Анотація до роботи:

Дерев’янко І.В. «Технологія виробництва вуглецькарбідкремнієвих брикетів і використання їх для навуглецювання сталевої ванни. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.02 – Металургія чорних і кольорових металів та спеціальних сплавів. Національна металургійна академія України. Дніпропетровськ. – 2008.

Дисертація присвячена теоретичним і експериментальним дослідженням нетрадиційних навуглецювальних вторинних матеріалів, які вміщують вуглець і карбід кремнію, розробці технології брикетування і науковому обґрунтуванню інноваційної технології навуглецювання стальної ванни дугових і мартенівських печей з використанням вторинних матеріалів, які вміщують С і SiC та утворюються при виробництвах абразивного карбіду кремнію на ВАТ «ЗАК», графітованих виробів на ВАТ «Укрграфіт». Виконано фізико-хімічне обґрунтування процесів відновлення кремнезему вуглецем до SiC; на основі теорії хімічних транспортних реакцій розроблена фізико-хімічна модель перерозподілу домішок Al₂O₃, CaO, Fe_заг по різним температурним зонам в печах опору. Розроблені і досліджені режими збагачення вторинних матеріалів з отриманням концентратів з підвищеним вмістом SiC i C, а також реалізовано технологію виробництва брикетів на цементній зв’язці, які вміщують вуглець і карбід кремнію (CSiC-брикети).

В умовах ВАТ «НТЗ» впроваджена у виробництво технологія навуглецювання сталевої ванни з частковою заміною чавуну CSiC-брикетами. В умовах ВАТ «КЗС» освоєна технологія виплавки сталі марок 20ГЛ в 20ГФЛ з повною заміною чавуну CSiC-брикетами.

Науково обґрунтовані технологічні рішення впровадженні у сталеплавильне виробництво підтвердженні розрахунками економічної ефективності їх використання за рахунок зниження собівартості сталі на 10-17%.

Головний науково-технологічний підсумок цієї дисертаційної роботи полягає в тому, що в ній науково обґрунтовані та отримані конкретні рішення низки актуальних для сталеплавильної промисловості і суміжних виробництв задач по розробці, дослідженню та промисловому освоєнню принципово нового виду навуглецювача CSiС-брикетів на основі вуглецькарбідкремнієвих вторинних матеріалів електротермічних виробництв абразивного карбіду кремнію на ВАТ «ЗАК», вуглеграфітових видів продукції на ВАТ «Укрграфіт» і технології виплавки сталі в мартенівських на ВАТ «НТЗ» і електродугових на ВАТ «КСЗ» печах із заміною частини переробного чавуну CSiС-брикетами. Нижче в узагальненому виді наведені основні положення і висновки по відповідних розділах дисертації.

1. Критично проаналізовані різні технології виплавки сталі переважно на стадії навуглецювання сталевої ванни з використанням різних видів карбюризаторів з метою заміни дорогого переробного чавуну.

2. З метою визначення умов утворення вторинних матеріалів і можливості довідновлення кремнезему виконано фізико-хімічний аналіз процесів отримання абразивного карбіду кремнію в самохідних електропечах опору одиничною потужністю 4000 кВА на ВАТ «ЗАК» і термодинамічних умов перерозподілу домішкових оксидів (Al₂O₃, CaО, Fe_заг) між продуктами процесу, з використанням основних положень теорії і результатів досліджень хімічних транспортних реакцій. Накопичення шкідливих оксидів призводить до перевищення критичного рівня їх концентрації (Al₂O₃ + CaО + Fe_заг > 2%), в результаті зворотна шихта, що містить SiС та графіт періодично виводиться з технологічного циклу виробництва абразивного карбіду кремнію.

3. Проаналізовано фізико-хімічні моделі рівноваги фаз у системі Si-O-C в області температур і відповідних до них парціальних тисків газоподібних компонентів Р_CO і P_SiО з метою розробки технології довідновлення кремнезему вторинних матеріалів вуглецем.

4. Виконано дослідження компонентного і речовинного складу вторинного матеріалу, який утворюється при виробництві абразивного карбіду кремнію на ВАТ «ЗАК». Розроблено технологічну схему концентрування SiC (до 60% ) та C (до 77% ) з наскрізним вилученням карбіду кремнію 20-25%, вуглецю до 90%.

5. Проведено термокінетичні дослідження отримання навуглецювача на основі вторинного матеріалу виробництва карбіду кремнію. Встановлено, що при використанні матеріалу хімічного складу, %: 14,55 - SiC, 46,6 - SiO₂, 30 - C, 5,55 - Fe₂O₃, 3,19 - Al₂O₃ и 1,09 - СаО з додаванням вуглецю ступінь відновлення кремнезему досягає 90%, а отриманий продукт містить 75-78% SiС; досліджена також відновленість шихт, складених з матеріалів ВАТ «ЗАК» і ВАТ «Укрграфіт». Підтверджено, що при відновленні вторинних матеріалів можна отримати навуглецювач з вмістом SiС 65-67%.

6. Розроблено технологію брикетування сумішей вуглецькарбідкремнієвих матеріалів; вивчено вплив різних видів зв'язуючих матеріалів і обґрунтовано технологічну та економічну доцільність використання в якості зв'язуючого цементу; проаналізовано процеси гідратації мінеральних складових цементу і розроблено режими сушки брикетів.

7. Виконано аналіз взаємодії карбіду кремнію і вуглецю з металевим розплавом на основі заліза; встановлено підвищення швидкості цього процесу з ростом температури через ендотермічний тепловий ефект реакції. Розроблено теплофізичну модель взаємодії CSiС-брикетів з металевим розплавом стосовно до температурних умов навуглецювання сталевої ванни. Методом кінцевих різниць на ПЕОМ виконано розрахунок умов плавлення цементного зв'язуючого брикету і отримано співвідношення які дозволяють оцінити тривалість повної взаємодії брикету із залізовуглецевим розплавом залежно від його геометричних розмірів.

8. Розроблено і освоєно в промислових умовах сталеплавильного цеху ВАТ «НТЗ» технологію виплавки сталі трубного сортаменту за підвищенними вимогами до якості металу нормативних документів EN 10210, DIN 1629 і API. Розроблено технологічну інструкцію з виплавки сталі в 250 тонних мартенівських печах; на стадії освоєння проведено 42 плавки сталі з використанням CSiС-брикетів і отримано 9870 тонн сталі. При заміні частини чавуну CSiС-брикетами якість металу трубного сортаменту відповідала якості металу поточного виробництва; при цьому знижені питомі витрати чавуну з 330-375 до 155-208 кг/т металозавалки при 50% заміні чавуну і до 238-305 кг/т при 20% заміні залежно від марки сталі що виплавляється.

9. Отримані за розробленою технологією виплавки сталі з використанням CSiС-брикетів 330 зливків масою 1,74-2,6 т (виливниці типу IX та XI) прокатані на труби діаметром 168 і 219 мм. Встановлено, що брак труб скоротився з 1,4% (діюча технологія) до 0,95% (розроблена технологія).

10. В умовах ВАТ «КСЗ» у дугових 25-т електропечах освоєна технологія виплавки сталі 20ГЛ і 20ГФЛ для виливків рухомого складу залізничного транспорту із застосуванням CSiС-брикетів. Підтверджено ефективність використання CSiС-брикетів при повній заміні чавуну.

11. Розроблені і зареєстровані службами Держстандарту України і Російської Федерації технічні умови на склад брикетів ТУ У27.32196887-001-2004 і ТУ 001-549936548-2004. Новизна і промислова корисність використання розробленої технології виплавки сталі з використанням CSiС-брикетів у мартенівських і електродугових печах підтверджена актами про ефективність їх застосування на ВАТ «НТЗ» і ВАТ «КЗС».

Основні публікації по темі дисертації:

1. Гасик М.И., Овчарук А.Н., Деревянко И.В., Кисельгоф О.Л. Термокинетические характеристики процесса получения металлургического карбида кремния из вторичных материалов //Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2000. - №1. – С.24 – 26.

2. Деревянко И.В. Исследование процесса получения металлургического карбида кремния из вторичных материалов // Сучасні проблеми металургії – Том 6. – «Прогресивні енергозберігаючі технології та обладнання в електротермії феросплавів» – Дніпропетровськ: ДНВП «Системні технології». – 2003. – С. 208 – 209.

3. Овчарук А.Н., Деревянко И.В., Семенов И.А., Щербань И.М. Термодинамические основы получения карбида кремния и особенности взаимодействия его с железоуглеродистым расплавом // Сучасні проблеми металургії – Том 6. – «Прогресивні енерго- і ресурсозберігаючі технології та обладнання в електротермії феросплавів» – Дніпропетровськ: ДНВП «Системні технології». – 2003. – С. 369 – 371.

4. Гасик Л.Н., Михалев А.И., Овчарук А.Н., Деревянко И.В. Неметаллические включения и качество электростали 20ГЛ, выплавленной с использованием CSiC-брикетов взамен чугуна //Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2003. - №6. – С. 24 – 26.

5. Гасик М.И., Овчарук А.Н., Семенов И.А., Деревянко И.В. Прогрессивные технологии выплавки электростали с заменой чугуна CSiC-брикетами //Сталь. – 2004. - №4. – С. 31 – 36.

6. Деревянко И.В., Семенов И.А., Овчарук А.Н., Гасик Л.Н., Григорович К.В. Исследование влияния металлургических факторов выплавки феррито-перлитных сталей на свойства и природу неметаллических включений //Теория и практика металлургии. – 2005. - №1-2. – С. 45 – 53.

7. Деревянко И.В. Разработка технологии извлечения карбида кремния и графита из вторичных материалов электротермического производства //Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2005. - №3. – С. 22 – 27.

8. Семенов И.А., Жаданос А.В., Деревянко И.В. Кинетика взаимодействия CSiC-брикетов с железоуглеродистыми расплавами //Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2005. - №6. – С. 25 – 28.

9. Деревянко И.В., Жаданос А.В., Гасик М.И. Кинетическая модель взаимодействия карбида кремния с железоуглеродистым расплавом //Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2006. - №3. – С. 30 – 32.

10. Гасик М.И., Овчарук А.Н., Деревянко И.В. Подольчук А.Д., Никонов А.В., Гимадеев Н.Ф., Рахматулина О.Н., Рябинкин Н.П. Выплавка стали в дуговых печах машиностроительного комплекса с заменой чугуна углеродкарбидкремниевыми брикетами // Электрометаллургия. – 2006. - №9. – С. 2 – 13.

11. Деревянко И.В., Лепетя С.А., Семенов И.А., Щербань И.М. Разработка и освоение эффективной технологии выплавки трубной стали в 250-т мартеновской печи с заменой части передельного чугуна CSiC-брикетами // Материалы V международной научно-технической конференции «Металл-2005» (8 – 9 декабря 2005г.). – Жлобин. – 2005. – С.7.

12. Деревянко И.В., Гаркаленко Д.М., Щербань И.М. Разработка и освоение эффективной технологии выплавки трубной стали в 250-т мартеновской печи с заменой части чугуна CSiC-брикетами //Материалы научно-практического форума «Интерпайп-2006» (17-19 мая 2006г.). – Днепропетровск. – 2006.

13. Деревянко И.В., Жаданос А.В., Гасик М.И. Кинетическая модель взаимодействия карбида кремния с железоуглеродистым расплавом //XIV Miedzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna “Produkcja I Zarzadzanie w Hutnictwie”(г. Ченстохова, Польша, 28.06-1.07.06).

14. Пат. України. 47979А МПК 7 С21С5/00. Шихта для виплавки сталі /М.І. Гасик, В.В. Сербін, О.О. Дерюгін, А.М. Овчарук, І.О. Семенов, І.В. Дерев’янко, І.М. Щербань, опубл. 15.07.02. Бюл. №7.

15. Пат. РФ 2247158 МПК 7 С21С7/00. Способ внепечного легирования железоуглеродистых сплавов в ковше /А.Д. Подольчук, М.И. Гасик, В.В. Сербин, А.Н. Овчарук, И.А. Семенов, И.В. Деревянко, И.М. Щербань, опубл. 27.02.05. Бюл. №6.

16. Пат. РФ 2247784 МПК 7 С21С5/52. Шихта для виплавки стали /А.Д. Подольчук, М.И. Гасик, В.В. Сербин, А.Н. Овчарук, И.А. Семенов, И.В. Деревянко, И.М. Щербань, опубл. 10.03.05. Бюл. №7.

17. Пат. РФ 2282669 МПК 7 С22В 1/224, С21С 1/00, С22С 38/00. Брикет, используемый при производстве железоуглеродистого сплава (варианты) /А.Д. Подольчук, М.И. Гасик, В.В. Сербин, А.Н. Овчарук, И.А. Семенов, И.В. Деревянко, И.М. Щербань, опубл. 27.08.06. Бюл. №24.