ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведен детальный сравнительный анализ конструктивных, технических и технологических особенностей современных процессов бескоксового производства жидкого чугуна (железоуглеродистого полупродукта), показаны преимущества концепции получения жидкого чугуна в одну стадию, впервые реализованной в процессе РОМЕЛТ.

Экспериментально показана возможность устойчивой управляемой работы агрегата полностью жидкофазного восстановления с совмещением в одном реакционном пространстве восстановительных (восстановление железа из шлака) и окислительных (горение угля) процессов.

отработана технология жидкого старта печи;

отработана технология восстановительной плавки с частичным дожиганием отходящих газов;

отработана технология ведения процесса восстановления на энергетическом угле с использованием и без использования природного газа;

отработана технология ведения процесса на кислородно-воздушном дутье с содержанием кислорода от 100% до 41%;

показана возможность использования печи РОМЕЛТ как агрегата для плавки м етал л о сод ер ж ащих отходов (окалины, стружки) и металлизованного сырья;

получены необходимые технологические и конструктивные параметры работы печи для проектирования промышленных установок по переработке железосодержащих отходов металлургических производств;

достигнута производительность по проплаву полупродукта до 18,4 т/ч при плавке окисленного сырья и до 31 т/ч при плавке частично восстановленного сырья;

показана принципиальная возможность устойчивой длительной работы печи в режиме плавки аглоруды на шлаках с основностью ~0,7, а также в режиме плавки марганцовистого шлака;

показана возможность работы печи в режиме газогенератора с получением горячего восстановительного газа с содержанием окислителей С02 + Н20 менее 5% и температурой 1300- 1400 С;

показана возможность плавки ванадий- и хромсодержащих отходов с извлечением ванадия и хрома в металл;

Параллельно с отработкой технологических приемов оптимизирован ряд конструктивных параметров и технических решений:

барботажные фурмы с вспомогательными приспособлениями, включая термометр для измерения температуры ванны;

уровни шлака и металла в печи;

конструкцию кессонов;

кладку печи;

выпускные устройства;

фурмы для дожигания;

разводку энергоносителей.

Исследована гидродинамика шлаковой ванны.

Экспериментально определены содержания, фракционный состав и удельные поверхности капель металла и угольных частиц в шлаковой ванне. Установлено, что основная масса угля сосредоточена в поверхностном слое шлаковой ванны. В выпускаемом шлаке уголь отсутствует. В поверхностном слое барботируемого шла-кового расплава и в подфурменной зоне спокойного шлака отмечаются более высокие концентрации капель металла. Оценены эффективные скорости движения и времена прохождения соответствующих зон шлакового расплава потоком осаждающихся капель металла.

Разработана математическая модель расходования угольных частиц различных фракций. Оценены характерные времена существования в шлаке угольных частиц разных фракций и скорости их реагирования со средой. Показано, что мелкие частицы угля преимущественно участвуют в восстановлении железа из шлака, а более крупные - как в восстановлении железа, так и в процессах горения и газификации в барботажных столбах. Специального предварительного измельчения угля не требуется.

Разработали методику зонального расчета материального и теплового балансов процесса: раздельно для зоны дожигания (надслоевого пространства), где протекают окислительные процессы, и для шлаковой ванны, где одновременно протекают процессы горения угля и восстановление оксидов железа. Показано, что дальнейшее улучшение технико-экономических показателей процесса требует увеличения степени дожигания газов в печи и использования тепла отходящих газов для подогрева сырья. Для обеспечения конкурентоспособности процесса РОМЕЛТ при переработке традиционного сырья необходимо вести процесс при степени дожигания около 0,75 и использовать в качестве флюса известь.

Предложен метод расчета плавления частиц сырьевых материалов в печи РОМЕЛТ. Показано, что необходимо использовать руду с размерами частиц <18 мм.

Разработана методика и получены характеристики тепломассообмена между ванной и зоной дожигания при образовании на стенах динамического гарнисажа; показано, что через динамический гарнисаж в ванну может передаваться тепловой поток 0,5 - 0,8 МВт/м2.

Установлено, что стационарное соотношение Fe2+/Fe3+ в шлаке определяется интегральным восстановительным потенциалом в шлаковой ванне и химическим составом формирующегося шлака и составляет 0,75-0,95 при плавке руды и -1,0 при плавке конвертерных шламов.

Определены значения вязкости, электропроводности, теплоемкости, теплопроводности, температурный интервал затвердевания реальных шлаков процесса.

Проведен кинетический анализ вкладов основных восстанавливающих агентов в интегральную скорость восстановления железа в печи РОМЕЛТ. Установлена преобладающая роль в восстановлении железа частиц угля, непосредственно контактирующих со шлаком. Существенно меньший вклад имеет восстановление через газовую фазу. К нему близка доля восстановления углеродом, растворенным в металлических каплях. Науглероживание капель в барботируемом шлаке опережает их обезуглероживание. Незначительна роль в общем восстановлении пузырей, свободных от угля и/или капель металла и ванны чугуна, накапливаемой на подине. Большая часть производительности печи обеспечивается восстановлением железа в поверхно-

стном слое шлаковой ванны. В газовом восстановлении в печи значительна роль водорода.

Разработана динамическая математическая модель процесса, проведена ее идентификация по данным опытных плавок. Модель может быть использована при автоматизации процесса, анализе новых модификаций процессов жидкофазного восстановления.

На основе экспериментальных данных с использованием метода группового учета аргументов разработана статистическая модель процесса. Модель может быть использована для следующих целей:

для анализа процесса и определения зависимостей параметров;

для выбора технологических режимов ведения плавки;

для решения оптимизационных задач, что позволяет включать ее в математическое обеспечение АСУТП.

Установлено, что в процессе жидкофазного восстановления железорудного сырья продувка кислородом шлака позволяет удалить до 90% серы в пылегазовую фазу. Концентрация серы в металле определяется концентрацией серы в ококсован- ном угольном остатке и кинетикой перехода серы в шлак. Основной механизм удаления серы - из шлака через газовую фазу. Понижение температуры шлака приводит к росту концентрации серы в шлаке и в металле и к резкому замедлению процесса десульфурации.

В процессе отсутствует необходимость удержания серы в шлаке и, следовательно, в повышенных значениях основности. Процесс позволяет получать содержания серы в металле на уровне 0,03-0,07% при рабочих температурах выше lSOO^C, вязкостях шлакового расплава ~ 0,4-0,5 Па*с и интенсивностях продувки, обеспечивающих концентрацию серы в шлаке на уровне -0,1% при содержании пиритной серы в исходном угле на уровне 0,3%.

Разработана кинетическая модель распределения серы между продуктами плавки в печи РОМЕЛТ.

Получены данные по распределению легирующих и примесных элементов между газовой, шлаковой и металлической фазами.

Разработаны способы контроля и основы управления процессом. Сформулирован критерий наступления режима блокировки поверхности ванны при избытке угля и даны рекомендации по безопасному выводу печи на рабочий режим.