Анотація до роботи:

Гріншпунт В.О. „Металургійні властивості хромітових руд Побужжя і розробка раціональних режимів отримання високовуглецевого ферохрому” - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.02 – «Металургія чорних металів» - Національна металургійна академія України, Дніпропетровськ, 2006.

Дисертація присвячена дослідженню металургійних властивостей хромітових руд Побужжя і розробці раціональних режимів отримання високовуглецевого ферохрому.

Експериментально показано, що в хромітових рудах містяться мінеральні різновиди хромшпінелідів: (Mg, Fe)OСr₂O₃ – магнохроміт (Mg, Fe)O(Сr, Al)₂O₃ – хромпікатит FeО(Сr, Al)₂O₃ – алюмохроміт. Встановлено, що зерна хромшпінелідів зцементовані серпентином складу 3(Mg, Fe)O2SiО₂ 2H₂O або залозистим цементитом. Компонентами порожньої породи в рудах є: тальк (Mg₆(Si₈O₂₀)OH), хлорит ((Mg₅Al)(Si₃Al)O₁₀(OH)₈), магнезит (MgCO₃), кварц (SiO₂), гідрооксид заліза (FeOOH). Вміст шкідливих домішок: S – 0,02-0,026%, P₂O₅ – 0,01-0,04%, що не перевищує припустимі вимоги для чорної металургії (S – 0,05%, P₂O₅ – 0,07%).

В дисертаційній роботі досліджено вплив температури, способу підготовки шихтових матеріалів, типу хромітових концентратів, надлишку відновника, добавок кварциту, виду вуглецевого відновника на кінетику вуглецевотермічного відновлення хромітових концентратів Побужжя.

Розроблені і видані рекомендації по забезпеченню раціональних режимів процесу виплавки високо вуглецевого ферохрому, сприянню підвищення техніко-економічних показників, які включають попередню металізацію хромітової руди перед її подальшим відновленням в електропечі. Впроваджені ефективні науково-обґрунтовані технології виплавки високовуглецевого ферохрому з використанням вітчизняної сировини, що дозволило підвищити продуктивність печей на 6-9 %, понизити питому витрату електроенергії на 6-8 % і поліпшити техніко-економічні показники процесу.

У дисертації на підставі узагальнення і аналізу літературних даних і результатів теоретичних і експериментальних досліджень вирішена важлива науково-прикладна задача, яка полягає в дослідженні металургійних властивостей хромітових руд і концентратів Побужського родовища і використовування вітчизняної сировини для отримання вуглецевого феррохрома.. Рішення поставлених в роботі задач було досягнуте в результаті проведення комплексу досліджень із залученням сучасної апаратури і методів аналізу, що дозволило зробити ряд істотних узагальнень, висновків і принципових положень, сукупність і органічний взаємозв'язок яких визначає актуальність роботи, її головний науковий результат, практичну цінність і значущість.

1. Виконаний аналіз сучасного стану теорії і технології виплавки високовуглецевого феррохрома. Узагальнені відомості про відновлення оксидів хрому і заліза в процесі виплавки високовуглецевого феррохрома, що є в літературі. Дана характеристика конструкції і технічних характеристик сучасних рудовосстановітельних печей для виплавки високовуглецевого феррохрома, приведений узагальнений аналіз шихтових матеріалів, а також процесу виплавки високовуглецевого феррохрома, розглянуті мінералогічні, петрографічні і физико-хімічні властивості шлаків виробництва високовуглецевого феррохрома, питання інтенсифікації плавки і основні напрями вдосконалення технології виробництва високовуглецевого феррохрома

2. На підставі досліджень крісталлохимічеськіх властивостей хромітових руд Побужья встановлено, що природні шпінеліди хромсодержащей серії (хромшпінеліди) є твердими розчинами проміжного складу між пірохромітом і хромітом і можуть бути описані формулою (Mg, Fe) Про(Cr, Al, Fe)₂O₃. На підставі проведеного мікрорентгеноспектрального аналізу встановлено, що в спектрі поглинання смуга 7800-8000 см-1 характеризує іон Cr3+ в структурі шпінелі.

3. У результаті досліджень мінералогічних властивостей хромітових руд Побужья показано, що в хромітових рудах містяться наступні мінеральні різновиди хромшпінелідов: магнохроміт (Mg,Fe) ПроСr₂O₃, хромпікотіт (Mg,Fe) Про(Сr,Al)₂O₃, алюмохроміт FeO(Сr, Al) 2O3. Встановлено, що зерна хромшпінелідов зцементовані серпентіном складу 3(Mg, Fe) Про2SiO₂ 2H₂O або залізистим цементітом. Компонентами порожньої породи в рудах є: тальк, хлорит, магнезит, кварц, гидрооксид залоза і ін. Зміст шкідливих домішок: S – 0,02-0,056%, P₂O₅ – 0,01-0,04%, що не перевищує допустимі вимоги для чорної металургії (S – 0,05%, P₂O₅ – 0,07%).

4. Дослідженнями по розподілу елементів між мінеральними фазами хромітової руди родовища Ліповеньковського прояву встановлено, що мінеральні складові зерен хромшпінелідов, як бідних, так і багатих руд практично не відрізняються, відмінність полягає тільки в змісті порожньої породи. На підставі досліджень впливу температури на кінетику углеродотермічеського відновлення хромітових концентратів Побужья встановлено, що з підвищенням температура швидкість процесу відновлення збільшується в середньому на 10% на кожні 100.

5. Дослідження по вивченню впливу способу підготовки шихтових матеріалів на кінетику відновлення хромітових руд Побужья показують, що брикетування шихти на 10-15% прискорює процес відновлення в порівнянні з використовуванням не окомкованой шихти. Дослідження впливу типу хромітових концентратів на кінетику відновлення показують, що більшою швидкістю відновлення володіють шихтовиє матеріали з вищим змістом провідних елементів (хрому і заліза). Встановлено що, зниження змісту порожньої породи позитивно вплине на ступінь і швидкість відновлення хромітових руд Побужья.

6. Випробувані різні варіанти крупної шихт для виплавки високовуглецевого феррохрома і показано, що варіювання крупної компонентів шихти приводить до збільшення неоднорідності системи в ході відновлення, уповільнення утворення шлаку і зростання вірогідності відходу стану реагуючої системи від рівноваги. Це помітно прискорює (на 5-7%) відновлення шихт, що підтверджене експериментально. Дослідженнями вплив надлишку відновника на кінетику відновлення хромітових руд Побужья встановлено, що підвищення змісту відновника в шихті з 5 до 15% приводить до поліпшення кінетичних можливостей процесу, за рахунок збільшення питомої контактної поверхні рудне зерно-відновник.

7. Досліджено впливи добавок кварциту на відновлення хромітових руд Побужья. Показано, що із зростанням змісту кварциту в шихті від 25 до 40% з розрахунку на кінцевий вміст в шлаку, збільшується швидкість процесу відновлення унаслідок утворення більш жідкотекучего шлаку. Проведено дослідження кінетики углеродотермічеського відновлення хромітов з варіюванням виду вуглецевого відновника. Показано, що найбільшою швидкістю відновлення характеризуються шихти, що містять деревне вугілля, далі слідує коксик, на якнайменшій швидкості наголошено в шихтах використовуючих графіт.

8. На основі хімічних аналізів складу металу і шлаку, одержуваних перериванням процесу відновлення досягши наростаючих величин втрати ваги шихтової суміші, побудовані кінетичні криві відновлення провідних елементів хрому і заліза. Показано, що відновлення заліза випереджає відновлення хрому на ранніх стадіях процесу, завдяки чому залізо є розчинником відновленого хрому, що знімає термодинамічні утруднення при відновленні хрому з хромшпінелідов.

9. Дослідженням послідовності перетворень хромітов Побужья встановлено, що до 1300С відновлення хромітових руд визначається структурно-текстурнимі особливостями, від яких залежить відносно вільне проникнення газу-відновника всередину шматків руди. Відновні процеси при цьому розвиваються виключно на поверхні рудних зерен. Починаючи з 1300С, особливо з 1500С, в суцільних і густовкрапленних рудах відбувається помітне спеканіє рудних зерен, найінтенсивніше в зовнішніх ділянках шматків руди. Крізні до цього пори і тріщини в рудах стають замкнутими, а деякі з них зникають абсолютно. Доступ газу всередину шматків руди припиняється, і продовжує відновлюватися лише сама зовнішня зона шматків руди. Таким чином, подальше відновлення руди може здійснюватися лише чисто дифузійним шляхом.

10. Встановлено, що значний вміст силікатної зв'язки в рудах робить сприятливий вплив на процес відновлення. Силікатна складова утворює з тугоплавкими оксидами хротміта розплав, обумовлює з хромшпінеліда відновлення оксидів заліза і хрому вже з розплаву прямим шляхом. Вище 1500С на перетворення хромшпінеліда істотно впливає наявність силікатних компонентів в руді, створюючих розплав, в якому йде розчинення хромшпінеліда.

11. У умовах ВАТ “ Побужській феронікелевий комбінат” розроблені і упроваджені технологічні рекомендації по виплавці високовуглецевого феррохрома з використанням вітчизняної сировини, ретельна підготовка хромітових руд (усереднених і сбрікетіроанних) покращує техніко-економічні показники плавки. Так витрата електроенергії знизилася на 6-8%, витягання хрому в сплав підвищилася на 5-6%, а продуктивність печі виросла на 6-9%, понизити питому витрату електроенергії на 6-8%. Реальний економічний ефект складає 84 тис. грн.