Дослідження закономірностей рідкофазного відновлення металів і розробка технології виплавки ливарних сплавів з оксидовміщуючих матеріалів - Автореферат

Серед відомих способів утилізації відходів найбільш перспективним є рідкофазне відновлення, яке достатньо легко реалізується в існуючих плавильних агрегатах. Дисертаційна робота виконувалась у відділі процесів плавки та рафінування сплавів Фізико-технологічного інституту металів та сплавів НАН України відповідно до планів науково-дослідних робіт за темами: 1.6.5.041 «Розробка технології отримання шихтової заготовки та лігатур з сировинних матеріалів та відходів, які містять Cr, Ni, Mo» (номер держреєстрації 0104U007751); 1.6.5.495 «Створення технології з переробки твердих гальванічних відходів та відпрацьованих каталізаторів, що містять Ni, Cr, Mo та інші кольорові метали» (номер держреєстрації 0102U002168); ІІІ-1-2.498 «Розробка економічних методів підвищення механічних та експлуатаційних властивостей литих виробів з чавуну і сталі шляхом оптимізації витрат складових компонентів та використання відходів» (номер держреєстрації 0102U005226); 1.6.5.535 «Дослідження рідкофазних суміщених фізико-хімічних процесів і розробка нових багатофункціональних способів плавки та рафінування розплавів з використанням вторинної сировини» (номер держреєстрації 0104U007752); 1.6.5.577 «Дослідження процесів газореагентної взаємодії компонентів в розплаві при концентрованому нагріванні та рідкофазному відновленні металів з низькосортної шихти та техногенних відходів» (номер держреєстрації 0108U004471). Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні задачі: - дослідити теплообмін між рудно-вугільним окатишем і шлаком, що кипить, в процесі плавки та встановити вплив інтенсивності теплообміну на фізико-хімічні процеси відновлення оксидів металів; Показано, що інтенсивне перемішування шлаку при рідкофазному відновленні забезпечує високі ступені вилучення металів: заліза - до 95-97 %, хрому - до 94-96 %, нікелю - до 98-100 %, ванадію - до 78-98 %. Запропоновано аналітичну залежність для оцінки додаткових витрат при рідкофазному відновленні та показано, що заміна брухту залізовмісткою сировиною (рудна сировина, металургійні шлами та шлаки, окалина та ін.) практично не збільшує витрати на виплавку металу, але підвищує його якість за рахунок зменшення вмісту домішок кольорових металів.Показано, що одним з найбільш ефективних способів є рідкофазне відновлення, яке достатньо легко реалізується в існуючих плавильних агрегатах, і дозволяє одержувати сплави з відходів машинобудівного та металургійного виробництв. Слід зазначити, що процеси, які відбуваються в рідкій ванні при відновлювальній плавці оксидних матеріалів недостатньо вивчені. Результати виконаних досліджень не розкривають механізм рідкофазного відновлення оксидних матеріалів та часто мають вузькоспрямований характер. Недостатньо вивчені фізико-хімічні процеси, що протікають у ванні печі, вплив технологічних факторів на енерговитрати і додаткові витрати на відновлення оксидів металів. В якості шихтових матеріалів використовували чавунний брухт, відходи сталі Ст.3, гальваношлами, металургійні шлами та шлаки, відпрацьовані нікелеві та ванадієві каталізатори, відвальні електросталеплавильні шлаки.При моделюванні було прийнято: окатиш має форму кулі діаметром 12 мм; нагрівання окатишу відбувається в ізотермічних умовах (при постійній температурі шлаку - 1550 0С). В результаті обчислювального експерименту були отримані температурні криві, які описують розігрів рудно-вугільного окатишу, що знаходиться в обємі розплавленого шлаку, при різних умовах нагрівання: без урахування переміщення окатиша та з урахуванням його руху (рис. По мірі прогрівання окатиша перепад температур поступово зменшується до 80 0С на 5-й секунді і в подальшому нагрів окатиша здійснюється практично безградієнтно (рис. При обробці результатів чисельних експериментів методами регресійного аналізу була отримана система рівнянь, яка повязує величини коефіцієнту теплообміну (?) зі швидкістю переміщення окатиша у шлаку, що кипить. Таким чином, за допомогою методів математичного моделювання була встановлена закономірність нагріву рудно-вугільного окатиша в шлаку, що кипить, у початковому періоді, який характеризується протіканням відновлювальних процесів, і в другому періоді - повним розплавленням заліза.Досліджено поведінку вуглецю, заліза та легуючих елементів (хрому, нікелю, ванадію), а також сірки та фосфору у ванні дугової печі в процесі плавлення оксидних матеріалів. При відновленні тільки вуглецем та кремнієм, що містяться у чавуні, ступінь відновлення заліза дорівнює 86,1 %. Так, розкислення шлаку наприкінці плавки підвищує вміст хрому у сплаві в 1,2 рази, а при сумісному розкисленні та скачуванні шлаку, що утворюється, вміст хрому в металі збільшується вдвічі. Показано, що у всіх випадках при плавці оксидів металів в рідкому шлаку вміст хрому в сплаві значно вище порівняно з плавкою на рідкому “болоті” чавуну. Так, ступінь відновлення хрому при плавці у рідкому шлаку складає 90 % порівняно з плавкою на рідкому “болоті” чавуну - 96 %.Аналіз даних показав, що в сплавах, виплавлених з використанн

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ