Анотація до роботи:

Ванюкова Н.Д. Поліпшення металургійних властивостей залізорудних окускованих матеріалів для підвищення ефективності виплавки металу. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.16.02 – металургія чорних металів – Національна металургійна академія України – Дніпропетровськ, 2003.

У дисертаційній роботі на основі наукових узагальнень, теоретичних розробок та експериментальних досліджень у лабораторних умовах та на промислових агрегатах вирішена важлива науково-прикладна проблема поліпшення металургійних властивостей окускованих залізорудних матеріалів, а саме поліпшення міцності при відновлювально-тепловій обробці, високотемпературних властивостей та здатності до відновлення в хімічно-резервній зоні доменної печі, які одержані на базі науковообгрунтованого методу управління структурою окускованої сировини із шихт з різним вмістом вуглецю. Запропоновані технологічні та технічні рішення щодо поліпшення металургійних властивостей окускованої сировини та отримання губчатого заліза з промислових залізорудних концентратів, на основі сполученого процесу металізації та спікання у подовій обертовій печі.

Основні результати дисертаційної роботи впроваджені на фабриці окомкування ВАТ “Центральний ГЗК” та ВАТ ТЗКГ.

1. Розроблено наукові основи поліпшення металургійних властивостей залізорудних окускованих матеріалів з метою забезпечення високої ефективності виплавки металу в доменних печах і сталеплавильних агрегатах. Запропоновано здійснювати рішення проблеми шляхом додання залізорудним обкотишам і агломерату, а також губчатому залозу структурних особливостей, що забезпечують підвищення міцності у холодному стані і при відновлювально-тепловій обробці, а також за рахунок поліпшення високотемпературних властивостей окускованих матеріалів і губчатого заліза. Управління якістю здійснюється за допомогою інтенсифікації взаємодій у гетерогенних системах газ - тверде; розплав - тверде шляхом введення добавок твердого палива і флюсів. Розвиток цього напрямку вимагає комплексного дослідження технологічних можливостей агломерації, виробництва обкотишів і металізації для здійснення процесів формування структури окускованих матеріалів із заданими металургійними властивостями.

2. Стосовно до існуючої технології окисного обпалу обкотишів розроблена теоретична база інтенсифікації масопереносу при спіканні рудовуглецевих обкотишів шляхом генерації відновлювального газу при їх термічній обробці і підвищення за рахунок цього активного стану оксидів заліза, що утворюють у контакті з флюсами легкоплавкі первинні з'єднання. Аналіз фізико-хімічних процесів окислювання, декарбонізації, відновлення і зміцнення з використанням динамічної математичної моделі масо- і теплообміну у шарі обкотишів дозволив виявити резерви кінетичного лімітування в процесах окислювання магнетиту і дисоціації карбонатів. Вплив добавок твердого палива на масообмін у системі тверде-рідке виявляється в процесах утворення розплаву в системі залізорудний концентрат-розплав. Середня температура, при якій утворюється розплав, не залежить від вмісту твердого палива в інтервалі від 0,2 до 1,5% С. Експериментально встановлено, що при нагріванні й охолодженні спостерігається термічний гістерезис. Критичні температури при нагріванні на 30С вищі, ніж при охолодженні. Для суперконцентратів у суміші з вуглецевими матеріалами кількість розплаву є незначною, а за їх відсутності розплав не утворюється.

3. На основі комплексного аналізу результатів дослідження процесів окислення магнетиту і декарбонізації кальциту в офлюсованих обкотишах при неізотермічному режимі обпалу з різною швидкістю нагрівання встановлено, що підвищення швидкісті нагрівання знижує ступінь окислення магнетиту в зоні помірних температур і зрушує її в зону високих температур, при яких окислення магнетиту припиняється до повного видалення диоксиду вуглецю, що знижує концентрацію кисню в газі-окислювачі. У ході промислових експериментів на установці решітка-трубчаста піч-охолоджувач підтверджено, що при збільшенні коефіцієнта витрати повітря і основності вміст монооксиду заліза в обкотишах знижується на виході з печі, що свідчить про підвищення ступеню окислювання магнетиту.

4. Розвиток відновних процесів у сумішах, що містять оксиди заліза і вуглець, та утворення розплаву при їхньому нагріванні в атмосфері азоту досліджували методом диференційно-термічного аналізу і термогравиметрії. Досліджували магнетитовий, гематитовий і гематит-лимонітовий концентрати з добавкою коксу і вугілля з високим вмістом летких. Встановлено, що в суміші гематитового концентрату з вугіллям розплав утворюється при добавці 1,5-2,0%С, а для магнетитового - 1,0-2,0%С при середній температурі 1135С. Для гематито-лимонітового концентрату в суміші з 1% коксу розплав утворюється при температурі 1092 - 1095С. Критичною температурою втрати маси суміші магнетитового концентрату з вугіллям є 800-850С. Втрата маси в суміші з коксом протікає повільніше. Отримані дані підтверджують, що при добавках твердого палива до залізорудних концентратів розвиваються реакції вуглецьтермічного відновлення оксидів заліза.

5. Розроблено новий вид окускованих матеріалів - обкотиші, що самовідновлюються, які характеризуються вмістом вуглецю після термічної обробки. При нагріванні в умовах шахти доменної печі в ціх матеріалах протікає реакція твердофазного вуглецьтермічного відновлення оксидів заліза з утворенням металевого заліза. Отримано експериментальну залежність ступеня металізації від вмісту вуглецю в обпаленному обкотиші. Використання цих окускованих матеріалів є альтернативою процесам металізації поза доменною піччю має очевидні переваги.

6. Розроблено теоретичні основи одержання окускованих матеріалів, що самовідновлюються, при обпалі сирих рудовуглецевих обкотишів в окислювальній атмосфері. Для одержання цих обкотишів необхідно, щоб тривалість термообробки обкотишів була менша, ніж час повного окислювання вуглецю. Тривалість термообробки сирих рудовуглецевих обкотишів і пов'язанна з нею ступінь окислення вуглецю визначаються рівнем максимальних температур у горні, швидкістю фільтрації теплоносія, висотою шару обкотишів, розміром обкотиша, концентрацією кисню в газовій фазі, вмістом вуглецю в сирих обкотишах і реакційною здатністю твердого палива. Для одержання агломерату, що містить вуглець, до перерахованих факторів додається кількість твердого палива крупністю 5-7 мм. Розроблено метод розрахунку вмісту вуглецю в обпалених обкотишах, що базується на теорії процесів масообміну. Методом симплекс-планування отримані статистичні залежності впливу основних факторів на вміст вуглецю і проведена оптимізація технологічних факторів. Оптимальний вміст вуглецю знаходиться в інтервалі 1,4-1,5%.

7. Розроблено новий вид залізорудних офлюсованих обкотишів - багатошарові обкотиші. Технологія їх одержання забезпечує розташування флюсу і твердого палива концентричними шарами усередині обкотиша без виходу на поверхню. Структура багатошарових обкотишів, обпалених в окислювальній атмосфері, визначається співвідношенням твердого палива і флюсу, за рахунок яких може бути збільшена основність обкотишів і одержана їх вюститно-магнетитова структура, що підвищує міцність при відновно-тепловій обробці.

8. Розроблені основні характеристики губчатого заліза, яке одержували сполученим процесом металізації і спікання залізорудних концентратів. Губчате залізо - це твердофазний продукт, що складається з металевого заліза, порожньої породи, домішок і вуглецю. Металева частина губчатого заліза містить більш ніж 0,7% вуглецю і представлена переважно феритними структурами. У деяких випадках присутній білий чавун - 4,3% вуглецю. Порожня порода - зв'язана з монооксидом заліза у силікати. Розроблено технологічні параметри сполученого процесу металізації і спікання губчатого заліза з різних залізорудних концентратів, вуглецьмістячих матеріалів і добавок в'язких речовин. Розроблена удосконалена технологія виробництва активованого бентоніту з лужноземельних глин Нікопольського родовища. На основі напівпромислових іспитів розроблені рекомендації для проектування промислових агрегатів.

9. Спрямованість теоретичних і експериментальних досліджень, виконаних у дисертаційній роботі, на розробку і впровадження ефективних методів управління металургійними властивостями окускованої залізорудної сировини шляхом виробництва обкотишів, що самовідновлюються, обкотишів з вюститно-магнетитовою структурою і губчатим залізом, відповідає основним положенням Концепції розвитку гірничо-металургійного комплексу України до 2010 року.

Практична цінність підтверджується величиною економічного ефекту 380тис.грн, отриманого при впровадженні її результатів.

Усе це дозволяє кваліфікувати представлену дисертацію як наукову працю, у якій представлені науково-обгрунтовані технологічні і технічні рішення, упровадження яких вносить значний вклад у прискорення науково-технічного прогресу в чорній металургії і має велике значення для народного господарства України.

Основний зміст дисертації опублікований у роботах:

1. Ванюкова Н.Д. Разработка технологии получения и термической обработки многослойных окатышей с флюсоугольной смесью.// Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2001. - №1. – С. 14-18.

2. Ванюкова Н.Д., Билоус В.Н. Освоение технологии производства многослойных железорудных окатышей с флюсоугольной смесью. // Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2001. - №2. – С. 11-14.

3. Ванюкова Н.Д. Исследование металлургических свойств железорудных окатышей полученных с твердым топливом. // Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2001. - №3. – С. 12-15.

4. Ванюкова Н.Д. Оптимизация технологии получения самовосстанавливающихся железорудных окатышей. // Системні технології. Регіональний міжвузівський збірник наукових праць. – Випуск 3 (14). – Дніпропетровськ. – 2001. – 185 с. (С.31-41).

5. Ванюкова Н.Д. Исследование влияния качества агломерационного топлива на содержание остаточного углерода в агломерате. // Вісник Приазовського державного технічного університету. – 2001. – вип. 11. – С. 27-30.

6. Ванюкова Н.Д. Метод расчета количества остаточного углерода при окислительном обижге рудоугольных окатышей // Системні технології. Збірник наукових праць: Дніпропетровськ. – 2002. - №1 (18). – 149 с. (С.47-51).

7. Ванюкова Н.Д. Исследование влияния технологических факторов на качество металлизированного продукта при высокотемпературном восстановлении окатышей. // Наукові праці ДонДТУ. Металургія. – 2002. – Випуск 40. – 196 с.(С.42-47).

8. Ванюкова Н.Д . Влияние режима обжига на полноту использования остаточного углерода железорудных окатышей при их восстановлении. // Теория и практика металлургии. – 2000. - №3. – С.9-12.

9. Ванюкова Н.Д . Исследование влияния количества и крупности углерода на кинетику комплексного восстановления железорудных окатышей с центральным угольным ядром. //Теория и практика металлургии. – 1998. - №2. – С.28-31.

10. Ванюкова Н.Д . Исследование кинетики окисления железорудных концентратов магнитного обогащения. // Системні технології. Збірник наукових праць. – 2002. - №6 (23) – С.134-139.

11. Ванюкова Н.Д ., Камкина Л.В. Исследование процессов образования расплавов в рудоугольных композициях.// Теория и практика металлургии. – 2003. - №1. – С.5-10.

12. Ванюкова Н.Д . Полупромышленные испытания технологии металлизации железосодержащих окатышей на вращающейся подовой печи.// Металлургическая теплотехника. Сборник научных трудов Национальной металлургической академии Украины. – Днепропетровск: НметАУ. – 2002. – том 7. – 198 с. (С.124-129).

13. Ванюкова Н.Д . Технология производства губчатого железа на вращающейся подовой печи. // Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2002. - №7. – С.75-78.

14. Ванюкова Н.Д ., Камкина Л.В. Исследование совмещенного процесса высокотемпературного восстановления и спекания рудоугольных окатышей. // Теория и практика металлургии. – 2002. - №4. – С.14-19.

15. Ванюкова Н.Д . Влияние технологических параметров термообработки магнетитовых окатышей на их качество. // Nowe techologie i osiagniecia w metalurgh i inzynierii materialowej. Seria Metalurgia - 2002 - №25 - p. 146-150.

16. Ванюкова Н.Д., Камкина Л.В., Костелов О.Л. Исследование прямого восстановления в термически упрочненных рудоугольных окатышах. // Современная металлургия начала навого тысячелетия: Сборник научных трудов. – часть 1. – Липецк: ЛГТУ. – 2001 – 149с. (с.99-102).

17. Ванюкова Н.Д., Гришин О.Н., Белоножко А.Н. Разработка технологии производства многослойных офлюсованных железорудных окатышей на Полтавском ГОКе.// Металлургическая и горнорудная промышленность. – 1999. - №4 – С. 14-16.

18. Ковалев Д.А., Ванюкова Н.Д., Билоус В.Н. Физико-химические основы жидкофазного спекания железорудных материалов. // Теория и практика металлургии. – 1999. - №5. – С.8-12.

19. Использование опытных железорудных офлюсованных окатышей с остаточным углеродом в доменной плавке. / Ковалев Д.А., Ванюкова Н.Д., Журавлев Ф.М., Зюзь В.Г., Васюченко А.И.// Сталь. 1999. - №8. – С.4-9.

20. Ванюкова Н.Д., Шмат К.В., Дидух К.Р. Влияние реакционной способности твердого топлива на содержание остаточного углерода в железорудных окускованных материалах. // Теория и практика металлургии. – 1998. - №4. – С.3-5.

21. Ванюкова Н.Д., Дидух К.Р. Исследование технологии получения агломерата с использованием крупного топлива. // Труды теждународного конгресса доменщиков. «Производство чугуна на рубеже столетий»: Днепропетровск: Пороги. – 1999. – 486 с.

22. Ванюкова Н.Д., Шмат К.В., Дидух К.Р. Исследование влияния различных видов твердого топлива на содержание остаточного углерода в окускованных продуктах.// Труды международного конгресса доменщиков: «Производство чугуна на рубеже столетий»: Днепропетровск: пороги. – 1999. – 486 с.

23. Мовчан В.П., Ванюкова Н.Д., Ковалев Д.А. Опыт производства железорудных офлюсованных окатышей на Центральном ГОКе с использованием глин попутной добычи в качестве связующей добавки.// Металл и литье Украины. – 1999. - №7 – 8. – С.21-23.

24. Мовчан В.П., Ванюкова Н.Д., Ковалев Д.А. Разработка технологии активизации глин и ее использование для производства окатышей. // Металлургическая и горнорудная промышленность. – 1999. - №2-3. – С. 65-67.

25. Ванюкова Н.Д., Ковалев Д.А., Давидюк А.А. Исследование физико-химических, реологических и технологических зарактеристик бентонитовых глин различных месторождений. // Металлургическая и горнорудная промышленность. – 1997. - №3. – С. 13-16.

26. Ванюкова Н.Д., Давидюк А.А., Ковалев Д.А. Разработка технологических параметров окомкования концентратов Центрального ГОКа с бентонитами различного качества. // Металлургическая и горнорудная промышленность. – 1997. - №4. – С.3-8.

27. Шихта для виробництва залізорудних окотишів. – Патент України №29078А. – С.22В1/234/ Д.А. Ковалев, В.П. Мовчан, О.Д. Ковалев, Н.Д. Ванюкова, М.Д. Ковалев, Н.Е. Пугач. - №97126457 заявлено 30.12.1997. Опубликовано 16.10.2000. – Бюл. №5 – 11.

28. Спосіб виробництва активованого бентоніту – патент України №36370. – С 22 В 1/00/ Д.А. Ковалев, В.П. Мовчан, Н.Д. Ванюкова. - №99126724 заявлено 10.12.1999. Опубликовано 16.04.2001. – Бюл. №3.

29. Способ обжига рудно-топливных окатышей: Ас 1388442 СССР, МКИ С 22 В/04/ Д.А. Ковалев, Г.Г. Ефименко, О.А. Гогенко, В.А. Яценко, Н.Д. Ванюкова, Н.Н. Бережной. - №4102539/31 – 02/080579 заявленео 26.05.86. Опубликовано 10.03.87.

30. Способ получения офлюсованных окатышей из высококремнистых железорудных концентратов: А.с. 1388442 СССР. МКИ С 22 В1/4 / Д.А. Ковалев, Г.Г. Ефименко, К.В. Шмат, В.П. Мартыненко В.И. Лобода, В.Б. Исполатов, В.Д. Астафьев, В.А. Овсянников, Н.Д. Ванюкова, С.Е. Сулименко, В.А. Яценко - №4099799 заявлено 26.05.86. Опубликовано 15.12.87. – Бюл. № 46.