Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ

Фізико-хімічний аналіз процесів відновлення та теплоспоживання компонентів і шихт при виробництві марганцевих феросплавів з метою енергозбереження

05.16.02 - Металургія чорних і кольорових металів та спеціальних сплавів

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

МОРОЗЕНКО ОЛЕНА ПЕТРІВНА

Дніпропетровськ - 2009

Дисертація є рукопис

Робота виконана в Національній металургійній академії України Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, профессор ІЛЬЧЕНКО КІРА ДМИТРІВНА, Національна металургійна академія України, професор кафедри промислової теплоенергетики, м. Дніпропетровськ.

Офіційні опоненти:

академік НАН України, профессор ГАСИК МИХАЙЛО ІВАНОВИЧ, Національна металургійна академія України, завідувач кафедри електрометалургії, м. Дніпропетровськ;

кандидат технічних наук ДЄДОВ ЮРІЙ БОРИСОВИЧ ВАТ «Нікопольський завод феросплавів» заступник начальника виробничо- технічного управління.

Захист дисертації відбудеться 29.12.2009 р. о 12-30 годині на засіданні спеціалізованої Вченої ради Д 08.084.03 Національної металургійної академії України за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна, 4.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національної металургійної академії України за адресою: 49050, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна, 4.

Автореферат розісланий 23.11.2009 р.

В/О секретаря спеціалізованої вченої ради Д 08.084.03 доктор технічних наук, профессор М.В. Губинський.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

марганцевий феросплав виплавка тепломасообмінний

Актуальність роботи. Виробництво марганцевих феросплавів характеризується великою питомою витратою електричної енергії в середньому 4500-5000 кВт•годин/т марганцевих великотонажних феросплавів, що виплавляються. Підвищена питома витрата електроенергії при виплавці марганцевих феросплавів обумовлена рядом чинників, серед яких найбільш значимим є відносно низька якість марганцевих концентратів. Теплові баланси електроенергії на плавку сплавів свідчать, що доля електроенергії, що витрачається на нагрів шихти, складає істотну величину.

Пошукові роботи по зниженню питомої витрати електроенергії шляхом використання колошникового газу печей, що виплавляють марганцеві феросплави, в нашій країні виконані в 60-70-х роках. У цих роботах головна увага приділена конструктивно-технологічним питанням організації термічної підготовки шихти перед завантаженням її в піч. З ряду причин ці розробки не були доведені до дослідно-промислового освоєння, а теплотехнічні розрахунки були виконані з використанням некоректних даних через практично повну їх відсутність. Необхідність і доцільність експериментального визначення теплофізичних властивостей матеріалів, які використовуються для виробництва марганцевих феросплавів, обумовлена необхідністю розробки рекомендацій по використанню у виробництві низькотеплоємних шихтових матеріалів і шихт, а також дослідження матеріалів-відходів для повернення їх до технологічного процесу та заміни дефіцитних матеріалів, енергозбереження та покращення екології.

Для науковообгрунтованих теплотехнічних розрахунків необхідно отримати і накопичити експериментальні дані про теплофізичні властивості компонентів та їх сумішей, що представляє самостійне і актуальне завдання даної дисертаційної роботи.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Вирішені в дисертації завдання повною мірою відповідають меті і завданням національної програми розвитку гірничо-металургійного комплексу України до 2010 р., проект якої розроблений відповідно до Постанови Верховної Ради України від 6 жовтня 1998 р. № 166-ХIУ, одному з пріоритетів «Концепції розвитку гірничо-металургійного комплексу України до 2005-2010 р.р.», затвердженої Урядом України «…здійснення технологічних, економічних і стаціонарних заходів щодо мінімізації витрат на виробництво», а також міжвузівській комплексній цільовій програмі «Метал» і регіональній комплексній цільовій науково-технічній програмі «Сталь» (розділ «Марганець»), затвердженої Президією Національної Академії наук України.

Робота складає частину науково-дослідних робіт: “Дослідження кінетичних особливостей взаємодії рідких розплавів з твердими і рідкими фазами при відновленні оксидів марганцю з метою побудови математичної моделі і розробки на її основі принципів оптимізації і управління процесом одержання металопродукта”, № ДР 0196U004971 (1997 р.); “Розробка наукових основ і дослідження фізико-хімічних особливостей оксидних систем для оптимізації шлакового режиму і технології виробництва марганцевих феросплавів з використанням різних видів сировини”, № ДР 0100U000753 (2002 р.).

Мета роботи і завдання дослідження. Дана дисертаційна робота має на меті одержання нових наукових відомостей і експериментальних даних про теплофізичні властивості вихідних матеріалів та шихтових композицій марганцевих концентратів, агломератів, кварциту, флюсів (вапняку, доломіту), металургійного коксу,які використовуються для виплавки марганцевих феросплавів вуглецевовідновлювальним способом.

Для досягнення постановленої в роботі мети необхідно теоретично обґрунтувати і вирішити наступні завдання.

1. Узагальнити і проаналізувати літературні дані про теоретичні, експериментальні і дослідно-промислові дослідження по розробці металургійних технологій підготовки марганцевих концентратів і шихт для виплавки марганцевих феросплавів вуглецево- і силікотермічним методами. Проаналізувати діючий сортамент вироблюваних марганцевих феросплавів, фізико-хімічні і теплотехнічні передумови їх виплавки з використанням як відновника металургійного коксу.

2. Теоретично обґрунтувати і вибрати метод дослідження тепломасообмінних процесів при нагріванні індивідуальних мінерально-сировинних компонентів і шихт для виплавки марганцевих феросплавів з метою одержання достовірних, відтворюваних експериментальних даних про їх теплофізичні властивості.

3. Обґрунтувати і удосконалити метод і лабораторний комплекс установки для експериментального визначення теплофізичних характеристик матеріалів, які вживаються у виробництві марганцевих феросплавів.

4. Виконати експериментальні дослідження, отримати аналітичні залежности теплофізичних властивостей (ентальпії, теплоємності, коефіцієнта теплопровідності) марганцевих, оксидних, оксиднокарбонатних і карбонатних концентратів і агломератів, флюсів, вуглецевих відновників, та виробничих шихт для виплавки феросилікомарганцю і високовуглецевого феромарганцю.

5. Визначити методом математичного планування порядок проведення експериментів по визначенню теплофізичних властивостей шихт переробного і товарного силікомарганцю, одержати математичні моделі залежностей від складу і температури в інтервалі 100-1100°С і представити результати графічно у вигляді ізоліній теплофізичних властивостей в трикомпонентних діаграмах.

Об'єкт дослідження. Мінерально-сировинні матеріали феросплавного виробництва: оксидні, оксидно-карбонатні і карбонатні марганцеві концентрати, неофлюсовані і офлюсовані марганцеві агломерати, флюси (вапняки і доломіти), переробний і низькофосфористий високомарганцевий шлак, вторинні матеріали.

Предмет дослідження. Тепломасообмінні процеси, обумовлені підвищенням температури і фізико-хімічні перетворення, що їх супроводжують, в індивідуальних вихідних марганецьвмісних компонентах, флюсах і шихтах для виплавки марганцевих феросплавів. Визначення зміни величин теплофізичних характеристик мінерально-сировинних матеріалів залежно від температури в інтервалі 100ч1100єС з метою одержання відтворних даних для прогнозування витрати теплоти й електроенергії при виплавці феросплавів.

Методи дослідження. Для вирішення поставлених в роботі завдань застосовані методи фізико-хімічного термодинамічного аналізу процесів термічної дисоціації окдисних і карбонатних марганцевих концентратів, відновлення оксидів марганцю вуглецем і оксидом вуглецю, проведення теплофізичних досліджень індивідуальних компонентів і шихтових композицій здійснене на вдосконаленій апаратурі; методи планування експериментів для визначення ентальпії, теплоємності, теплопровідності шихт, математичні методи обробки експериментальних даних, їх аналіз.

Наукова новизна отриманих в дисертації результатів:

1. Вперше отримано вирішення одного з актуальних науково-технічних завдань гірничо-металургійного комплексу України, що полягає у фізико-хімічному і теплофізичному обґрунтуванні, розробці і дослідженні впливу температурних режимів попередньої теплової обробки матеріалів і шихт на зниження питомих витрат електроенергії при виплавці великотоннажних марганцевих феросплавів - феросилікомарганцю і високовуглецевого феромарганцю.

2. На основі узагальнення і аналізу особливостей відомих стаціонарних і нестаціонарних методів експериментального визначення теплофізичних характеристик, удосконалено комплексний метод, з використанням якого визначені теплофізичні властивості матеріалів і шихт що відрізняються складністю составів, які використовуються для виплавки марганцевих феросплавів.

3. Науково обгрунтований і використаний для практичних цілей метод балансу теплоти, заснований на зворотному вирішенні диференційного рівняння теплопровідності для багатошарової стінки, на основі якого отримані достовірні відтворні дані для великого числа нових матеріалів і реальних шихт феросплавного виробництва і показана можливість їх використання при вирішенні нелінійних задач теплопровідності.

4. Вперше з використанням розроблених математичних моделей, що зв'язують залежності теплофізичних властивостей від температури і складу сумішей, встановлені раціональні низькотеплоємні склади композицій матеріалів для виплавки марганцевих феросплавів, що забезпечують економію електроенергії на плавку і високий розподіл марганцю в сплав.

Обґрунтованість і достовірність отриманих результатів і висновків базуються на фундаментальних положеннях теорії металургійних процесів, теорії теплопровідності, а також використанні методик теплофізичного моделювання тепломасообмінних процесів при теплові обробці шихтових матеріалів при виплавці марганцевих феросплавів в рудновідновлювальних електропечах. Висновки повною мірою відповідають результатам теоретичних і експериментальних досліджень, узагальнених в дисертації.

Практичне значення отриманих результатів.

1. Одержані експериментальні достовірні дані про теплофізичні властивості шихтових матеріалів, шихт для виплавки марганцевих феросплавів - феросилікомарганця ДСТУ 3548-98 і високовуглецевого феромарганцю марки ФМн17Б ДСТУ 3547-97, дозволяють використовувати їх для теплотехнічних і технологічних розрахунків металургійних агрегатів феросплавного виробництва, при проектуванні і реконструкції установок термічної підготовки шихтових компонентів і шихт.

2. Розроблена методика проведення експериментів з подальшою обробкою даних про теплофізичні властивості матеріалів і фізико-хімічною інтерпретацією встановлених особливостей зміни теплофізичних властивостей із зміною температури обробки шихтових матеріалів.

3. Розроблений алгоритм визначення коефіцієнтів зворотної задачі теплопровідності вихідних компонентів і їх композиційних сумішей для виплавки марганцевих феросплавів.

4. Створена довідкова база теплофізичних властивостей індивідуальних матеріалів і шихт, у тому числі вторинних матеріалів металургії використовуваних при виплавці марганцевих феросплавів. З застосуванням уточнених і нових величин теплофізичних властивостей розроблені склади низькотеплоємних шихт, які забезпечують економію електроенергії і марганцевої сировини при виплавці феросплавів.

5. Сумарний очікуваний економічний ефект від використання результатів досліджень на ВАТ «НЗФ» складає 2274 тис. грн. на рік, на Зестафонському заводі феросплавів - 700 тис. руб. у цінах 1990 р.

Особистий вклад здобувача. Автором виконані виміри теплофізичних властивостей нових і вторинних матеріалів феросплавного виробництва і виконан аналіз їх результатів. Теоретична оцінка можливості використання даних по теплофізичних властивостях при вирішенні нелінійних завдань теплопровідності виконано автором самостійно. Автором досліджені такі шихтові компоненти: вапняки українських родовищ, концентрати ,агломерати, коксів, а також шихт на їх основі. Дослідження теплофізичних властивостей трикомпонентних шихт товарного та переробного силікомарганцю із застосуванням планування експерименту виконані автором самостійно.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи доповідалися і обговорювалися на II Всесоюзній науковій конференції «Проблеми енергетики теплотехнології» (Росія, Москва, 1987 р.); VІІ Всесоюзній науково-технічній конференції (Росія, Тольятті, 1988 р.); Зональній науково-технічній конференції (Росія, Іжевськ, 1988 р.); Республіканській конференції «Теорія і практика теплової роботи металургійних печей» (Україна, Дніпропетровськ, 1988 р.); Республіканській конференції «Підвищення ефективності використання паливно-енергетичних ресурсів в чорній металургії» (Україна, Дніпропетровськ, 1986 р.); Республіканській науково-технічній конференції «Проблеми науково-технічного прогресу електротермії неорганічних матеріалів» (Україна, Дніпропетровськ, 1989 р.); ХIV Міжнародній науково-технічній конференції «Теплотехніка і енергетика в металургії» (Україна, Дніпропетровськ, 2005 р.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 14 печатних робіт, з яких 1 - монографія, 5 - статей в спеціалізованих журналах, 3 - статті в збірках наукових праць, 5 - в матеріалах і працях науково-технічних конференцій.

Структура роботи. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновку, списку літератури і додатків. Робота викладена на 149 сторінках машинописного тексту, включає 56 таблиць, 69 рисунків, 2 додатки. Список літератури складається з 103 найменувань.

Робота виконана на кафедрах промислової теплоенергетики та теорії металургійних процесів і фізичної хімії Національної металургійної академії України.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі представлена загальна характеристика роботи і обґрунтовано актуальність теми, визначені мета, задачі, об'єкт, предмет і методи досліджень, висвітлені наукова новизна і практичне значення отриманих результатів, особистий внесок здобувача, публікації, апробація отриманих результатів.

У першому розділі представлений огляд літературних даних, присвячених особливостям формування осадових родовищ марганцевих руд в умовах Південно-уральсько-кавказької провінції і надана характеристика марганцевих окисних і карбонатних мінералів як об'єкту і предмету експериментальних досліджень фізико-хімічних перетворень і тепломасообмінних процесів при термічній обробці марганцевих концентратів збагачення. В рамках даної роботи проаналізовані різні види марганцевих руд, мінералів і нерудних мінералів порожньої породи.

Проаналізовані термодинамічні і теплофізичні властивості оксидів марганцю (і їх природних аналогів піролюзиту, курнакіту, гаусманіту). Відмічено, що питома теплоємність оксидів марганцю складає 65,2 Дж/(кг*К) для МnО2 і 659,0 Дж/(кг*К) для Мn3О4. Приведені розраховані на основі літературних експериментальних даних температури фазових (поліморфних) перетворень оксидів марганцю, розташованих у ряді: МnО2(т) > 4200С > Мn2О3(т) > 680°С > Мn3О4(т) > 1220°С > МnО(т) > 1760°С > Мn(р). Викладені результати аналізу дегідратації оксигідроксидних мінералів марганцю (манганіта, гроутіта) і значення теплоємності МnООН - одного з основних представників цієї групи. Зазначено, що г-МnООН при нагріванні піддається дегідратації, а оксид марганцю МnО2, що утворився, термічній дисоціації. Глиняні мінерали порожньої породи (монтморіллоніт, глауконіт) містять конституційно зв'язану воду (у вигляді гідроксильних груп), для видалення якої потрібні певні витрати енергії. Докладно проаналізовані термодинаміка, тепломасообмінні процеси, реакції взаємодії вищих оксидів марганцю (і їх природних оксидів) з газом СО стосовно умов промислової виплавки марганцевих феросплавів в закритих електропечах. Показано, що екзотермічність реакцій необхідно враховувати при проектуванні технології виплавки і проведення відповідних дослідів.

Узагальнені результати аналізу літературних даних про термічну дисоціацію, тепломассобмінні процеси карбонатів марганцю (МnСО3), манганокальціту (Мn,Са)СО3, і кальциту СаСО3. Відмічена відмінність в продуктах дисоціації СаСО3 і МnСО3 ,що зводиться до отримання при розкладанні МnСО3 в умовах окислювальної атмосфери не МnО (по аналогії з СаО), а Мn3О4.

Зроблено короткий аналіз різних способів термічної обробки марганцевих оксидних і карбонатних концентратів і шихтових композицій для використання їх в технології виплавки марганцевих феросплавів, одержання металевого марганцю , сушки і агломерації. Відмічено, що основне завдання відомих способів термічної підготовки концентратів і шихт зводилося до найбільш раціональних конструктивно-технологічних схем оформлення цих процесів.

Питанням аналізу фізико-хімічних і теплофізичних процесів при термічній підготовці концентратів і шихт не приділялося досить уваги, у зв'язку з чим в роботі поставлені для вирішення наступні завдання:обґрунтувати і вибрати метод дослідження тепломасообмінних процесів при нагріванні мінерально-сировинних компонентів і їх механічних сумішей (композицій); виконати експериментальні визначення теплофізичних властивостей (ентальпії ,теплоємності, коефіцієнта теплопровідності), отримати аналітичні залежності теплофізичних характеристик ідивідуальних вихідних шихтових матеріалів від температури; виконати методом математичного планування дослідження шихт переробного і товарного силікомарганцю, проаналізувати вплив попереднього нагріву шихти на зниження питомої витрати електроенергії при виплавці феросилікомарганця і високовуглецевого феромарганцю.

У другому розділі дисертаційної роботи описано установку для дослідження теплофізичних властивостей матеріалів (ДТВМ-1), в якій використано комплексний нестаціонарний метод балансу теплоти в зразку, що дозволяє визначати теплофізичні властивості як функцію температури за одну спробу. Установка ДТВМ-1 дозволяє визначати теплофізичні властивості матеріалів: ентальпію, теплоємність і коефіцієнт теплопровідності в інтервалі зміни температур 100-1100 °С суцільних зразків, виконаних у формі циліндру, і сипучих матеріалів, розміщених у циліндричній оболонці (стакані). Зразок, розташований в оболонці з відомими або заздалегідь визначеними теплофізичними властивостями, нагрівається постійним у часі тепловим потоком. При цьому температура різних частин зразка монотонно підвищується згідно з лінійним законом.

Досліджуваний матеріал 1 розміщується у стакані 2, виконаному з піношамоту. Стакан встановлюється на підставку 3 всередині циліндричного робочого простору електричної печі, обладнаної шістьма карборундовими нагрівачами 4. Кладка печі 5 виконана з піношамоту. Потужність печі регулюється за допомогою трансформатора 6 типу РНО-250-10 і вимірюється вольтметром 7 й амперметром 8. Рівномірність нагріву досліджуваного матеріалу по колу досягається установкою екрану 9, на який встановлюється пробка 10 з тим, щоб повністю ізолювати стакан від прямого випромінювання нагрівачів.

Для заміру температур по вісі зразка та на його поверхні, а також для вимірювання перепаду температур у зразку і в стінці стакана, встановлені термопари. У процесі експерименту фіксуються значення перепаду температур по перерізу зразка і в оболонці, а також абсолютне значення температури поверхні зразка. Метод є відносним. Установка підлягає таруванню на стандартних матеріалах, що дозволяє виключити вплив змінних зовнішніх умов і накопичення систематичної похибки.

Після закінчення експерименту підраховуються середні значення перепаду температур у зразку і в оболонці в інтервалі температур 0 - tср (0-100, 0-200 °С і т. д.), де tср - середня по масі температура зразка, що підраховується за формулою:

, (1)

де tпов - температура поверхні зразка;

Дtобр - перепад температур по перерізу зразка.

Будується температурна діаграма нагріву зразка t = f() і за нею визначається час нагріву зразка до температури 100, 200, 300 °С і т. д. Знаходяться добутки tст3 і tобр3 для всіх температур, де tст - перепад температур у стінці оболонки. Зі спроб тарування знаходяться допоміжні величини Z й А (перше тарування проводиться з порожнім стаканом):

; (2)

, (3)

де t1 і t2 - перепади температур у стінці стакана у першій і другій спробах тарування; 1 і 2 - час, за який середня температура зразка досягає значення tср у першій і другій спробах тарування; І2 і М2 - ентальпія та маса другої речовини тарування.

Після цього визначаються ентальпія I, теплоємність с і коефіцієнт теплопровідності л зразка

, (4)

, (5)

, (6)

де l і М - висота і маса зразка.

Вимірювання організовані таким чином, що випадкова помилка результату значно менша за систематичну. Теплофізичні характеристики на установці ДТВМ-1 при застосуванні методу балансу теплоти в зразку для середини температурного інтервалу досліджень можуть бути виміряні з наступними граничними відносними систематичними похибками: ентальпія -3,05 %; теплоємність - 3,06 %; коефіцієнт теплопровідності - 3,72 %.

Виконано теоретичну оцінку можливості застосування даних з теплофізичних властивостей при рішенні нестаціонарних задач теплопровідності. Одномірна задача нестаціонарної теплопровідності для циліндра описується квазілінійним рівнянням:

. (7)

Після дискретизації у часі це рівняння перебудовується у вузлах сіткової області у систему одномірних диференційних рівнянь (СОДР) двокрапкового типу:

t"p+ еx.1(еx) + 2Ap t p+ еx.1(еx)-B p t p+ еx.1(еx) = Bp to p+ еx.1(еx)(8)

де Ар і Вр - безрозмірні сіткові комплекси.

Значення функціоналу, що мінімізується:

J(R)=[Tp(t)-Tэ(t)]2 , (9)

Представлена модель є аналітичною за просторовою координатою й еволюційною у часі. При цьому час змінюється дискретно за j-ми часовими шарами. Для кожного часового шару математичні моделі алгоритмічно не розрізняються.

Виконано рішення тестової зворотної задачі теплопровідності (ЗЗТ) відносно коефіцієнта теплопровідності конкретного промислового матеріалу, а саме коксу з газового вугілля. Точне значення коефіцієнта теплопровідності дорівнює 0,166 Вт/м·К, а одержані мінімуми нев'язок в точності відповідають цьому значенню, що є рішенням зворотної задачі теплопровідності. Згідно з розробленим алгоритмом рішення коефіцієнтної зворотної задачі теплопровідності точність відновлення теплофізичних властивостей приблизно дорівнює похибці вхідних даних.

У третьому розділі за допомогою симлекс-гратчастого планування проведені дослідження трикомпонентних шихт переробного та товарного силікомарганцю. Матриця планування й індексація відкликів для дослідження коефіцієнта теплопровідності трикомпонентної шихти переробного силікомарганцю представлена в табл. 1.

Планування за даним симплекс-гратчастим планом є насиченим, а точка 7 - контрольною. При обробці експериментальних даних застосовувалась температурна модель:

= 0 + dt, (10)

та узагальнена сумішна модель

y = a1x1 + a2x2 + a3x3 + a12x1x2 + a13x1x3 + a23x2x3 + b11x1t + b21x2t + b31x3t + b121x1x2t + b131x1x3t + b231x2x3t (11)

отримана за методом прямих добутків. Коефіцієнти моделей визначаються за відомими формулами).

Таблиця 1

Матриця планування та відклик коефіцієнта теплопровідності

Суміш шихтових компонентів	Відклик
х1(кокс)	х2(кварцит)	х3(МФШ*)
1	0	0	1
0	1	0	2
0	0	1	3
0,5	0,5	0	12
0,5	0	0,5	13
0	0,5	0,5	23
0,333	0,333	0,333	123

* МФШ - малофосфористий шлак

У результаті було отримано моделі залежності теплофізичних властивостей переробного силікомарганцю від складу та температури для ентальпії (12), теплоємності (13) і коефіцієнта теплопровідності (14):

i = 0,303x1t + 0,369x2t + 1,167x3t - 0,344x1x2t - 2,224x1x3t - 2,048x2x3t +0,47310-3x1t2 + 0,22410-3x2t2 - 0,24410-3x3t2 + 0,77010-3x1x2t2 + 1,59410-3x1x3t2 + 1,85210-3x2x3t2, кДж/кг (12)

c = 0,303x1 + 0,369x2 + 1,167x3 - 0,344x1x2 - 2,224x1x3 - 2,048x2x3 +0,47310-3x1t + 0,22410-3x2t - 0,24410-3x3t + 0,77010-3x1x2t + 1,59410-3x1x3t + 1,85210-3x2x3t, кДж/кгК (13)

= 0,302x1 + 0,581x2 + 1,739x3 + 0,158x1x2 - 0,726x1x3 -3,516x2x3 +0,74310-3x1t + 0,13710-3x2t - 0,11410-3x3t + 0,06410-3x1x2t + 2.37010-3x1x3t + 5,60610-3x2x3t, Вт/мК (14)

Подібним чином були досліджені також шихти товарного силікомарганцю і отримані моделі залежності теплоємності та коефіцієнта теплопровідності від температури та складу.

Статистичний аналіз моделей показав, що всі моделі є адекватними, а коефіцієнти - значимими. Для графічної інтерпретації результатів дослідження теплофізичних властивостей шихт переробного та товарного силікомарганцю були побудовані діаграми типу «склад-властивість» з проекціями ізоліній теплофізичних властивостей на симплексі з інтервалом температури у 100 °С. На рис. 2 показані ізолінії ентальпії шихти переробного силікомарганцю при температурі 1100 °С, а на рис. 3 - ізолінії коефіцієнта теплопровідності при цій же температурі.

Аналіз діаграм «склад-властивість» дозволив обрати компромісно-оптимальний склад шихти переробного силікомарганцю (з мінімальною теплоємністю та максимальним коефіцієнтом теплопровідності): кокс - 15-30 %; кварцит - 45-15 %; малофосфористий шлак - 40-55 %. Вказаний склад відповідає прийнятому на виробництві.

У четвертому розділі представлені результати дослідження теплофізичних властивостей шихтових компонентів і шихт феросплавного виробництва з метою пошуку складів шихт з мінімальним теплоспоживанням. Дослідженню підлягали наступні матеріали: оксидні та карбонатні марганцеві концентрати й агломерати різних сортів, вапняк, вапняк-черепашник, доломіт, вапно, кварцит, малофосфористий шлак, що зазвичай застосовуються у феросплавному виробництві в якості шихтових компонентів, а також кокс, що застосовується як відновник при вуглецевотермічному відновленні.

На рис. 4 представлена залежність ентальпії від температури марганцевих концентратів і агломератів. Марганцеві концентрати, що виробляються збагачувальними фабриками, мають полідисперсний склад і високу вологість, що ускладнює їх застосування. Карбонатні концентрати містять манганокальцит, на розкладення якого витрачається значна кількість теплоти. Як видно з рис. 4, випалений карбонатний концентрат має найменшу ентальпію серед досліджених марганцевих концентратів. Ентальпія оксидних марганцевих концентратів при температурі 1100°С складає 1650 - 1700 кДж/кг. Порівняння отриманих даних з результатами дослідження вологих концентратів показали, що вологість оксидного концентрату І сорту складає близько 10 %, що збільшує їх ентальпію.

Ентальпія карбонатного концентрату наближується за значенням до ентальпії манганокальциту і складає при температурі 1100 °С 976 кДж/кг.

Крім нікопольських концентратів досліджені також властивості оксидних концентратів Чиатурського родовища. Проведені дослідження теплофізичних властивостей концентратів дозволяють реально оцінити витрати теплоти й електроенергії на плавку з використання вказаних матеріалів. У зв'язку з погіршенням якості сировини, яка надходить на феросплавні заводи, одержана інформація дає змогу намітити шляхи раціонального її використання та подальшої інтенсифікації процесів виробництва марганцевих сплавів.

Дослідження карбонатів - вапняку, доломіту та вапняку-черепашника дозволили не тільки отримати залежність теплофізичних властивостей вапняків від температури, але й визначити температуру та теплоту розкладення вапняків. Проведені дослідження дозволяють зробити висновок, що найменшу ентальпію має доломіт, теплота розкладення у нього також мінімальна. Тому можливо рекомендувати використовувати в шихтах в більшому ступені доломіт або суміш вапняку з доломітом. За великих річних обсягів виробництва економія від заміни вапняку доломітом складе значну суму.

З метою обґрунтованої оцінки застосування у металургійному виробництві різних видів коксів та оцінки їх теплотехнічної якості проведено їх експериментальне випробування та порівняння властивостей з рядовим металургійним коксом. Дослідження підлягали експериментальні кокси феросплавного виробництва: кокс, одержаний коксуванням у кільцевій печі зі слабкоспікливого газового вугілля та кокс з вугілля шахти Кремінної, котрі є новими відновниками феросплавного виробництва. Виконані дослідження показали, що експериментальні кокси за своїми теплофізичними характеристиками мало відрізняються від металургійного коксу, отримані з недефіцитного вугілля і можуть бути застосовані в якості відновників у феросплавному виробництві.

Висока якість марганцевого агломерату та більш високі техніко-економічні показники його застосування можуть бути досягнуті за умови вибору та дотримання оптимальних параметрів процесу агломерації. Основна задача належить вибору найбільш раціональної флюсуючої добавки з метою отримання стійкого проти водяних парів марганцевого агломерату.

Виробництво феромарганцю в електропечах базується на використанні в якості рудної складової неофлюсованого марганцевого агломерату, в якості флюсу використовується вапняк, а відновником є кокс. При такій технології отримання феромарганцю на розкладення вапняку витрачається дефіцитна електроенергія, а на відновлення діоксиду вуглецю, що виділяється при розкладенні вапняку, витрачається близько 20 % вуглецевого відновника. Одним зі шляхів, що дозволяє вивести сирий флюс з шихти і тим самим удосконалити процес, є використання офлюсованого марганцевого агломерату.

Міцний вологостійкий агломерат можна отримати, стабілізуючи ортосилікат кальцію відходами доломіту високотемпературного випалу, застосовуючи залізорудний концентрат, який сприяє кращому засвоєнню вапна агломератом, а також підвищуючи основність агломерату до 1,8…3,5. При основності агломерату 2,0…3,0 склад його усереднюється, переважають стійкі тверді розчини оксидів кальцію та марганцю та трикальцієвий силікат. У цьому випадку причиною руйнування може бути тільки неасимільоване вапно, що міститься в агломераті в дуже незначних кількостях.

Для рекомендації у виробництво високоофлюсованого агломерату, що забезпечує в процесі нагріву мінімальне теплоспоживання, були проведені дослідження теплофізичних властивостей експериментально офлюсованих залізомарганцевих агломератів основністю 1,0…3,5. Найбільшу ентальпію (787 кДж/кг при температурі 1100°С) має агломерат основністю 1,0, а найменшу - агломерат основністю 2,5 (504 кДж/кг при температурі 1100 °С). Ентальпії агломератів основністю 1,5 і 3,5 дуже близькі за значеннями і при температурі 1100°С відповідно дорівнюють 696 і 701 кДж/кг. Властивості агломерату основністю 3,0 при температурі 1100°С наближуються за значенням (524 кДж/кг) до ентальпії агломерату природної основності.

Пошук шляхів зниження матеріальних і енергетичних витрат у виробництві феросплавів є актуальним. До вторинних матеріалів феросплавного виробництва можна віднести пил, уловлений сухою газоочисткою при виробництві феро- і силікомарганцю, і шлами мокрої газоочистки при виробництві силікомарганцю. Досліджувались як вторинні матеріали, так і шихтові композиції з їх використанням. Встановлено, що шихта товарного силікомарганцю з пилорудним брикетом має меншу ентальпію, ніж рядова шихта з агломератом. При температурі 1100°С різність ентальпій складає 119 кДж/кг, що відповідає економії електроенергії на виплавку товарного силікомарганцю у 33 кВт·г/т.

Основним відновником у феросплавному виробництві є металургійний кокс, котрий виробляється, в основному, для доменного виробництва. Він цілком відповідає вимогам виробництва феросплавів (за крупністю, реакційною здатністю, зольністю) і є дефіцитним. Саме дефіцит коксу примушує шукати і застосовувати замінники відновника, до яких можна віднести відходи коксохімічних заводів (КХЗ) і лігнобрикети, що виробляються з лігніну - продукту випалу без доступу повітря відходів сільського господарства та гідролізних заводів.

Крім вуглевмісних відходів виробництва в якості добавок застосовуються також шлаки й інші відходи феросплавного виробництва. Так, шихта переробного силікомарганцю може бути складена з добавкою лігнобрикетів або шлаку силікоалюмінію, що дозволяє вивести з шихти 1,5-2,5 % коксу. У табл. 2 представлені склади рядової (звичайно застосованої у виробництві) і експериментальних шихт переробного силікомарганцю з добавками відходів різних виробництв, а на рис. 5 - залежність їх ентальпії від температури.

Серед досліджених шихт переробного силікомарганцю з точки зору теплоспоживання, кращою є шихта з лігнобрикетами, оскільки вигоряння лігнобрикетів приводить до зменшення теплоспоживання шихти на 33 кДж/кг і дозво-ляє знизити питому витрату електроенергії при виплавці марганцевих сплавів на 9 кВт·г/т. Економічний ефект згідно з актом впровадження ВАТ «Нікопольський завод феросплавів» складає 1197 тис. грн. на рік.

Таблиця 2. Склад шихт переробного силікомарганцю, %

Шихта	МФШ	Кварцит	Кокс	Шлак силікоалюмінію	Лігно-брикет
рядова	58,0	18,0	24,0	-	-
з добавкою шлаку силікоалюмінію	58,0	18,0	22,4	1,6	-
з добавкою лігнобрикетів	54,0	17,5	21,5	-	7,0

Малофосфористий шлак (МФШ) є проміжним продуктом отримання металічного марганцю. МФШ отримують вуглецевовідновлювальним періодичним процесом з невеликою кількістю коксу в шихті. В якості рудної сировини для виплавки МФШ використовують марганцевий оксидний концентрат, в якості вуглецевого відновника - кокс, частина якого може бути замінена відходами КХЗ, а також відвальний шлак силікомарганцю або кварцит. Останні можуть бути замінені відходами виробництва високоглиноземистого алюмінію (ВВВА). У табл.3 представлені склади рядової й експериментальної шихт малофосфористого шлаку з добавками, а на рис. 6 - залежність їх ентальпії від температури.

Рядова шихта з добавкою відходів КХЗ має мінімальну ентальпію і може бути рекомендована у виробництво, про що є акт впровадження результатів роботи на ВАТ «Нікопольський завод феросплавів» з очікуваним економічним ефектом 1077 тис. грн. на рік.

Таблиця 3 Склад шихт малофосфористого шлаку з використанням відходів

Шихта	Марганцевий концентрат	Відходи КХЗ	Кокс	ВВВА
№1	85,04	7,14	4,25	3,57
№2	85,62	5,48	4,79	4,11
№3	89,44	-	2,33	8,23
рядова (№ 4)	82,24	13,65	4,11	-

Карбонатні марганцеві руди є майбутньою сировиною для виробництва феросплавів, але у порівнянні з оксидними вони мають більше теплoспоживання, що пов'язано з додатковими витратами електроенергії на розкладання манганокальциту. Тому бажано проводити попередне збагачення та випал карбонатних руд. Продуктом такої попередньої обробки є випал-гравітаційний карбонатний концентрат (ВГКК). На основі порівняння теплофізичних властивостей пропонованих шихтових композицій можна зробити висновок, що гостродефіцитний оксидний концентрат І сорту може бути успішно замінений на випал-гравітаційний карбонатний концентрат. Найбільш доцільним є використання безфлюсової шихти на основі ВГКК, що має найменшу ентальпію. Ентальпія цієї шихти при температурі 1100 °С на 468 кДж/кг менша, ніж рядової з оксидним концентратом І сорту, що відповідає зменшенню питомої витрати електроенергії на 130 кВт·годин/т.

Застосування офлюсованих агломератів дозволяє вивести з шихти високовуглецевого феромарганцю вапняк. Як показує аналіз результатів, шихта з агломератом основністю В = 2,0 має найменшу ентальпію серед досліджених шихт. При температурі 1100°С різність ентальпій рядової шихти та шихти з офлюсованим агломератом основністю В = 2,0 складає 992 кДж/кг, що в перерахунку на електроенергію дає економію у 275 кВт·годин/т.

У результаті здійснених досліджень запропоновані рекомендації для вибору низькотеплоємних шихтових композицій матеріалів для зменшення енергетичних витрат при виплавці марганцевих сплавів. При цьому застосування відходів коксохімічного виробництва та лігнобрикетів для заміни частини металургійного коксу як відновника, приводить до зниження теплоємності шихти. Однозначно визначеним є також застосування в шихті агломерату, знижуючи використання марганцевого концентрату. Як було показано, на розклад сирого вапняку витрачається певна кількість теплоти, що потребує виведення сирого вапняку з шихти та застосовувати високоофлюсований агломерат, використовувати вторинні матеріали власного виробництва у вигляді добавок ВВВА, брикетів, що містять руду, пил і шлам газоочисток, а також нові матеріали, такі як випал-гравітаційний карбонатний концентрат.

Обґрунтовано та показано, що вибір складів шихт обумовлений не тільки їх теплоспоживанням, але також можливостями рівноважного розподілення компонентів між фазами у готовому продукті. Теоретичний аналіз показав, що у випадку вибору шихт для отримання переробного та товарного силікомарганцю, а також феромарганцю має місце більш значний перехід основного компонента до сплаву при його виплавці з шихт з мінімальним теплоспоживанням.

Цей ефект також розповсюджується на шихти, що містять відходи виробництва, що обумовлює економію дефіцитних для України матеріалів, зокрема якісного коксу. Заміна коксу менш дефіцитними та матеріаловитратними лігнобрикетами приводить не тільки до економії коксу, але і, завдяки більшій активності вуглецю, збільшується ступінь відновлення ведучого елементу до сплаву.

Використання запропонованих складів шихт дозволяє отримувати феросплави з низьким вмістом фосфору на рівні рекомендованих стандартами, що має значення для подальшого використання отриманих феросплавів при виробництві якісної сталі.

ВИСНОВКИ

1. Необхідність і доцільність експериментального визначення теплофізичних властивостей матеріалів, які використовуються для виробництва марганцевих феросплавів, обумовлена необхідністю розробки рекомендацій по використанню у виробництві низькотеплоємних шихтових матеріалів і шихт, а також дослідження матеріалів-відходів для повернення їх до технологічного процесу та заміни дефіцитних матеріалів, енергозбереження та покращення екології. Для науковообгрунтованих теплотехнічних розрахунків необхідно отримати і накопичити експериментальні дані про теплофізичні властивості компонентів та їх сумішей, що викликано крайньою обмеженістю, а в ряді випадків і повною відсутністю в літературі даних по теплофізичним властивостям шихтових матеріалів і шихт феросплавного виробництва, що в цілому представляє самостійне і актуальне завдання.

2. На основі теоретичної оцінки показана можливість використання даних з теплофізичних властивостей при рішенні нестаціонарних задач теплопровідності. Розроблено алгоритм рішення коефіцієнтної зворотної задачі теплопровідності, згідно з яким точність відновлення теплофізичних властивостей відповідає похибці вхідних даних. У зв'язку з особливостями матеріалів феросплавного виробництва для дослідження їх теплофізичних властивостей обрано комплексний нестаціонарний метод постійного теплового потоку в зразку й установка ДТВМ-1, що має широкий температурний інтервал дослідження та можливість отримання високих температур і дозволяє досліджувати суцільні та дисперсні матеріали, дає достатню точність визначення властивостей.

3. Досліджено теплофізичні властивості трикомпонентних шихт переробного та товарного силікомарганцю. З використанням планування експерименту отримано математичні моделі залежності теплофізичних властивостей цих шихт від складу та температури, побудовані трикомпонентні діаграми типу «склад-властивість» у вигляді ізотермічних зрізів, які дозволяють прогнозувати теплофізичні властивості шихт будь-якого складу в досліджених межах і обирати склад шихт з заданими теплофізичними властивостями. Обрано компромісно-оптимальний склад шихти переробного силікомарганцю.

4. Визначено теплофізичні властивості шихтових компонентів: оксидних та карбонатних марганцевих концентратів, агломератів різних сортів, вапняку, вапняку-черепашнику, доломіту, вапна, кварциту, малофосфористого шлаку, коксу, залізо марганцевих агломератів основністю 0.5…3.5, відходів виробництва у вигляді пилу, шламів і брикетів з них. Для складу шихти переробного силікомарганцю при вводі в шихту лігнобрикетів або шлаку силікоалюмінію, визначено, що така заміна дозволяє вивести з шихти кокс, знизити теплоспоживання шихти та питому витрату електроенергії на плавку. Показано, що для експериментальних шихт малофосфористого шлаку з добавками відходів коксохімічних заводів і відходів виробництва високоглиноземистого алюмінію в порівнянні зі звичайно використовуваною шихтою, досягається мінімальна ентальпія та рекомендовано ці склади до впровадження у виробництво.

5. При дослідженні теплофізичних властивостей флюсової і безфлюсової шихт середньовуглецевого феромарганцю, складених з використанням нового матеріалу - випал-гравітаційного карбонатного концентрату встановлено, що у порівнянні з використанням шихти на основі оксидного концентрату гостродефіцитний оксидний концентрат І сорту може бути успішно замінений випал-гравітаційним карбонатним концентратом.

6. Показано, що основність відіграє значну роль у досягненні певних величин сумарної ентальпія шихтових композицій матеріалів. Аналіз результатів показав, що шихта з агломератом основністю В=2,0 має мінімальну ентальпію серед досліджених шихт у порівнянні з використанням шихти з неофлюсованим агломератом (основність 0,5).

7. Проведеними дослідженнями величин теплофізичних властивостей різних матеріалів, які традиційно використовуються при виробництві марганцевих сплавів та пропонованих нових матеріалів - відходів різних підприємств, а також їх шихтових композицій встановлено, що з точки зору зменшення енергетичних витрат при виплавці марганцевих феросплавів з урахуванням переходу ведучого елементу до готового продукту і мінімізації кількості шкідливих домішок у сплаві перевага надається низькотеплоємним шихтам. Як показали дослідження, склад готового продукту відповідає нормативним вимогам при виборі шихт з мінімальним енергоспоживанням в умовах феросплавної печі, що приводить до значної економії енергоресурсів і витрат коксу на відновлення.

8. Очікуваний річний економічний ефект на Зестафонському заводі феросплавів від використання в шихті товарного силікомарганцю пилорудних брикетів у розмірі 700 тис. руб. у цінах 1990 р. Запропоновані рекомендації стосовно складу шихт використані при розробці технології виробництва феросплавів на ВАТ «НЗФ» (очікуваний економічний ефект 2274 тис. грн. на рік).

Основний зміст дисертації опублікований в наступних роботах

1. Морозенко Е.П. Особенности физико-химических и тепломассообменных процессов в шихтовых материалах при выплавке углеродистого ферромарганца/ Е.П.Морозенко, Я.В.Стовба, С.В. Пшигоцкий, В.В.Перескока// Теория и практика металлургии.- 2009. - № 4. - С. 8-11.

2. Ильченко К.Д. Планирование эксперимента при исследовании теплофизических свойств шихтовых материалов в металлургии/ К.Д.Ильченко, Е.П.Морозенко.- Дніпропетровськ: Січ. - 2004. - 176 с.

3. Морозенко Е.П. Использование вторичных материалов в шихтах - способ экономии электроэнергии/ Е.П.Морозенко// Металлургическая теплотехника. Сб. научн. трудов.- Днепропетровск: Пороги, 2005. - С. 165-175.

4. Ильченко К.Д. Теплофизические свойства шихт передельного силикомарганца/ К.Д.Ильченко, Е.П.Морозенко// Металлургическая теплотехника. Сб.научн. трудов.- Днепропетровск: Пороги, 2004. - С. 153-156.

5. Ильченко К.Д. Теплофизические свойства шихт высокоуглеродистого ферромарганца с офлюсованным агломератом/ К.Д. Ильченко, Е.П. Морозенко// Металлургическая теплотехника. Сб.научн. трудов.- Днепропетровск: ПП Грек О.С.- 2006.- С. 157-161.

6. Розенгарт Ю.И. Оптимизация состава трехкомпонентных шихт с помощью планирования эксперимента/ Ю.И.Розенгарт, К.Д. Ильченко, Е.П. Морозенко и др. Известия вузов. Черная металлургия 1990. - № 5. - С. 36-37.

7. Ильченко К.Д. Теплофизические свойства новых шихтовых матералов и шихт для выплавки ферромарганца/ К.Д.Ильченко, Е.П.Морозенко, С.М.Мазмишвили и др.// Известия вузов. Черная металлургия. - 1989. - № 8. - С.31-33.

8. Ильченко К.Д. Исследования теплофизических свойств известняков/ К.Д.Ильченко, Е.П.Морозенко, И.И.Педай// Сталь.-1989. -№ 11. - С. 47-48.

9. Ильченко К.Д. Исследования теплофизических свойств шихтовых материалов ферросплавного производства/ К.Д.Ильченко, А.Г.Кучер, Е.П.Морозенко// Металлургия и коксохимия. Респ. межвед. науч.-техн. сб.- Киев: Тэхника, 1988. - Вып. 97. - С. 107-110.

10. Ильченко К.Д. Применение планирования эксперимента для оптимизации состава шихты на силикомарганец/ К.Д.Ильченко, Е.П.Морозенко, И.И. Водин// Проблемы научно-технического прогресса электротермии неогранических материалов: Тез. докл. Респ. науч.-техн. конф.- Днепропетровск: ДМетИ. - 1989. - С.45-46.

11. Ильченко К.Д. Исследование влияния добавок пылеуноса на теплофизические свойства шихт ферросплавного производства/ К.Д.Ильченко, Е.П.Морозенко// Проблемы энергетики теплотехнологии: Тез. докл. 2-й Всесоюз.науч. конф.- Москва: МЭИ.- 1987.- С. 43.

12. Ильченко К.Д. Решение обратной задачи теплопроводности методом конечных разностей/ К.Д.Ильченко, Ю.И.Розенгарт, Е.П.Морозенко// Теплофизика технологических процессов: Тез докл. VII Всесоюз. науч.-техн. конф.- Тольятти: Б.И. - 1988. - С. 363.

13. Ильченко К.Д. Численный метод обработки результатов теплофизического эксперимента/ К.Д.Ильченко, Е.П.Морозенко// Теория и практика тепловой работы металлургических печей: Тез. докл. Респуб. конф.- Днепропетровск: ДМетИ. - 1988. - С. 19.

14. Ильченко К.Д. Влияние теплофизических свойств агломератов на технико-экономические показатели выплавки ферромарганца/ К.Д.Ильченко, А.Г.Кучер, Е.П.Морозенко// Повышение эффективности использования топливно-энергетических ресурсов в черной металлургии: Тез. докл. Респ. науч.-техн. конф. - Днепропетровск: ДМетИ. - 1989. - С. 154.

АНОТАЦІЇ

Морозенко О.П. Фізико-хімічний аналіз процесів відновлення та теплоспоживання компонентів і шихт при виробництві марганцевих феросплавів з метою енергозбереження. - Рукопис.

Дисертація для одержання наукового ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.16.02 - металургія чорних і кольорових металів та спеціальних сплавів. - Національна металургійна академія України, Дніпропетровськ, 2009.

Дисертація присвячена питанням енергозбереження при виплавці феросплавів і спрямована на розробку складів низькотеплоємних шихт, використання яких економить теплоту, електроенергію та матеріальні ресурси при їх виробництві.

У роботі здійснено теоретичну оцінку можливості використання даних з теплофізичних властивостей при рішенні нестаціонарних задач теплопровідності, приведено результати дослідження ентальпії, теплоємності та коефіцієнта теплопровідності традиційних матеріалів металургії та пропонованих нових, які є вторинними матеріалами різних виробництв та шихтових композицій з цих матеріалів. Дослідження здійснені на установці ДТВМ-1 за методом балансу теплоти в зразку з застосуванням симлекс-гратчастого планування для дослідження виробничих шихт переробного та товарного силікомарганцю, в результаті якого знайдено компромісно-оптимальний склад шихти переробного силікомарганцю, побудовано діаграми «склад-властивість», що дозволяють прогнозувати теплофізичні властивості шихт переробного та товарного силікомарганцю, а також обирати склади шихт з заданими теплофізичними властивостями. Досліджено шихтові компоненти: оксидні та карбонатні марганцеві концентрати й агломерати різних сортів, вапняки, кварцит, малофосфористий шлак, кокс, високоосновні марганцеві агломерати, а також відходи виробництва у вигляді пилу, шламу та брикетів з них. Досліджено шихтові композиції для одержання феросиліцію, малофосфористого шлаку, переробного та товарного силікомарганцю, середньо- та високовуглецевого феромарганцю з новими матеріалами та вторинними матеріалами власного й інших виробництв. Розроблено рекомендації щодо вибору низькотеплоємних шихт з точки зору зменшення енергетичних витрат при виплавці марганцевих феросплавів і відповідності готового продукту нормативним вимогам в умовах феросплавної печі, що приводить до значної економії енергоресурсів і витрати коксу на відновлення.

Ключові слова: ентальпія, теплоємність, коефіцієнт теплопровідності, шихтові компоненти, склад шихти, нові матеріали, відходи виробництва, тепло- й енергозбереження.

Морозенко Е.П. Физико-химический анализ процессов восстановления и теплопотребления компонентов и шихт при производстве марганцевых ферросплавов с целью энергосбережения.-Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.16.02 - металлургия черных и цветных металлов и специальных сплавов. - Национальная металлургическая академия Украины, Днепропетровск, 2009.

Диссертация посвящена вопросам энергосбережения при выплавке ферросплавов и направлена на разработку составов низкотеплоемких шихт, использование которых экономит теплоту, электроэнергию и материальные ресурсы при их производстве.

В работе выполнена теоретическая оценка возможности использования данных по теплофизическим свойствам при решении нестационарных задач теплопроводности, приведены результаты исследования энтальпии, теплоемкости и коэффициента теплопроводности традиционных материалов металлургии и вторичных материалов различных производств, а также шихтовые коипозиции с использованием этих материалов. Исследования выполнены на установке ОТСМ-1 по методу баланса теплоты в образце с применением симплекс-решетчатого планирования для исследования производственных шихт передельного и товарного силикомарганца, в результате которого найден компромиссно-оптимальный состав шихты передельного силикомарганца, построены диаграммы «состав-свойство», позволяющие прогнозировать теплофизические свойства шихт передельного и товарного силикомарганца, а также выбирать составы шихт с заданными теплофизическими свойствами. Исследованы шихтовые компоненты: оксидные и карбонатные марганцевые концентраты и агломераты различных сортов, известняки, кварцит, малофосфористый шлак, кокс, высокоосновные марганцевые агломераты, а также отходы производства в виде пылей, шлама и брикетов из них. Исследованы следующие шихты: ферросилиция, малофосфористого шлака, передельного и товарного силикомарганца, средне- и высокоуглеродистого ферромарганца с новыми материалами и добавками отходов собственного и других производств. Разработаны рекомендации по выбору низкотеплоемких шихт с точки зрения уменьшения энергетических затрат при выплавке марганцевых ферросплавов и соответствия готового продукта нормативным требованиям в условиях ферросплавной печи, что приводит к значительной экономии энергоресурсов и расхода кокса на восстановление.

...