Анотація до роботи:

Мовчан В.П. Підвищення ефективності виробництва залізорудних обкотишів на основі впровадження нових енерго- та ресурсозберігаючих технологій. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.16.02 – Металургія чорних металів – Національна металургійна академія України – Дніпропетровськ, 2004.

У дисертації на підставі наукових узагальнень, теоретичних розробок і промислових досліджень вирішена важлива науково-технічна проблема підвищення ефективності виробництва залізорудних обкотишів, зокрема зниження витрати природного газу за рахунок науково-обгрунтованого засобу термічної обробки обкотишів комбінованим паливом, та використання залізорудного концентрату отриманого з відходів збагачення залізних руд з хвостосховища.

Розроблено науково-методичні основи управління металургійними властивостями обкотишів з використанням комплексних критеріїв шихти, які адекватно відображають їх зміну.

Розроблено математичну модель для розрахунку концентрації оксидів заліза в магнетитових фракціях хвостосховища с метою встановлення ділянок щодо їх утилізації засобом збагачування.

Запропоновано технологічні та технічні рішення щодо впровадження цих розробок у виробництво, що здійснено на Центральному гірничозбагачувальному комбінаті.

1. Найважливішим напрямом розвитку сучасного виробництва огрудкованних залізорудних матеріалів є впровадження нових енерго- і ресурсозберігаючих технологий. Рішення проблеми підвищення ефективності виробництва залізорудних обкотишів в цих умовах вимагає комплексного дослідження технологічних можливостей комбінованого нагріву шару обкотишів газоподібним і твердим паливом. Розширення залізорудної бази, а також проблем поліпшення металургійних властивостей обкотишів, екології і роботи агрегатів в цілому можливо здійснити за рахунок підготовки відходів збагачення, що заскладовані в хвостосховище. Актуальність цих розробок визначається концепцією розвитку гірничо-металургійного комплексу України, а також умовами роботи горничозбагачувальних комбінатів.

2. Розроблені наукові основи зниження витрати енергії і економії ресурсів при підвищенні ефективності виробництва залізорудних обкотишів. Запропоновано здійснити рішення проблеми за рахунок використання комбінованого палива для обпалення обкотишів і утилізації відходів гірничозбагачувальних комбінатів, які містять залізо, і заскладовани в хвостосховищах. Управління процесом обпалення обкотишів комбінованим паливом здійснюється за допомогою інтенсифікації процесів тепло- і масообміну по висоті шару за рахунок введення в шихту різних видів твердого палива. Управління процесом утилізації відходів здійснюється на основі оцінки параметрів окремих зон хвостосховища і підготовки цих відходів для вдосконаленої схеми виробництва залізорудних концентратів. Проведені комплексні дослідження технологічних можливостей для зниження витрати природного газу і виробництва додаткової кількості залізорудного концентрату для здійснення процесу виробництва обкотишів і аглообкотишів із заданими металургійними властивостями.

3. Для існуючої технології окислювального обпалення обкотишів розроблена теоретична база інтенсифікації процесів тепло- і масообміну за рахунок генерації теплоти від окислення вуглецю твердого палива і відновлювального газу і підвищення за рахунок цього концентрації магнетиту, який при окисленні виділяє додаткову кількість теплоти. Виконаний всесторонній аналіз поведінки твердого палива при обпаленні обкотишів, коли воно рівномірне розподілено в їх об'ємі. В основу цього аналізу закладені физико-хімічні процеси горіння твердого палива, реакції відновлення оксидів заліза і їх окислення на різних стадіях термічної обробки. Експериментально встановлено, що при термічній обробці обкотишів з шихти з добавкою твердого палива тільки частина теплоти виділяється в зоні обпалення за рахунок окислення вуглецю в струмі теплоносія, а решта кількості теплоти виділяється при окисленні магнетиту в зоні охолоджування. Розігрів обкотиша супроводжується розвитком відновних процесів, в яких бере участь від 65% до 75% вуглецю. Реалізація цього положення полягає в створенні зони окислення, а також розділенні нагрітого в зонах окислення і охолоджування повітря на високотемпературний і низькотемпературний теплоносій. Результати дослідження узагальнені у вигляді моделі, що дозволяє розраховувати вміст монооксиду заліза в обкотишах залежно від вмісту вуглецю в шихті, основності, температури і часу термообробки.

4. На основі комплексного підходу обгрунтовано вплив вмісту вуглецю твердого палива в багатокомпонентній системі, що містить оксиди заліза, на металургійні властивості обкотишів. Добавка в шихту вуглецю прискорює процес прогрівання обкотишів, знижує перепад температур між поверхнею і центром, зменшує зональну структури, сприяє утворенню розплаву усередині обкотиша, підвищує їх пористість при термічній обробці. У доменній печі покращується відновлюванність в зоні помірних температур, збільшується температура початку фільтрації розплаву, знижується кількість первинного шлаку і вміст в ньому монооксиду заліза. Комплексний підхід до оцінки металургійних властивостей дозволив оптимізувати частку вуглецю в шихті в інтервалі 0,6 – 0,8 %.

5. Проведений комплекс досліджень технології виробництва обкотишів і їх металургійних властивостей послужив підставою для розробки технології на обпалювальних машинах нового покоління і удосконаленню технологічної схеми і обладнання, впровадження нової технології.

Результати промислової реалізації розробленої технології підтвердили результати теоретичних і експериментальних досліджень. Продуктивність обпалювальної машини зросла з 258,6 т/ч до 281 т/ч, питома витрата природного газу знизилася з 16,8 м³/т обкотишів до 12,3 – 13,1 м³/т обкотишів, питома витрата електроенергії з 32,3 – 37,1 кВт ч/т до 29,3 – 33,8 кВт ч/т, зросла температура високотемпературного теплоносія з 860 – 870С до 900 – 930С, вміст монооксиду заліза в обкотишах підвищився з 1,4 % до 3,67 – 4,11 %.

Економічний ефект від впровадження запропонованої технології виробництва залізорудних офлюсованих обкотишів на Центральному ГОКе склав 2,92 млн. грн. в рік.

6. На основі комплексного підходу обгрунтовано, що хвостосховище, яке призначене для складування відходів збагачувальних фабрик, є гравітаційним апаратом, що включає пляжні зони від 100 до 500 м, де відбуваються процеси гравітаційно-сегрегаційного збагачення в потоках рідкої фази малої товщини на нахиленній площині. Результатом цього є формування зон з підвищеною концентрацією оксидів заліза: магнетиту і гематиту. Для розробки технології утилізації відходів збагачення досліджені закономірності осадження мінералів залежно від швидкості потоку, сили тертя частинки по поверхні дна, товщини потоку, вмісту твердої фази в пульпі і кінетичніх параметрів при просуванні пульпи по пляжу хвостосховища. Розглянуті параметри узагальнені в математичній моделі формування техногенного родовища. Для ідентифікації коефіцієнтів і параметрів рівнянь профілю концентрації часток в тонкому шарі використані результати досліджень хвостосховища Центрального ГЗКу. Порівняння значень вмісту заліза і кварцу по довжині пляжу, які розраховані по моделі, і результатів експериментального випробування показує добру збіжність даних, що свідчить про адекватність моделі і можливість її застосовності для оптимізації і аналітичних розрахунків розподілу запасів заліза за вмістом і іншим показникам.

Розрахунки, які виконані з використанням розробленої математичної моделі, дозволили встановити контури пляжу по довжині і глибині масивів з максимально можливим вмістом заліза, як загального, так і в магнетиті. Одержані дані використані для обгрунтування технологічної і економічної доцільності залучення і переробки відходів збагачення, що заськладьовани в хвостосховище. Середній вміст заліза в магнетитових фракціях 10,1 %.

7. На основі комплексу теоретичних і експериментальних досліджень розроблені рекомендації для промислового здійснення утилізації відходів, які містять залізо техногенного родовища.

На відміну від раніше запропонованих схем збагачення хвостів, коли піски після їх розробки і репульпації подавалися відразу на магнітну сепарацію. По новій схемі передбачається отримання промпродукта, що включає магнітні форми оксидів заліза, зростків і частинки гематиту, який виділяється в одну стадію дешламації і магнітної сепарації, а також гравітаційного збагачення в короткопусковому гідроциклоні. Нова технологія впроваджена на Центральному ГЗКі. Товарний продукт у вигляді залізорудного концентрату містить 66% загального заліза при ступені здобування 65 – 70 % від початкової сировини. Продуктивність установки близько 300 тис. тонн концентрату в рік. Економічний ефект складає близько 9,452 млн. гривень в рік.

Теоретичні і експериментальні дослідження, що виконані в дисертаційній роботі, направлені на розробку і впровадження ефективних технологій виробництва залізорудних обкотишів, які включають використання комбінованого палива і розширення залізорудної бази за рахунок розробки і підготовки відходів збагачення, що відповідає основним положенням Концепції розвитку гірничометалургійного комплексу України. Практична значимість підтверджується величиною економічного ефекту, який одержаний при промисловій експлуатації впроваджених технологій. Все це дозволяє кваліфікувати представлену дисертаційну роботу як наукову працю, в якій представлені науково обгрунтовані технологічні і технічні рішення, впровадження яких вносить значний внесок в прискорення науково-технічного прогресу в чорній металургії і має важливе значення для народного господарства України.

Основний зміст дисертації опублікованій у роботах

1. Бережний М.М., Мовчан В.П. Збагачування та окускування сировини. Монографія. – Дніпропетровськ: Пороги – 2002 – 368 с.

2. Мовчан В.П., Бережний М.М. Основи металургії. Монографія. – Дніпропетровськ: Пороги. – 2001. – 335.

3. Эксплуатация фабрик окускования. Учебное пособие. – Сулименко Е.И., Бочка В.В., Мовчан В.П., Бочка С.В., Сулименко С.Е. – Кривой Рог – ВЭЖА. – 1998.–131С.

4. Освоение технологии производства офлюсованных окатышей на обжиговой машине фабрики окомкования ЦГЗКу. // Мовчан В.П., Пугач Н.Е., Литвинов О.П., Трипутень В.М., Журавлев Ф.М.// Новое в технологии, технике и экономике переработки минерального сырья. – Сб. научных трудов. – Часть 2. – Кривой Рог. – Механобрчермет – 1998. – С. 45 – 53.

5. Мовчан В.П. Некоторые аспекты оценки качества агломерата и окатышей и особенности их использования в доменной печи // Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2001. - № 5. – С. 8 – 11.

6. Мовчан В.П., Нестеров А.С., Ковалев Д.А. Термогравиметрические исследования процессов спекания железосодержащих систем в присутствии углерода // Сб. научных трудов. – ИЧМ НАН Украины. – 2001. – № 4 – С. 240-243.

7. Мовчан В.П., Бережной Н.Н., Ковалев Д.А. Влияние добавки антрацита в шихту на количество шлаковой связки в обожженных окатышах. // Теория и практика металлургии. – 2002. - № 4. – С. 11 – 14.

8. Мовчан В.П. Разработка режима термообработки рудоугольных офлюсованных окатышей. // Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2002. - № 2. – С. 8 – 10.

9. Мовчан В.П. Разработка технологии спекания аглоокатышей на конвейерной обжиговой машине. // Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2002. – № 3. – С. 6 – 9.

10. Мовчан В.П., Нестеров А.С., Ковалев Д.А. Влияние свойств шихты и углеродсодержащих добавок на качество железорудных окатышей. // Сб.научных трудов. – ИЧМ НАН Украины – 2002. № 5 – С. 77 – 83.

11. Мовчан В.П., Ковалев Д.А. Оптимизация температурного и газодинамического режимов обжига окатышей. // Системні технології Регіональний міжвузівський збірник наукових праць. - - Выпуск 3 (20). – Днепропетровск. – 2002. – 161 с. (С. 32 – 38).

12. Мовчан В.П. Влияние добавок антрацита в шихту на запыленность газопотоков при обжиге окатышей // Разработка рудных месторождений. Научно-технический сборник. – Выпуск № 79. – Кривой Рог. – 2002. – С. 72 – 76.

13. Мовчан В.П., Ковалев Д.А. Особенности формирования теплоносителя при обжиге окатышей на конвейерной машине // Металлургическая теплотехника. Сборник научных трудов Национальной металлургической академии Украины – том 6. – Днепропетровск: НметАУ, 2002 – 195 с. (С. 30 – 36).

14. Movchan V., Kovalyov D. Intensification of the induration process of iron ore pellets on the straight Grate // Nowe tecnologie i osiagnircia w metallurgies i inzynierii materialowe. Seria Metalurgia. – 2002. - № 25. – Р. 143 – 145.

15. Мовчан В.П., Бережной Н.Н., Ковалев Д.А. Перспективы использования каменных углей при подготовке металлургического сырья // Современная металлургия начала нового тысячелетия: сборник научных трудов. Часть 1. – Липецк: ЛТТУ, 2001 – 139с.

16. Мовчан В.П. Ковалев Д.А. Физико-химическая модель обжига железорудных окатышей с твердым топливом. // Теория и практика металлурии. – 2003. - № 3. – С.12-16.

17. Освоение технологии производства окатышей на обжиговой машине нового поколения. / Мовчан В.П., Пугач Н.Е., Журавлев Ф.И., Паталах А.А., Дворниченко И.Ф. // Горный журнал (Россия). – 2001. - № 9. – С. 14 – 16.

18. Мовчан В.П., Дмитренко А.И., Узлов В.М. Совершенствование технологической схемы обогащения магнетитовых кварцитов. // Горный журнал (Россия). – 2001. - №9. – С. 64 – 67.

19. Совершенствование технологии сухой магнитной сепарации / Мовчан В.П., Бызов В.Ф., Капленко Ю.П., Ломовцев Л.А.// Горный журнал (Россия). – 2001. - № 9 – С. 52 – 64.

20. Мовчан В.П., Ковалев Д.А. Особенности режимов термической обработки магнетитовых и гематитовых окатышей // Системні технології. Регіональний міжвузівський збірник наукових праць. – Выпуск 6 (23). – Днепропетровск, 2002. - 171 с. (С.97 - 103).

21. Мовчан В.П. Особенности формирования отходящих газов при агломерации // Разработка рудных месторождений. Научно-технический сборник. – к 80-летию КТУ. Кривой Рог. – 2002. – С. 145 – 148.

22. Технология производства офлюсованных железорудных окатышей с вводом в шихту твердого топлива. / Мовчан В.П., Пугач Н.Е., Литвинов О.П., Журавлев Ф.М., Паталах А.А., Дворниченко И.Ф.// Горный журнал (Россия). – 2002. - № 6. – С. 58 – 59.

23. Мовчан В.П., Дмитриенко А.И., Узлов В.М., Ковалев Д.А. Математическая модель для расчета гравитационного обогащения при сливе пульпы в хвостохранилище. // Системні технології. Регіональний міжвузівський збірник наукових праць. – Выпуск 1 (30). – Днепропетровск, 2004. – 170 с. (С.47 - 61).

24. Состояние, проблемы и перспективы подготовки железорудного сырья для металлургического передела / Ефименко Г.Г., Ковалев Д.А., Мовчан В.П., Ванюкова Н.Д.// “Теория и практика производства чугуна” - Международная научно-техническая конференция (Посвященная 70-летию “Криворожстали” - Кривой Рог – 24 – 27 мая, 2004 г.)

25. Мовчан В.П., Ванюкова Н.Д., Ковалев Д.А. Промышленные испытания технологии производства железорудных окатышей с добавлением замасленной окалины прокатных цехов. // Горный журнал. – 2001. - № 9 – с. 68 – 70.

26. Чашевый окомкователь: А.С. № 1448186 СССР, кл. F27В // В.П. Мовчан, Д.А. Ковалев, Ю.И. Петренко (СССР) № 4174645/31-02. Заявлено 05.01.87. Опубликовано 30.12.88. Бюлл. ; 48. – С. 188.

27. Спосіб виробництва активованого бентоніту: Деклараційний патент № 36370А (Україна): МПК С22В1/00 // В.П. Мовчан, Д.А. Ковальов, А.Д.Ковальов. (Україна). № 99126724. Заявлено 10.12.99. Опубликовано 16.04.2001. Бюл № 3.

28. Спосіб збагачування залізорудної сировини: Деклараційний патент № № 43753А (Україна): МПК 6с22В // В.П. Мовчан, А.И. Дмитренко, В.М. Узлов та ін.(Україна).. Заявлено від 17.12.2001.

29. Спосіб збагачування залізорудної сировини: Деклараційний патент № 48914А (Україна): МПК 8В03В7/00 // В.П. Мовчан, В.Ф. Бизов, А.И. Дмитренко та ін. (Україна) № 2002043391 від 23.04.2002 р. Опубликовано 15.08.02. Бюл.№ 8.

30. Спосіб виробництва окускованої залізорудної сировини: Деклараційний патент №31693А (Україна): МПК 6с22В 1/16 // В.П. Мовчан, С.Е. Сулименко, Н.В. Игнатов, Б.А. Нижегородов, В.И. Верещак, Н.Е. Пугач. Заявлено від 21.10.98 р. (Україна). Опубликовано 15.12.2000. Бюл. № 7 – 11.

31. Спосіб газового випалу рудно-паливних котунів: Деклараційний патент № 43751А (Україна): МПК 7с22В 1/16 //В.П. Мовчан, Н.Е. Пугач, А.О Паталах, Ф.М. Журавлев. № 2001085687 від 10.08.01. (Україна). Опубликовано 17.12.01. Бюл. № 11.

32. Спосіб випалу рудопаливних котунів на конвеєрній випалювальній машині: Деклараційний патент № 43752 А (Україна): МПК 7с22В 1/02 // В.П. Мовчан, Н.Е.Пугач, А.О. Паталах, Ф.М. Журавлев, № 2001085689 від 10.08.2001 (Україна). Опубликовано 17.12.2001. Бюл. № 11.

33. Магнитный гидросепаратор: патент № 2129471 (Россия), МПК 6В 03 С 1/02 // Чумаков В.А., Мовчан В.П., Кузнецов В.Г. и др. № 98118206/03 от 08.10.98. Опубликовано 27.04.99 – Бюл. № 12.

34. Ягольник М.В., Мовчан В.П., Ванюкова Н.Д. Исследование термической обработки рудоугольных окатышей применительно к условиям конвейерной обжиговой машины. // Теория и практика металлургии – 2004 - №2 – С. 3 – 9.

35. Сучасний стан і перспективи металургії України / Бережний М.М., Міхеєва В.І., Чубенко В.А., Мовчан В.П. // Вісник Криворізького технічного університету. Збірник наукових праць – Випуск 1 – 2003 – С. 44 – 45.

36. Мовчан В.П. Влияние различных факторов на содержание пыли в газопотоках при обжиге окатышей. // Разработка рудных месторождений. Научно-технический сборник. Выпуск 78 –Кривой Рог – 2002. С. 87 – 91.