Анотація до роботи:

Бабенко А.В. Розробка технології інтенсифікації процесів окускування методом активації компонентів шихт.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.16.02 - Металургія чорних металів, Національна металургійна академія України, Дніпропетровськ, 2008.

Експериментально досліджені фізико-хімічні процеси, що протікають в окремих речовинах і їх сумішах. Встановлено, що сумісне подрібнення колошникового пилу доменних печей з вапняком знижує температуру початку твердофазових реакцій на ~100 ⁰С.

Новим науковим напрямком в дисертації є використання армуючих добавок до бентониту, внаслідок чого інтенсифікується процесс сушки обкотішів та покращуються їх металургійні властивості. Доведено, що при додаванні 0,5%-0,8% целлюлози до бентоніту зростає міцність обкотішів в холодному стані та при відновно-тепловій обробці.

Розроблена і випробувана в промислових масштабах технологія виробництва металізованих аглообкотишів із залізовмісних відходів металургійного виробництва в трубчатій печі, що обертається. Проведена доменна плавка з використанням у шихті аглообкотишів в кількості 7% від загальної витрати залізорудної сировини, що дозволило знизити витрату коксу на 1,8%, підвищити продуктивність доменної печі на 2,5%.

Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, в якій дано нове рішення актуальної наукової задачі підвищення ефективності процесів окускування шляхом механічної активації компонентів агломераційної шихти, активації сушки залізорудних обкотишів шляхом часткової заміни бентоніта армуючою добавкою, утилізації металургійних відходів шляхом їх металізації за рахунок технології отримання безобпальних обкотишів.

Науковою основою вирішення цих задач є встановлені физико-хімічні закономірності твердофазових реакцій спікання між компонентами агломераційної шихти, процесів відновлення, а також взаємозв'язку показників процесу агломерації, сушки обкотишів при окислювальному обпалі і зміцненні обкотишів з залізовмістких відходів на холодній зв'язці.

Найважливішими науковими і практичними результатами роботи є:

1. Встановлено, що відомі методи підготовки шихти, вживані при підготовці окускованих продуктів, не дозволяють мінімізувати втрати міцності спека через недосконалість контактів між оксидами заліза і оксидом кальцію і їх малою реакційною поверхнею при взаємодії в гетерогенних системах тверде-тверде, що обумовлює низькі техніко-економічні показники роботи агломераційних установок і особливо міцності агломерату, що є результатом недостатньо ефективної підготовки компонентів шихти до спеканію.

2. Розвиток твердофазних реакцій в сумішах компонентів агломераційної шихти при нагріванні в окислювальній атмосфері досліджували методами диференціально-термічного аналізу і термогравіметрії. Початковими матеріалами були суміші колошникового пилу доменних печі з вапняком і окремо колошниковий пил і вапняк, які піддавалися попередній механічній активації в кульовому млині і ті ж матеріали без активації. Встановлено, що в суміші колошникового пилу з вапняком, після їх механічної активації протягом 10 мін (робота, що витрачається, 0,017 - 0,020 кВтчас/кг суміші) температура початку твердофазових реакцій знижується на 50-100С, а процес вуглетермічного відновлення оксидів заліза ініціюється в інтервалі температур 500-600 С. Критичною температурою втрати маси суміші колошникового пилу з вапняком після її механічної активації є 750-820С. Втрата маси без попередньої механічної активації протікає повільніше.

3. Обгрунтована технологія підготовки феритної суміші шляхом механічної активації - сумісного подрібнення колошникового пилу з вапняком. Методом симплекс-планування одержані статистичні залежності продуктивності аглоустановки і показників міцності агломерату від кількості феритної суміші, вмісту зворот і твердого палива в шихті. Оптимальний вміст феритної суміші в шихті знаходиться в інтервалі 5-7% (продуктивність збільшується на 15,8%, міцність на удар - на 2,8-3,6%). З урахуванням проведених експериментів одержало розвиток наукове пояснення ефективності введення в агломерационную шихту феритної суміші, полягаюче в збільшенні кількості реакційноздатної гомогенної частини агломераційної шихти, після механічної активації якої забезпечується переважне утворення феритів кальцію в твердій фазі і кінцевій структурі агломерату з 1-3% до 6-8%.

4. Розроблений новий спосіб інтенсифікації сушки залізорудних офлюсованих обкотишів при окислювальному обпалі. Суть способу полягає у тому, що в шихту вводиться компонент, що має армуючі властивості, тобто при збільшенні навантажень, наприклад, збільшенні тиску пари всередині обкотиша при підвищенні температури, вони знижуються шляхом відведення пари через канали, утворювані волокнами армуючого компоненту. При добавках в шихту 0,75-1,0% армуючого компоненту (целюлоза) стабілізується гранулометричний склад сирих обкотишів, вихід придатніх обкотишів (8-16мм) складає 93,3-94,6%; міцність на удар 3,6-8,1 раз, опір стисненню сирих обкотишів 1,21-1,85 кг/ок, сухих - 2,8 кг/ок. Встановлене підвищення інтенсивності сушки - тривалість сушки обкотишів в шарі скоротилася на 27,3% при зменшенні тріщинуватості обкотишів з 10% до 5%. При температурі випалення 1270С міцність обкотишів зросла з 350 кг/ок до 405-494 кг/ок. Підвищилася міцність на удар і міцність на стирання, зросла пористість з 24,5 до 29,0%. Покращились всі показники відновлення.

5. Розроблена технологія виробництва металізованих обкотишів з відходів металургійного виробництва відмінна тим, що пил і шлами доменного і конвертерного цехів піддавалися огрудкуванню з добавками цементу з метою отримання обкотишів міцністю 30-40 кг/ок., які металізувались в трубчастій печі, що обертається. Перевагою кінцевого продукту є вміст металевого заліза і видалення шкідливих домішок - цинку і лужних з'єднань. Розвинені теоретичні основи зміцнення обкотишів на цементній зв'язці в частині використання шламів і пилу, як наповнювачів, замість гравію і піску. Виконані дослідження по впливу основних компонентів, що містяться в шламах - вапна, коксика, а також цементу на міцність безобпальних обкотишів. Встановлено, що вміст коксика в шихті (шлами і колошниковий пил доменної печі) знижує міцність, оскільки він не є хімічним аналогом компонентів цементу, а вапно збільшує міцність. З використанням симплекс планування експериментів встановлені оптимальні величини вмісту цих компонентів в початковій шихті: цемент -5,0%, вапно - 5,0%, коксик -3,5%. Уточнений механізм підвищення міцності обкотишів на цементній зв'язці при використовуванні як заповнювачі відходів металургійних виробництв.

6. Розроблена технологія металізації безобпальних обкотишів в трубчастій печі, що обертається, для доменного процесу. Технологія включає операції по підготовці відходів до окускувння: прийом, складування, дозування і усереднювання відходів; отримання обкотишів. Витрата цементу 4-6%; продуктивність гранулювача 5,5м - 10-12т/ч, вогкість сирих обкотишів 11,0-12,5%. Міцність сирих обкотишів - 2,66-3,96 кг/ок, удар - 3,8-4,6 раз. Витримка обкотишів до набору міцності 30-40 кг/ок - 10-12 діб.

Обкотиші завантажувалися в трубчасту піч, що обертається, яка обігрівалася природним газом (70-90м³/т металізованих обкотишів). Максимальна температура випалення - 1130-1160С. Проте, враховуючи основность обкотишів -1,6; утворення за ходом процесу монооксиду заліза, температура відновлення знаходилася в інтервалі 1070-1090С, що запобігало утворенню настилей. Після печі обкотиші охолоджувалися в барабанному охолоджувачі із зрошуваною поверхнею. Температура охолоджених обкотишів - 60-80С.

Вироблена дослідна партія металізованих обкотишів: ступінь металізації (після 5 днів витримки на складі) 37,2%, вміст металевого заліза - 21,2%, основность - 1,65. Опір стисненню 80-120кг/ок; ступінь відновлення - 95% протягом 30 мін (у порівняння - агломерат ЮГОК - 88% протягом 60 мін). Міцність обкотишів після відновлення - 25-35кг/ок.

7. Проведена доменна плавка з використанням металізованих обкотишів на ДП №2 ЗАТ «Донецксталь - металургійний завод». ДП №2 працює з вдуванням пиловуглецевого палива. Витрата металізованих обкотишів в шихту - 118кг/т чавуну. Витрата коксу знизилася на 7,5 кг/т чавуну; продуктивність виросла на 52 т/добу.

Публікації: по темі дисертації опубліковано:

1. Исследование процесса утилизации смеси шламов металлургического производства и колошниковой пыли доменных печей / Ковалев Д.А., Бычков С.В., Ванюкова Н.Д., БабенкоА.В. // сб. научных трудов. «Качество металлургического сырья» – Кривой Рог: Изд. «Минерал» Академии горных наук Украины, 2005 – 205с.

2. Влияние добавок шламов в агломерационную шихту на качество агломерата / Ванюкова Н.Д., Бычков С.В.. А.В. Бабенко // сб. научн. трудов по материалам междунар. конф. «Стратегия качества в промышленности и образовании» – Варна, 2006 – 76с.

3. Разработка технологии производства металлизированных аглоокатышей из отходов металлургического производства / Д.А. Ковалев, Н.Д. Ванюкова, А.В. Бабенко // сб. научн. трудов по материалам междунар. конф. «Стратегия качества в промышленности и образовании» – Варна, 2006 – 48с.

4. Исследование механизма упрочнения железосодержащих окатышей из многокомпонентной шихты при добавках портландцемента / Д.А.Ковалев, А.В.Бабенко, Н.Д.Ванюкова, М.В.Ягольник // регіон. міжвуз. зб. наук. праць – Дніпропетровськ: Системні технології, №4, 2007г. – 139с.

5. Исследование влияния процессов активации твердофазовых реакций на качество продукта и производительность при окусковании железорудных офлюсованных шихт / А.В.Бабенко, Д.А.Ковалёв, Н.Д.Ванюкова, М.В. Ягольник // зб. наук. праць «Сучасні проблеми металургії, –Дніпропетровськ: Системні технології, 2006г – т-9. – 53с.

6. Разработка и исследование технологии получения безобжиговых углеродсодержащих окатышей из шламов конвертерного производства / Д.А.Ковалев, Н.Д.Ванюкова, А.В.Бабенко // мат. науково-практичної конференції «Металургія та освіта. Проблемі і перспектіві», Запоріжжя, 2006г.

7. Високотемпературні властивості колошникового пилу / О.В.Бабенко, Д.А.Ковальов, Н.Д.Ванюкова, С.В.Бичовков //: зб. наук. праць 7ої міжнародної науково-технічної конференції Хорватського металургійного співтовариства, 2006г.