (ESM Software, Outokumpu, Фінляндія) розраховані значення парціальних тисків елементів Al і Ca при температурі 2273К, які перерозподіляються у вигляді субз'єднань : Al2Oг - 6,98·10-4, AlOг - 1,14·10_7, Al2O2г - 2,83·10-9, AlC2г - 7,14·10-8, AlCг - 4,01·10-9, Al2C2г - 1,71·10-7, Alг - 9,13·10-4, Al2г - 2,58·10-8, Саг - 4·10-3. Оксиди заліза відновлюються та з розчиненням кремнію утворюють силіциди. Виходячи з концепції механізму хімічних транспортних реакцій, розроблено фізико-хімічну модель перерозподілу Al2O3, CaО і Feзаг у промисловій печі опору. Розрахунково-аналітичними дослідженнями обґрунтовано процеси переміщення домішок та ступінь їх переходу в продукти процесу. Результати досліджень дозволили обґрунтувати накопичення цих оксидів у зворотній шихті до критичного значення (Al2O3 + CaО + Feзаг > 2%), що призводить до періодичного виводу її з технологічного циклу виробництва абразивного карбіду кремнію і характеризувати її як вторинний ВКМ.

3. Експериментальні дослідження збагачення вторинних матеріалів електротермічного виробництва карбіду кремнію” з метою розширення сировинної бази та збільшення частки вилучення SiC проведені дослідження зі збагачення вторинних матеріалів поточного виробництва карбіду кремнію і техногенних відвалів

Встановлено, що 72,6% матеріалу представлено чотирма фракціями: -3+1(14,37%); -1+0,63 (19,44%); -0,63+0,5 (15,88%) і -0,5+0,25 (22,91%), у яких сконцентровано 91,7 % SiС і графіту. Кількість зростків SiС і графіту у фракції -3+1 становить 89%, у фракції -1+0,63 - 80%; -0,63+0,5 - 53%; -0,5+0,25 - 65%.

На устаткуванні інституту ВАТ НДПІ “Механобрчормет” за участю к.т.н. Кривенка В.В. и к.г-м.н. Грицая Ю.Л. виконано дослідження зі збагачення ВКМ різними способам: в електричному і магнітному полі; флотаційним процесом і повітряно-прохідною класифікацією.

Магнітне збагачення сухого і промитого техногенного матеріалу проведено на роликовому магнітному сепараторі типу 138Т при різних параметрах в одно і двох стадійних режимах. У пробах 1, 2, 3 і 5 кількість зростків, збагачених SiС (понад 50%), становить 23,0; 10; 17 і 20% відповідно. Таким чином, основна маса SiС зосереджена в магнітному матеріалі. Найбільш багатою SiС є фракція -1+0,63, яка містить 28% зростків багатих SiС при 12% SiО2.

Збагачення техногенного матеріалу електросепарацією здійснювали в сепараторі СЕ-3 при 125оС з напругою електрода, що екранує, V=27 кВ. Встановлено, що основна кількість ВКМ представлена провідниковою фракцією (77%) з вмістом чистого SiС 4% і графіту з домішкою SiС 61%. Напівпровідникова фракція містить 67% SiО2 і меншу кількість графіту з домішкою (у вигляді зростків) SiС. Непровідна фракція представлена графітом з SiС (45%), кварцом 14%, зростками і чистим SiС (41%) при дуже низькому виході цієї фракції (4%).

Поряд з SiС до складу ВКМ входить вуглець у кількості 18-30% у вигляді нафтококсу частково підданого графітації, тому техногенний матеріал фракції -0,63+0,4 піддавався збагаченню флотацією. Досліди по збагаченню проводили в камерній пневмомеханічній флотаційній машині РИФ-1 в одну стадію без перечищення продукту. В якості флотореагента застосовували гас у кількості 2,5 г/л. Слаболужне середовище рН 8,5 створювали добавками рідкого скла. Отриманий під час флотації пінний продукт мав наступний хімсклад (% мас.): 3,1 SiС, 77,5 Cгр, 18,5 SiО2, 0,5 Fe2O3, 0,05 CaО. Розрахунки показують, що після перечищення пінний продукт може відповідати якості графіту марки GL-2 (81%С) Завал'євського родовища (ДСТУ 5420-76 “Графіт ливарний скритокристалічний”). На підставі експериментальних даних розроблено технологічну схему збагачення техногенного матеріалу, яка передбачає виділення концентрату збагаченого SiС і дрібнокристалічним графітом.

При реалізації розробленої схеми збагачення вторинного матеріалу можна виділяти до 20-25% продукту, збагаченого SiС до 60% і графітом до 77%. З огляду на великі питомі витрати електроенергії (8700-9000 кВтг/т) при отриманні SiС у промислових печах опору і наявності накопичених вторинних ВКМ, що містять 10-15% SiС і 18-30% С, розроблена технологічна схема їх збагачення рекомендується для дослідно-промислового відпрацювання та наступного впровадження у виробництво як додаткове джерело металургійного SiС та скритокристалічного графіту.

Проведено лабораторні досліди по довідновленню вторинних матеріалів у печі Тамана потужністю 60 кВт. Відвальний вторинний матеріал виробництва карбіду кремнію на ВАТ “ЗАК” мав склад 14,55% SiС, 46,6% SiО2, 30% C, 5,55% Fe2O3, 3,19% Al2O3 і 1,09% СаО. Для повного відновлення SiО2 до SiС до цього матеріалу додавали нафтококс. Наважку 220 г поміщали в графітовий тигель і нагрівали в печі зі швидкістю 4оС/хв до 1750С. Термокінетику процесу контролювали газовим лічильником по кількості СО, яке виділилося. Обробкою експериментальних даних отримана інтегральна залежність питомої кількості (об'єму) СО на одиницю маси реакційної шихти від тривалості досліду:

qCO = -0,0000133 + 0,0660272 + 16,6 + 577,7 (м3/кг)·10-6 (R2=0,97).

q = -0,0000033 + 0,0085772 + 68,3 - 2295,7 (м3/кг)·10-6 (R2=0,98).

Термокінетичні криві довідновлення шихт з вторинних матеріалів наведені на рис. 4а. Встановлено, що під час відновлення вторинної шихти виробництва SiС з додаванням вуглецю в лабораторних умовах при температурі 1750оС, ступінь відновлення SiО2 досягає 90%, а отриманий продукт містить 75 - 78% SiС. При використанні в якості відновника замість нафтококсу вуглецьвміщуючого матеріалу ВАТ “Укрграфіт”, ступінь відновлення техногенної суміші досягає 60% при вмісті SiС у продукті 65-67%.

4. Дослідження процесу розробки технології брикетування вторинних вуглецькарбідкремнієвих матеріалів

Наведені результати дослідження процесу брикетування вторинних вуглецькарбідкремнієвих матеріалів і вибору зв'язуючого.

У лабораторних умовах у дослідах з брикетування ВКМ в якості зв'язуючого застосовували окремо або разом лігносульфонат, каолін і цемент марки М400, які вводили в шихтові суміші для брикетування. Шихту брикетували на пресі при тиску 10 МПа. Прес-форма мала розміри: діаметр 50 мм і висоту 80 мм. Залежно від складу суміші та застосованого пов'язника щільність брикетів змінювалася від 1,6 до 1,9 г/см3. Брикети піддавалися природному сушінню протягом 1-2 доби, або в сушильній шафі при 105°С впродовж 30 хвилин, з наступним випробуванням їх на механічну міцність при стисканні.

Промислові експерименти по брикетуванню суміші проводили на чотирьохвальцьовому пресі: діаметр вальців 440 мм, ширина 647 мм. Потужність двигуна 280 кВт. У змішувачі готували 30-80 кг суміші, яка складалася з різних видів ВКМ, а також каоліну як пластифікатора, а в якості пов'язника застосовували цемент і лігносульфонат (роздільно або в певній пропорції). Брикети без застосування цементу піддавалися природному сушінню протягом 1-2 доби або при 105°С впродовж 30 хвилин. Кращі показники по міцності брикетів на стиск (112 кг/брикет) мали брикети, що складалися з 100% вуглецькарбідкремнієвого матеріалу марки МУ (C > 50%, SiС > 18%), 15% цементу і 21% лігносульфонату (пов'язника понад 100%) після сушки в природних умовах протягом доби.

Ґрунтуючись на лабораторних і дослідно-промислових дослідженнях, розроблена нормативно-технічна документація на склад брикетів з ВКМ та впроваджена технологічна схема їх виробництва в промислових умовах. В залежності від галузі використання брикетів вміст SiС знаходиться в інтервалі від 1,5% (при виплавці сталі) до 75% (для виплавки синтетичного чавуну) а сумарного вуглецю - не менше 22%. В якості зв`язуючого використовується цемент у кількості, що забезпечує механічну міцність на стиск не менше 50 кг/см2.

5. Дослідно-промислове дослідження, розробка і освоєння технології застосування CSiС-брикетів при виплавці трубної сталі в умовах ВАТ “НТЗ”

Узагальнено результати теоретичних досліджень, побудовано теплофізичну і термодинамічну модель взаємодії CSiС-брикетів із залізовуглецевим розплавом. Приведені результати дослідно-промислових плавок трубної сталі з використанням CSiС-брикетів.

При контакті CSiС-брикетів з розплавом графіт розчиняється в металі по ендотермічній реакції:

Сгр > С(1% р-н у Fe); G =22600 - 42,3Т, Дж/моль. (7)

Кремній утворює із залізом розчин по екзотермічній реакції:

Siр > Si(1 %-ний р-н у Fe); G = -119130 - 25,46Т, Дж/моль, (8)

Карбід кремнію термодинамічно міцна сполука. Залежність зміни енергії Гібса реакції SiС > Siр + Cгр від температури описується виразом:

G = 100600 - 34,9Т, Дж/моль. (9)

У контакті з розплавом заліза SiС активно реагує з розчиненням вуглецю і кремнію по реакції:

SiСт > Si(1%-ний р-н у Fe)+ C(1%-ний р-н у Fe); G = 4070 - 102,66Т, Дж/моль. (10)

Кремній і вуглець, що переходять у метал, взаємодіють з киснем розплаву або оксидами шлаків. Це знижує переокисленність ванни і зменшує витрати феросплавів на гальмування реакції окислення вуглецю. Проведено аналітичні дослідження взаємодії карбіду кремнію з розплавом заліза. На межі розділу SiС - рідкий метал має місце реакція з відповідними поверхневими концентраціями Siпов і Cпов. Дифузійне рівняння другого закону Фіка в сферичних координатах для стаціонарної умови (?с/?ф=0) має вигляд:

(?2c/??2) + (2/?)(?с/??) = 0.

Приймаючи що ?>? с>с0 та вирішуючи рівняння до конкретних умов і виражаючи початкову концентрацію , рівну 0,2%, що відповідає вмісту Si у металевому брухті, і в кг/м3 при см=7103 кг/м3, одержимо = 1,4 кг/м3, = 1623 кг/м3. Залежність тривалості розчинення карбіду кремнію від початкового розміру часток для конкретних умов описується виразом: = 183,6r, с.

Розрахунки показують, що для навуглецювання сталевої ванни доцільно використовувати карбід кремнію з діаметром часток не більше критичного -10-2 м. Якщо розмір частки перевищує критичний, то час її розчинення триватиме довше, ніж період плавлення шихти. Як наслідок вона спливе та ошлакується, при цьому ефективність навуглецювання металу знизеться.

На основі виконаних досліджень розроблено технологію та технологічну інструкцію з виплавки трубної сталі в 250 тонних мартенівських печах ВАТ “НТЗ” з частковою заміною в шихті чавуну на CSiС-брикети і сталевий брухт.

В умовах сталеплавильного цеху ВАТ “НТЗ” на основі розробленої технологічної інструкції в 250 тонних мартенівських печах проведено 42 плавки трубної сталі з частковою заміною переробного чавуну металургійними брикетами і сталевим брухтом. Аналіз отриманих даних показує, що вміст вуглецю, витрата чавуну (рис. 5) корелюються з кількістю брикетів у завалці, а достовірний зв'язок між тривалістю плавки і витратою брикетів практично відсутній.

Сталь дослідного і поточного виробництва розливали сифоном по виливницях у круглі зливки діаметром 370-460 мм і висотою 2050 мм. Аналіз результатів прокатки 330 зливків дослідного металу на труби діаметром 168 і 219 мм показав, що брак труб за даними статистичного аналізу виборки, що становить 42 плавки, скоротився з 1,4 % (діюча технологія) до 0,95% (дослідна). Фізико-механічні властивості металу дослідного виробництва відповідають вимогам стандартів і технічних умов споживачів.

У металі дослідних плавок бал сульфідних включень не перевищував 1,5 проти 2,0 у металі діючого виробництва. Середній бал інших видів неметалевих включень (силікати, алюмінати) відповідав рівню поточного виробництва (2,5-3). У результаті проведених дослідно-промислових плавок в умовах мартенівського цеху ВАТ “НТЗ” випробувано та освоєно технологію виплавки трубної сталі з використанням СSiС-брикетів. Отримані результати дозволили рекомендувати цю технологію до впровадження на інших металургійних підприємствах при виплавці сталі трубного сортаменту.

У шостому розділі “Розробка, дослідно-промислові дослідження і освоєння технології виплавки сталі марок 20ГЛ і 20ГФЛ у дугових печах основним процесом в умовах ВАТ “КСЗ” Узагальнено та проаналізовано параметри технології виплавки електросталі ливарних марок 20ГЛ і 20ГФЛ для виливок деталей рухомого складу залізничного транспорту. Дослідні плавки сталі проводили в електропечах ДСП-25 основним процесом на свіжій шихті з окислюванням вуглецю та двома підвалками металошихти. Шихту складали із сталевого брухту (25 т) і CSiС-брикетів (0,4-0,6 т) при цьому переробний чавун (чавунний брухт) не використовували. Сталь розкислювали в печі і в ковші алюмінієм, потім заливали в піщано-глиняні форми для отримання виливок різної ваги та конфігурації (балки, рами, букси для вагонних візків).

Виливки піддавали термічній обробці (нормалізації) по режиму: нагрівання із заданою швидкістю до 910-930оС, ізотермічна витримка при цій температурі протягом 2-2,5 годин і охолодження протягом 2 годин у спеціальній камері з водоохолодженням. Металографічні дослідження металу виливків дослідних плавок показали, що ферито-перлітна мікроструктура сталі 20ГЛ і 20ГФЛ після термічної обробки (нормалізації) відповідала нормативно-технічним документам.

Хімічний склад оксидних, силікатних і оксисульфідних неметалевих включень визначали за допомогою електронного мікроскопа - мікроаналізатора з енергодисперсійною приставкою РЕММА 101А. Мікроаналіз проводили як на аншліфах, так і на поверхні свіжого зламу безпосередньо в камері приладу. У кожному аналізованому мікрооб'ємі записували енергодисперсійні спектри, які кількісно обробляли по спеціальній програмі на ПЕОМ.

Вміст кисню в зразках сталі 20ГЛ, 20ГФЛ та його частки в складі неметалевих включень різних типів встановлювали методом фракційного газового аналізу (ФГА), розробленого в ІМет ім. О.О. Байкова, РАН д.т.н. Григоровичем К.В. Метод являє собою модифікацію способу відновлювального плавлення зразка сталі у графітовому тиглі в потоці несучого газу при заданій лінійній швидкості нагрівання. Він ґрунтується на відмінності температурних залежностей термодинамічної міцності оксидних включень, у яких перебуває основна частина пов'язаного в сталі кисню. Метод ФГА дозволив визначити кількісно вміст кисню, пов'язаного з поверхнею зразка сталі, оцінити вміст розчиненого кисню в металі, визначити вміст кисню зв'язаного в металі в різні типи окисних включень.

Аналіз даних ФГА показав, що основна маса кисню, зв'язаного в оксидні включення зосереджена в силікатах (від 36,53% до 55,89%) і алюмінатах (від 39,94% до 57,93%), концентрація кисню, зв'язаного в алюмосилікати становить незначні величини від 1,2% до 5,8%. З урахуванням даних енергодисперсійного мікрозондування та ФГА найбільш імовірними неметалевими включеннями є CaО6Al2O3, CaО2Al2O3, Al2O3 і складні сульфіди. У сталі 20ГФЛ, що містить 0,017% залишкового алюмінію, основними видами включень, були: гексаалюмінат кальцію, вміст якого перебуває в інтервалі 49,67% - 69%, корунд в межах 21%-23,22%, і CaОAl2O3 - 31%. При співвідношенні (%Mn)/(%S), рівному 61,5, кількість складних сульфідів марганцю становить 19,64% - 27,11%. У сталі 20ГЛ, що містить 0,05% і 0,037% алюмінію, кількість Al2O3 перебуває на однаковому рівні 28,87% і 28,6%, а гексаалюмінату кальцію - від 11,4% до 100%. При співвідношенні (%Mn)/(%S) = 50 і (%Mn)/(%S) = 65 концентрація складних сульфідів марганцю становить 12,97% і 60,0% відповідно до марки сталі.

Підтверджено, що метал дослідних плавок повною мірою відповідає вимогам нормативних документів (ТУ 24.05.486-82 и ОСТ 32-183-2001) підприємств-виробників рухомого складу залізничного транспорту. Завдяки використанню CSiС-брикетів при виплавці сталі,за рахунок зниження питомої частки чавуну в складі метало шихти, досягається економічний ефект в розмірі до 15%.

Висновки

навуглецювання мартенівський оксид абразивний

Головний науково-технологічний підсумок цієї дисертаційної роботи полягає в тому, що в ній науково обґрунтовані та отримані конкретні рішення низки актуальних для сталеплавильної промисловості і суміжних виробництв задач по розробці, дослідженню та промисловому освоєнню принципово нового виду навуглецювача CSiС-брикетів на основі вуглецькарбідкремнієвих вторинних матеріалів електротермічних виробництв абразивного карбіду кремнію на ВАТ “ЗАК”, вуглеграфітових видів продукції на ВАТ “Укрграфіт” і технології виплавки сталі в мартенівських на ВАТ “НТЗ” і електродугових на ВАТ “КСЗ” печах із заміною частини переробного чавуну CSiС-брикетами. Нижче в узагальненому виді наведені основні положення і висновки по відповідних розділах дисертації.

1. Критично проаналізовані різні технології виплавки сталі переважно на стадії навуглецювання сталевої ванни з використанням різних видів карбюризаторів з метою заміни дорогого переробного чавуну.

2. З метою визначення умов утворення вторинних матеріалів і можливості довідновлення кремнезему виконано фізико-хімічний аналіз процесів отримання абразивного карбіду кремнію в самохідних електропечах опору одиничною потужністю 4000 кВА на ВАТ “ЗАК” і термодинамічних умов перерозподілу домішкових оксидів (Al2O3, CaО, Feзаг) між продуктами процесу, з використанням основних положень теорії і результатів досліджень хімічних транспортних реакцій. Накопичення шкідливих оксидів призводить до перевищення критичного рівня їх концентрації (Al2O3 + CaО + Feзаг > 2%), в результаті зворотна шихта, що містить SiС та графіт періодично виводиться з технологічного циклу виробництва абразивного карбіду кремнію.

3. Проаналізовано фізико-хімічні моделі рівноваги фаз у системі Si-O-C в області температур і відповідних до них парціальних тисків газоподібних компонентів РCO і PSiО з метою розробки технології довідновлення кремнезему вторинних матеріалів вуглецем.

4. Виконано дослідження компонентного і речовинного складу вторинного матеріалу, який утворюється при виробництві абразивного карбіду кремнію на ВАТ “ЗАК”. Розроблено технологічну схему концентрування SiC (до 60% ) та C (до 77% ) з наскрізним вилученням карбіду кремнію 20-25%, вуглецю до 90%.

5. Проведено термокінетичні дослідження отримання навуглецювача на основі вторинного матеріалу виробництва карбіду кремнію. Встановлено, що при використанні матеріалу хімічного складу, %: 14,55 - SiC, 46,6 - SiO2, 30 - C, 5,55 - Fe2O3, 3,19 - Al2O3 и 1,09 - СаО з додаванням вуглецю ступінь відновлення кремнезему досягає 90%, а отриманий продукт містить 75-78% SiС; досліджена також відновленість шихт, складених з матеріалів ВАТ “ЗАК” і ВАТ “Укрграфіт”. Підтверджено, що при відновленні вторинних матеріалів можна отримати навуглецювач з вмістом SiС 65-67%.

6. Розроблено технологію брикетування сумішей вуглецькарбідкремнієвих матеріалів; вивчено вплив різних видів зв'язуючих матеріалів і обґрунтовано технологічну та економічну доцільність використання в якості зв'язуючого цементу; проаналізовано процеси гідратації мінеральних складових цементу і розроблено режими сушки брикетів.

7. Виконано аналіз взаємодії карбіду кремнію і вуглецю з металевим розплавом на основі заліза; встановлено підвищення швидкості цього процесу з ростом температури через ендотермічний тепловий ефект реакції. Розроблено теплофізичну модель взаємодії CSiС-брикетів з металевим розплавом стосовно до температурних умов навуглецювання сталевої ванни. Методом кінцевих різниць на ПЕОМ виконано розрахунок умов плавлення цементного зв'язуючого брикету і отримано співвідношення які дозволяють оцінити тривалість повної взаємодії брикету із залізовуглецевим розплавом залежно від його геометричних розмірів.

8. Розроблено і освоєно в промислових умовах сталеплавильного цеху ВАТ “НТЗ” технологію виплавки сталі трубного сортаменту за підвищенними вимогами до якості металу нормативних документів EN 10210, DIN 1629 і API. Розроблено технологічну інструкцію з виплавки сталі в 250 тонних мартенівських печах; на стадії освоєння проведено 42 плавки сталі з використанням CSiС-брикетів і отримано 9870 тонн сталі. При заміні частини чавуну CSiС-брикетами якість металу трубного сортаменту відповідала якості металу поточного виробництва; при цьому знижені питомі витрати чавуну з 330-375 до 155-208 кг/т металозавалки при 50% заміні чавуну і до 238-305 кг/т при 20% заміні залежно від марки сталі що виплавляється.

9. Отримані за розробленою технологією виплавки сталі з використанням CSiС-брикетів 330 зливків масою 1,74-2,6 т (виливниці типу IX та XI) прокатані на труби діаметром 168 і 219 мм. Встановлено, що брак труб скоротився з 1,4% (діюча технологія) до 0,95% (розроблена технологія).

10. В умовах ВАТ “КСЗ” у дугових 25-т електропечах освоєна технологія виплавки сталі 20ГЛ і 20ГФЛ для виливків рухомого складу залізничного транспорту із застосуванням CSiС-брикетів. Підтверджено ефективність використання CSiС-брикетів при повній заміні чавуну.

11. Розроблені і зареєстровані службами Держстандарту України і Російської Федерації технічні умови на склад брикетів ТУ У27.32196887-001-2004 і ТУ 001-549936548-2004. Новизна і промислова корисність використання розробленої технології виплавки сталі з використанням CSiС-брикетів у мартенівських і електродугових печах підтверджена актами про ефективність їх застосування на ВАТ “НТЗ” і ВАТ “КЗС”.

Література

1. Гасик М.И., Овчарук А.Н., Деревянко И.В., Кисельгоф О.Л. Термокинетические характеристики процесса получения металлургического карбида кремния из вторичных материалов //Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2000. - №1. - С.24 - 26.

2. Деревянко И.В. Исследование процесса получения металлургического карбида кремния из вторичных материалов // Сучасні проблеми металургії - Том 6. - “Прогресивні енергозберігаючі технології та обладнання в електротермії феросплавів” - Дніпропетровськ: ДНВП “Системні технології”. - 2003. - С. 208 - 209.

3. Овчарук А.Н., Деревянко И.В., Семенов И.А., Щербань И.М. Термодинамические основы получения карбида кремния и особенности взаимодействия его с железоуглеродистым расплавом // Сучасні проблеми металургії - Том 6. - “Прогресивні енерго- і ресурсозберігаючі технології та обладнання в електротермії феросплавів” - Дніпропетровськ: ДНВП “Системні технології”. - 2003. - С. 369 - 371.

4. Гасик Л.Н., Михалев А.И., Овчарук А.Н., Деревянко И.В. Неметаллические включения и качество электростали 20ГЛ, выплавленной с использованием CSiC-брикетов взамен чугуна //Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2003. - №6. - С. 24 - 26.

5. Гасик М.И., Овчарук А.Н., Семенов И.А., Деревянко И.В. Прогрессивные технологии выплавки электростали с заменой чугуна CSiC-брикетами //Сталь. - 2004. - №4. - С. 31 - 36.

6. Деревянко И.В., Семенов И.А., Овчарук А.Н., Гасик Л.Н., Григорович К.В. Исследование влияния металлургических факторов выплавки феррито-перлитных сталей на свойства и природу неметаллических включений //Теория и практика металлургии. - 2005. - №1-2. - С. 45 - 53.

Размещено на Allbest.ru