Анотація до роботи:

Трофімова Л.О. Розробка технології високотемпературної переробки дисперсних залізографітових відходів металургійного виробництва. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.02 - Металургія чорних металів. - Приазовський державний технічний університет, Маріуполь, 2007.

Дисертація присвячена вивченню властивостей дисперсних залізографітових відходів (ЗГВ) металургійного виробництва і розробці технології їхньої високотемпературної переробки. Залежно від гранулометричного складу дисперсних ЗГВ встановлені закономірності зміни хімічних, фазового составів, насипний щільності і електрофізичних властивостей. За допомогою магнітного аналізу кількісно визначений розподіл магнетиту й металевого заліза в дисперсних ЗГВ. Досліджено кінетичні закономірності магнетизуючого випалу у власній атмосфері. Визначено умови повного магнітного перетворення оксидів заліза й одержання матеріалу з високими електрофізичними властивостями. Досліджено основні фізико-хімічні закономірності карботермічного самовідновлення (КТСВ) дисперсних ЗГВ. На підставі топохімічного аналізу процесу КТСВ отримані основні кінетичні рівняння процесу, що характеризують його різні стадії й лімітуючі фактори. В умовах ВАТ «Маркограф» організована дослідна ділянка по переробці дисперсних ЗГВ ВАТ «МК «Азовсталь» у новий продукт.

1. У дисертаційній роботі наведені теоретичне узагальнення і нове рішення науково-практичного завдання раціонального використання залізографітових відходів (ЗГВ) міксерного відділення й відділення десульфурації металургійного виробництва шляхом їх магнетизуючого випалу й карботермічного самовідновлення.

2. Для комплексного дослідження властивостей дисперсних ЗГВ використані стандартні методи (хімічний і дисперсний состави, насипна щільність) і нестандартні (електрофізичні властивості с_v, Ом^.м і у_s, А.м²/кг) методи аналізу, методи дослідження морфології й мікроструктури (МІМ-8М, растровий електронний мікроскоп РЄМ-100У і просвічуючий електронний мікроскоп ДЖЕМ-7А).

Розроблено установки і методики для високотемпературної обробки дисперсних ЗГВ в шарах (щільному, що рухається та гравітаційно-падаючому) з використанням диференційно-термічного, хроматографічного і волюмодинамічного методів аналізу.

3. Уперше на основі дослідження комплексу властивостей установлені основні закономірності хімічного (Fe_общ, FeО, Fe₂О₃, С, домішки), фазового (FeО, Fe₂О₃, Fe₃О₄) составів і насипної щільності ( 420-910 кг/м³), питомого об'ємного електричного опору (с_v=(0, 2-2,0)^.10^-4 Ом^.м) і питомої намагніченості насичення (у_s = 5-45 А^.м²/кг), залежно від гранулометричного складу дисперсних ЗГВ міксерного відділення й відділення десульфурації.

Експериментально встановлено, що з ростом розміру часток ЗГВ до 160 мкм відбувається різке зниження питомого об'ємного електричного опору с_v з 10³ Ом^.м до 10^-4 Ом^.м при незначному зниженні магнітних властивостей, а при розмірі більше 160 мкм при стабілізації електричних властивостей відбувається різке зниження магнітних властивостей.

4. Аналіз морфології й мікроструктури показав, що при лускатій будові графіту частки оксидів заліза мають сферичну форму, значна їхня частина механічно пов'язана із графітом, а ряд часток перебувають навіть усередині графітових часток, що унеможливлює механічний і магнітний поділ графіту й оксидів заліза (FeО, Fe₂О₃, Fe₃О₄).

Уперше кількісно, за допомогою магнітного методу аналізу, визначений розподіл магнетиту і металевого заліза в дисперсних ЗГВ міксерного відділення й відділення десульфурації.

5. Запропоновано новий напрямок переробки дисперсних ЗГВ в матеріал з високими магнітними й електропровідними властивостями шляхом їх магнетизуючого випалу або карботермічного самовідновлення. Розроблено вихідні вимоги до дисперсних ЗГВ для їхньої високотемпературної обробки.

6. На підставі дослідження кінетичних закономірностей магнетизуючого випалу в шарах (щільному нерухомому й тому, що рухається) установлені умови повного магнітного перетворення дисперсних ЗГВ й одержання матеріалу з високими електрофізичними властивостями (у_s = 70-85 А^.м²/кг, с_v = (0,2-2,0)^.10^-4 Ом^.м).

7. Уперше запропонован магнетизуючий випал дисперсних ЗГВ в гравітаційно-падаючому шарі. Це дозволило з використанням контрольованої СО-СО₂ атмосфери здійснити процес протягом декількох секунд при температурі 900 ^оС і досягти ступінь магнітного перетворення до 90 %. Отримані закономірності були покладені в основу розробки дослідного виробництва магнітного матеріалу з дисперсних ЗГВ.

8. З використанням диференціального термічного аналізу установлена температура початку металізації (960±5 ^оС), а також уперше вивчені основні фізико-хімічні закономірності карботермічного самовідновлення дисперсних ЗГВ в інтервалі температур 970-1090 ^оС. На підставі топохімічного аналізу процесу карботермічного самовідновлення отримані основні кінетичні рівняння процесу, що підтверджують стадійність і лімітуючи фактори процесу.

9. На підставі магнітного й електрофізичного аналізу карботермічного самовідновлення встановлена можливість одержання з дисперсних ЗГВ матеріалу з високою питомою намагніченістю насичення (у_s = 160 - 170 А^.м²/кг, при у_sFeмет = 210 А^.м²/кг) при досить низькому питомому об'ємному електроопорі (~ 2 ^. 10^-4 Ом^.м).

10. Запропоновано структурну й технологічну схему дослідної ділянки по високотемпературній переробці дисперсних ЗГВ в магнетизований і відновлений графіт магнітний. В умовах ВАТ «Маркограф» організована дослідна ділянка по переробці дисперсних ЗГВ ВАТ «МК «Азовсталь» у новий продукт. Очікуваний економічний ефект становить 45 тис. грн. на рік.

Публікації автора:

1. Маслов В.А., Трофимова Л.А., Пустовалов Ю.П. Магнетизирующий обжиг железографитовых отходов в плотном движущемся слое // Вестник Приазов. гос. техн. ун–та: Сб. науч. тр. – Мариуполь: ПГТУ, 1999. – Вып. 8. – С. 29–31.

2. Маслов В.А., Трофимова Л.А. Магнитные свойства ЖГО металлургического производства в зависимости от различных параметров // Вісник Приазов. держ. техн. ун–ту: Зб. науч. пр. – Маріуполь: ПДТУ, 2000. – Вип. 9. – С.37–39.

3. Маслов В.А., Трофимова Л.А. Морфология и микроструктура частиц ЖГО металлургического производства // Вісник Приазов. держ. техн. ун–ту: Зб. науч. пр. – Маріуполь: ПДТУ, 2002. – Вип. 12. – С. 71–75.

4. Дифференциальный термический анализ кинетики карботермического самовосстановления дисперсных ЖГО металлургического производства / Маслов В.А., Трофимова Л.А., Пустовалов Ю.П., Макеев В.Э. // Вісник Приазов. держ. техн. ун–ту: Зб. науч. пр. – Маріуполь: ПДТУ, 2003. – Вип. 13. – С. 76–79.

5. Маслов В.А., Трофимова Л.А. Исследование кинетики карботермического самовосстановления железографитовых отходов металлургического производства // Вісник Приазов. держ. техн. ун–ту: Зб. науч. пр. – Мариуполь: ПДТУ, 2004. – Вип. 14. – С. 41–43.

6. Маслов В.А., Трофимова Л.А., Дан Л.А. Динамика движения и нагрева дисперсных железографитовых отходов в гравитационно–падающем слое // Вісник Приазов. держ. техн. ун–ту: Зб. науч. пр. – Мариуполь: ПДТУ, 2006. – Вип. 16. – С.63–67.

7. Трофимова Л.А. Исследование кинетики магнетизирующего обжига графита магнитного // Тез. докл . IV региональной науч. –техн. конф. – Мариуполь: ПГТУ, 1997. –Т. 3. – С.35.

8. Дан Л.А., Маслов В.А., Трофимова Л.А. Об использовании железографитовых отходов литейного производства // Пути повышения качества и экономичности литейных процессов: Материалы VII междунар. конф. – Одесса: ОГПУ, 2003. – С.10–11.

9. Опытно–промышленная установка по переработке железографитовых отходов литейного производства / Дан Л.А., Маслов В.А., Трофимова Л.А., Шварц Л.Н. // Пути повышения качества и экономичности литейных процессов: Материалы VIII междунар. конф. – Одесса: ОГПУ, 2004. – С. 42–43.

10. Маслов В.А., Дан Л.А., Трофимова Л.А. Комплексный анализ движения, тепло– и массопереноса оксидных частиц в гравитационно–падающем слое // Пути повышения качества и экономичности литейных процессов: Материалы IХ междунар. конф. – Одесса: ОГПУ, 2005. –С. 33–35.

11. Маслов В.А., Трофимова Л.А., Дан Л.А. О некоторых аспектах высокотемпературной обработки железографитовых отходов металлургического производства // Тепло– и масообменные процессы в металлургических процессах: Материалы VII междунар. науч. –техн. конф. – Мариуполь: ПГТУ, 2006. – С. 150–155.

12. Использование железографитовых отходов производства в композиционных материалах // Маслов В.А., Трофимова Л.А., Южаков Б.А. и др. // Переработка отходов и очистка сточных вод: Тез. докл. конф. – Мариуполь: КЭЦ «Стратегия», 1996. – С.32.

13. Маслов В.А., Трофимова Л.А. Об особенностях карботермического самовосстановления дисперсных ЖГО // Тез. докл. IХ региональной науч. техн. конф. – Мариуполь: ПГТУ, 2002. – Т. 1. – С. 52.

14. Маслов В.А., Трофимова Л.А. Разработка методики волюмодинамического анализа КТСВ // Тез. докл. Х региональной науч.–техн. конф. – Мариуполь: ПГТУ, 2003. –Т.2. – С. 159.

15. Маслов В.А., Трофимова Л.А. Влияние температуры на кинетику КТСВ ЖГО // Тез. докл. Х региональной науч.техн.конф. – Мариуполь: ПГТУ, 2003. – Т. 2. – С. 158.

16. Маслов В.А., Трофимова Л.А. Использование метода аффинных преобразований при исследовании КТСВ // Прогрессивные и ресурсосберегающие технологии литейного производства: Тез. докл. республиканской науч.–техн. конф. –Мариуполь: ПГТУ, 2004. – С. 29.

17. Маслов В.А., Трофимова Л.А. Особенности разработки опытно–промышленной установки КТСВ ЖГО металлургического производства // Прогрессивные и ресурсосберегающие технологии литейного производства: Тез. докл. республиканской науч.–техн. конф. – Мариуполь: ПГТУ, 2004. – С. 71.

Особистий внесок здобувача в публікаціях: постановка експерименту при вивченні кінетики магнетизуючого випалу ЗГВ, участь у проведенні експерименту, обробка даних [1, 7]; постановка експерименту при вивченні кінетики КТСВ ЗГВ, проведення експерименту, обробка даних [13, 14, 15]; підготовка зразків, аналіз морфології й мікроструктури часток дисперсних ЗГВ, їхніх магнітних властивостей [2, 3]; топокінетичний аналіз закономірностей КТСВ [5, 16]; обробка результатів експериментів по вивченню кінетики магнетизуючого випалу й КТСВ ЗГВ, узагальнення отриманих закономірностей [4, 11]; аналіз методів переробки й утилізації дисперсних ЗГВ [8, 12]; побудова математичної моделі руху й нагрівання часток ЗГВ, експериментальна перевірка її адекватності [6, 10]; участь у проектуванні дослідно-промислової установки по високотемпературній обробці дисперсних ЗГВ [9, 17].