ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАФИНИРОВАНИЯ РАСПЛАВА В КОНВЕРТЕРАХ С ЖИДКОФАЗНЫМ ВОССТАНОВЛЕНИЕМ

С точки зрения ресурсосбережения актуальным является совершенствование существующих и  разработка новых модификаций конвертерных процессов, в том числе технологии с комбинированной 
продувкой и элементами жидкофазного восстановления, обеспечивающих переработку различных  отходов и экономию материалов при улучшении технико-экономических показателей и экологической  обстановки. Представлены основные положения процессов с жидкофазным восстановлением  промышленных отходов, предусматривающих двухстадийное газокислородное рафинирование расплава  при пространственном распределении технологических операций в объеме агрегата. Для реализации  технологии конвертер должен иметь системы подачи различных технологических газов в расплав, в том  числе донного перемешивания инертным газом, с использованием двухпоточных продувочных и боковых  фурм. Высокая степень восстановления оксидов железа из техногенных отходов достигается на первой  (восстановительной) стадии. На этом этапе в залитый в агрегат чугун присаживают железосодержащие  отходы и углеродсодержащие материалы (восстановители). Теоретический анализ процесса позволил  выделить основные взаимодействующие фазы и зоны (поверхности) их контакта. Описаны  термодинамические и кинетические закономерности протекания реакций жидкофазного восстановления.  Скорость процесса окисления ‒ восстановления предложено рассматривать как суммарную скорость  процессов окисления железа жидкого чугуна газообразным кислородом и восстановления оксидов железа  кремнием, фосфором и углеродом. Определены основные параметры, влияющие на скорость и полноту 
протекания процесса восстановления оксидов железа перерабатываемых отходов примесными элементами  жидкого чугуна, а также дополнительно вводимым углеродсодержащим восстановителем. Предложена  математическая модель, описывающая взаимодействие фаз, использование которой позволяет  целенаправленно воздействовать на кинетические факторы в зависимости от текущих термодинамических  условий и решаемых задач. 

1. Jan van der, Louwerse G. Top gas recycling blast furnace benefits and “green” and sustainable ironmaking. Ironmaking and Steelmaking. 2013;40(7):483‒489. https://doi.org/10.1179/0301923313Z.000000000221

2. Voraberger B., Wimmer G., Dieguez Salgado U., Wimmer E., Pastucha K., Fleischanderl A. Green LD (BOF) Steelmaking ‒ Reduced CO2 Emissions via Increased Scrap Rate. Metals. 2022;12: 466.

3. https://doi.org/10.3390/met12030466

4. Fruehan R. Recycling of Waste Oxides in Steelmaking. Final Report for Project. 2000:103. https://doi.org/10.2172/789632

5. Singh A.K., Raju M.T., Jha U. Recycling of Basic Oxygen Furnace (BOF) sludge in iron and steel works. International Journal of Environmental Technology and Management. 2011;14(1/2/3/4):19‒32. https://doi.org/10.1504/IJETM.2011.039255

6. Лякишев Н.П., Шалимов А.Г. Сравнительная характеристика состояния кислородно-конвертерного производства стали в России и за рубежом. Москва: Элиз, 2000:64.

7. Григорович К.В. Современное состояние черной металлургии и направления ее развития в цифровой экономике. В кн.: Труды XV международного конгресса сталеплавильщиков, Москва – Тула, 15-19 октября 2018 г. Москва: ООО «РПК ПринтАП», 2018:42‒59.

8. Меркер Э.Э., Карпенко Г.А. Физические процессы в конвертере и энергоэкологические показатели производства. Старый Оскол: Изд-во «Тонкие наукоемкие технологии», 2014:328.

9. Григорович К.В. Металлургия XXI века: современное состояние и направления развития. В кн.: Труды XIV международного конгресса сталеплавильщиков, Москва – Элек-тросталь, 17-21 октября 2016 г. Москва: ООО «РПК ПринтАП», 2016:56‒65.

10. Протопопов Е.В., Шакиров К.М., Айзатулов Р.С. Обоснование некоторых параметров технологии конвертерной плавки с элементами жидкофазного восстановления. Известия вузов. Черная металлургия. 1998;12:15‒18.

11. Шакиров К.М. Кинетика гетерогенных процессов. Развернутое кинетическое уравнение быстрых гетерогенных реакций в потоке. Новокузнецк: ИЦ СибГИУ, 2012:76.

12. Попель С.И., Сотников А.И., Борисенков В.Н. Теория металлургических процессов. Москва: Металлургия, 1986:463.

13. Pal J., Singh S., Ghose A.K., Mohan S. A mathematical model for end point control of basic oxygen steelmaking furnace. Journal of Metallurgy and Materials Science. 2002;44(1):39–49.

14. Окороков Б.Н. Линейная энергодинамика открытых систем сталеплавильных про-цессов. Москва: Металлургиздат, 2021:520.

15. Мокринский А.В., Протопопов Е.В., Чернятевич А.Г., Жибинова И.А., Шакиров К.М., Ганзер Л.А. Исследование гидродинамики конвертерной ванны при продувке расплава в агрегате жидкофазного восстановления. Известия вузов. Черная металлургия. 2006;(6):7‒11.

16. Пат. 2107737 РФ. Способ выплавки стали в конвертере / Е.В. Протопопов, Р.С. Айзатулов, В.В. Соколов и др.; заявл. 26.02.97; опубл. 27.03.98.

17. Жибинова И.А., Шакиров К.М., Протопопов Е.В., Шакиров М.К. Термодинамическое обоснование технологии жидкофазного восстановления оксидных материалов в условиях кислородно-конвертерного про-цесса. Известия вузов. Черная металлургия. 2009;(2):17‒20.

18. Chen, J.D., Zhang C.J. and Feng J.H. Static mechanics model in loading converter and energy saving. Journal of Hebei Institute of Technology. 2007;29(1):32–35.

19. Ray S.K., Gautam Chattopadhyay G., Asim K. Ray A.K. Evaluation of Dust Generated from Basic Oxygen Furnace Steel Making. Journal of the Air & Waste Management Association. 1997.47(6):716‒721. https://doi.org/10.1080/10473289.1997.10463929

20. Pal J., Ghorai S., Singh D. P. Performance Assessment of CO2 Treated Fluxed Iron Oxide Pellets in Basic Oxygen Steel Making Process. ISIJ International. 2010;50(1):105–114.

21. Dering D., Swartz C., Dogan N. Dynamic Modeling and Simulation of Basic Oxygen Furnace (BOF) Operation. Processes. 2020;8(4):483. https://doi.org/10.3390/pr8040483

22. Жибинова И.А., Шакиров К.М., Протопопов Е.В., Пошевнева А.И. Термодинамический анализ реакций восстановления железа и марганца из их монооксидов примесями металла в условиях «подавляющего» окисления железа. Известия вузов. Черная металлургия. 2005;(2):3‒6.