ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Московским государственным институтом стали и сплавов с участием ряда организаций отрасли разработан и испытан на опытно- промышленной установке (ОПУ) процесс жидкофазного восстановления железа РОМЕЛТ для производства чугуна из неокускованного железосодержащего сырья с использованием в качестве восстановителя и топлива некоксующихся углей.

Для проектирования и эксплуатации установок РОМЕЛТ необходима методика расчета технологических параметров процесса для различных условий ис-пользования, а также как основа автоматизированных систем управления и учебных тренажеров.

Имеющиеся методы расчета основаны на методе А.Н. Рамма и зональном методе, созданном в ходе освоения процесса. Последний является предпочтительным, однако используемые методики имеют ряд недостатков, в частности, отсутст-вует научно-обоснованный учет поведения влаги и летучих компонентов угля, не учтены результаты последних исследований, программное обеспечение не соответствует современному уровню развития вычислительной техники.

Таким образом, актуальность работы определяется перспективностью внедрения процесса РОМЕЛТ, необходимостью развития его аналитического аппарата и совершенствования технологии.

Целью работы является развитие балансовых методов расчета процесса РОМЕЛТ, создание нового аналитического инструмента и совершенствование технологии процесса.

Для достижения указанной цели автором поставлены задачи: анализа существующих методов расчета процесса РОМЕЛТ и определения направлений их совершенствования; проведения экспериментов для научно-обоснованного выбора настроечных коэффициентов математической модели; усовершенствования методики зонального расчета материального и теплового балансов; разработки матема-

тической модели и программного продукта; исследования на модели влияния технологических параметров на показатели процесса.

Объект исследования: процесс РОМЕЛТ, в частности, поведение влаги и летучих, зональная методика расчета материального и теплового балансов, математическая модель и программный продукт.

Предмет исследования: математические зависимости, используемые в методике зонального расчета материального и теплового балансов процесса РОМЕЛТ; зависимости, характеризующие взаимодействие влаги с углеродом и летучих угля с оксидами железа при скоростном нагреве угля; зависимости расходных показателей процесса, определяющих его экономическую эффективность, от технологических параметров и свойств шихтовых материалов.

Автором выносятся на защиту:

методики и результаты экспериментов по исследованию поведения влаги при скоростном нагреве углеродсодержащих материалов и определению роли летучих компонентов угля;

методика расчета состава газа, выделяющегося при скоростном пиролизе угля;

усовершенствованная методика зонального расчета материального и теплового балансов процесса РОМЕЛТ и математическая модель на ее основе;

результаты моделирования: процесса РОМЕЛТ на математической модели и раз-работанные технологические рекомендации.

Научная новизна работы заключается в следующем:

определена зависимость доли влаги, взаимодействующей с углеродом частицы при ее скоростном нагреве в шлаковом расплаве, от влажности и свойств угле- родсодержащего материала;

определена роль газообразных восстановителей, образующихся при выходе летучих из угля; получена зависимость доли пир о литиче ского углерода, образующегося при термическом разложении углеводородных соединений летучих угля, участвующей в окислительно-восстановительных процессах в шлаковой ванне, от содержания закиси железа в шлаке и температуры;

разработана методика расчета состава газа, выделяющегося: при скоростном пиролизе угля в шлаковом расплаве;

- предложена усовершенствованная методика зонального расчета материального и теплового балансов процесса РОМЕЛТ с учетом поведения влаги и летучих угля в процессе восстановления, на основе которой создана новая многофункциональная математическая модель процесса РОМЕЛТ.

Практическая значимость. Создан новый программный продукт (свидетельство ФИПС №2004611505 от 18.07.2004 г.), который применяется для расчетов различных технологических режимов процесса РОМЕЛТ при проектировании пе-чей, обучении персонала, а также управлении процессом в составе АСУ ТП.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на 13-й и 14-й Международных конференциях «Экологические проблемы промышленных регионов» (г. Екатеринбург, 2003, 2004 гг.), на научном семинаре лаборатории «Плавки железорудного сырья» (ПЖС) и кафедры «Экономики и менеджмента» (МИСиС, 2003 г.), на Международной конференции «Environmental Protec- tion-2003» в Georgia State University (г. Атланта, Джорджия, США, 2003 г.).

Публикации. Результаты диссертации опубликованы в 4-х статьях и тезисах 5-ти докладов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы (110 наименований), приложения и изложена на 120 страницах машинописного текста, содержит 59 рисунков и 42 таблицы.