Анотація до роботи:

Вергун О.С. Розвиток теорії та розробка ресурсо– і енергозберігаючих технологій ковшового рафінування чавуну перед киснево–конвертерною плавкою. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук зі спеціальності 05.16.02 – ”металургія чорних металів”; – Національна металургійна академія України, м. Дніпропетровськ, 2003.

Дисертація присвячена вирішенню важливої науково–технічної проблеми – одержанню поза доменною піччю методами ковшової обробки якісного переробного конвертерного чавуну, вміщуючого оптимальну кількість сірки, кремнію, фосфору та азоту.

В роботі викладені результати теоретичних та експериментальних досліджень технології комплексної десиліконізації, десульфурації та дефосфорації чавуну Na–вмісними шлаками; одержані нові розрахункові та експериментальні дані, що підтверджують протікання процесу десульфурації чавуну магнієм за механізмом розчинення магнію в чавуну й подальшої взаємодії розчинених сірки та магнію; викладені результати теоретичних та експериментальних досліджень, які стосуються поведінки азоту в чавуні в процесі виплавки, випуску і транспортування чавуну та його позапічної десульфурації різними реагентами. Основні результати роботи впроваджені в виробництво зі значним економічним ефектом і рекомендовані для впровадження металургійним підприємствам, які виробляють якісну киснево–конвертерну сталь.

1. На основі теоретичного узагальнення практичного досвіду металургійного виробництва запропоновані напрямки рішення проблеми підвищення конкурентоспроможності металопродукції України за рахунок створення матеріало – енергоекономних технологій очищення переробного конвертерного чавуну від сірки і фосфору з побіжною деазотацією.

2. У результаті термодинамічних і експериментальних досліджень механізму процесу десульфурації чавуну інжектуванням магнію через фурму занурення встановлено, що процес десульфурації здійснюється, здебільшого, за рахунок розчинення магнію в чавуні і подальшої взаємодії між розчиненими в чавуні сіркою і магнієм. Запропоновано фізико-хімічну схему процесу десульфурації чавуну інжектуванням диспергованого магнію в розплав через фурму занурення, яка включає:

розчинення магнію в первинній реакційній зоні;

перенесення висхідними макропотоками насичених магнієм об’ємів чавуну і газових бульбашок до поверхні розплавленого чавуну;

побіжна взаємодія розчиненого в чавуні магнію із сіркою чавуну у вторинній реакційній зоні;

перехід продуктів взаємодії сірки і магнію в шлак і часткове винесення у газову фазу.

3. Введення в магнієвий реагент для десульфурації чавуну алюмінію підвищує температуру випарювання магнію, знижує інтенсивність випарювання магнію і підвищує розчинність магнію в чавуні. Установлено, що оптимальним, з погляду ефективності процесу десульфурації, є використання магній–алюмінієвого сплаву, який містить 10 % алюмінію. Уперше встановлено, що використання гранульованого магніє– алюмінієвого сплаву МА9Ц6 при десульфурації чавуну дозволило підвищити показники процесу десульфурації (ступінь використання магнію на сірку, показник b) ~ на 10 %. Крім того, використання вторинного гранульованого магнію при десульфурації чавуну дозволяє одержати побіжну деазотацію чавуну (у кількості 20 – 25 % навіть при використанні повітря, як транспортуючого газу).

4. З урахуванням результатів аналізу термодинамічних і кінетичних умов протікання процесів комплексного рафінування чавуну (десиліконізація, десульфурація, дефосфорація) шлакоутворюючими сумішами різного складу (CaО–містячі і Na₂O–містячі), а також вимог матеріало–енергоекономної технології рафінування вибраний тип шлаку, що рафінує - Na₂O–містячий, що базується на використанні промислових відходів хімічного виробництва - сплаву сульфату і карбонату натрію (плаву соди).

5. Виконано термодинамічний аналіз процесу випару карбонату натрію й основних окисних систем типу Na₂O-SiО₂ і Na₂O-P₂O₅. Розрахунковим шляхом визначені склади газової фази. Для системи Na₂O-SiО₂ відзначена задовільна збіжність отриманих розрахункових даних з експериментальними даними.

6. Виконаний термодинамічний аналіз реакцій, які протікають при взаємодії компонентів залізовуглецевого розплаву із содомістячими шлаками. Показано, що процес взаємодії вуглецю з карбонатом натрію супроводжується випарюванням натрію. При використанні сульфату натрію відбувається перехід сульфату в сульфід. У загальному вигляді представлені реакції окислення фосфору і кремнію чавуну карбонатом і сульфатом натрію, що пояснюють механізм процесу рафінування чавуну плавом соди.

7. Виявлений єдиний реагент (плав соди), що має одночасно окислюючу, знесірчуючу і знефосфорюючу здатність. Експериментально вивчені особливості процесів рафінування чавуну шлакоутворюючими содомістячими сумішами, установлена перевага в окисному рафінуванні плаву соди у порівнянні із содою. При проведенні промислових досліджень уперше доведена можливість двостадійного глибокого рафінування чавуну від кремнію, сірки і фосфору содомістячими відходами з одержанням чавуну, що містить менше 0,02 % фосфору і тисячні частки відсотка сірки.

8. При дослідженні поведінки азоту в чавуні в процесі виплавлення, випуску в ківш установлені: залежність вмісту азоту в чавуні (у межах 0,007 – 0,015 %) від хімічного складу чавуну і шлаку, а також незначне (на 0,001 – 0,002%) зниження його вмісту в чавуні в процесі випуску чавуну в ківш.

9. Уперше встановлено, що рівноважний вміст азоту в чавуні на всьому протязі технологічного циклу (від випуску з доменної печі до зливання в міксер) залишається нижчим фактичного на 0,002–0,004 %.

10. Уперше встановлено, що при десульфурації чавуну шлакоутворюючою сумішшю (Сао + Al), що вдувається в чавун у струмені кисню, побіжна деазотація не залежить від вмісту сірки в чавуні і протікає з початку обробки, у той час як при десульфурації чавуну магнієм процес побіжної деазотації одержує інтенсивний розвиток при істотному підвищенні вмісту магнію в чавуні.

11. Вперше промисловими експериментами підтверджено, що при десульфурації чавуну содосульфатними сумішами має місце побіжна деазотація чавуну на рівні 40 – 50 % (з 0,008 – 0,009 % до 0,004 – 0,005 %).

12. Розроблені ресурсо– енергозберігаючі технології десульфурації, дефосфорації і десиліконізації чавуну (усі з побіжної деазотацією) дозволяють у кожному конкретному випадку забезпечити киснево-конвертерний процес чавуном з оптимальним вмістом сірки, фосфору і азоту. Особливостями запропонованих технологій є використання промислових відходів, як реагенту, а також максимальна компенсація теплових втрат у процесі обробки чавуну.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ВІДОБРАЖЕНИЙ У НАСТУПНИХ ПУБЛІКАЦІЯХ

1. Вергун А.С. Предпосылки комплексной обработки чугуна и выбор эффективной технологии ее осуществления //Известия ВУЗов. Черная металлургия. – 1999.–№ 4. – С.3 –7.

   Вергун А.С. Комплексное рафинирование чугуна натрийсодержащим шлаком //Известия ВУЗов. Черная металлургия. – 1999.–№ 8.– С.5–9.

   Вергун А.С. Исследование поведения азота в чугуне в процессе выплавки и внедоменной десульфурации //Теория и практика металлургии. – 1998. – № 3. – С.17–20.

   Вергун А.С. Исследование и разработка оптимального химического состава магнийсодержащего реагента для внедоменной десульфурации чугуна // Теория и практика металлургии. – 2000. – № 3. – С.21–24.

   Десульфурация чугуна в 420–тонных передвижных миксерных ковшах /Воронова Н.А., Вергун А.С., Лафер И.М., Айзатулов Р.С., Некрасов А.П. //Бюллетень ЦНИИЧМ. – 1983. – № 8. – С. 46–47.

   Вергун А.С., Лафер И.М., Шевченко А.Ф. К вопросу о механизме десульфурации чугуна магнием //Сталь. – 1985. – № 3. – С.17–19.

   Вергун А.С. Механизм процесса десульфурации чугуна магнием //Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2000. –№ 3. – С.5-7.

   Чернятевич А.Г., Вергун А.С., Чубин К.И. Особенности десульфурации чугуна при вдувании диспергированного магния //Известия ВУЗов. ЧМ. – 2000.– № 12.– С.3–8.

   Закономерности поведения азота в передельном чугуне в процессе выплавки и выпуска его в ковш /Вергун А.С., Шевченко А.Ф., Руденко Л.Н., Руденко А.Л.//Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2002. – № 2.–С.8–10.

   Промышленное производство особочистого по сере доменного чугуна /Плискановский С.Т., Воронова Н.А., Шевченко А.Ф., Хрущев Е.И., Вергун А.С., Пефтиев И.М., Мальков А.Н., Герасимов В.А., Остапчук Н.П. //Металлург. – 1980. – № 4. – С.19–21.

   Исследование эффективности использования обесфосфоренного чугуна при кислородно–конвертерном переделе / Плевако В.С., Вергун А.С., Старов Р.В., Гулыга Д.В., Трунов Б.С., Шеенко М.И., Гнедаш А.В.//Металлург.–1988.–№9. –С.25–26.

   Организация отбора представительных проб и контроль качества особочистого по сере чугуна /Хрущев Е.И., Остапчук Н.П., Шевченко А.Ф., Вергун А.С. //Металлург. – 1982.–№ 11.– С. 15–16.

   Эффективность комплексной обработки чугуна /Зотов А.В., Гулыга Д.В., Вергун А.С., Шевченко А.Ф., Вяткин Ю.Ф., Руденко А.Л., Коваль В.А., Бельман Л.М. //Сталь. – 1993.– №7.– С.18–20.

   Руденко А.Л., Вергун А.С. Расчет равновесия в системе ”металл–шлак” в процессе внепечного рафинирования чугуна //Известия ВУЗов. ЧМ. – 1991.– №12.– С.36.

   Влияние типа и расхода реагента на теплопотери чугуна при внепечной обработке /Шевченко А..Ф., Зигало И.Н., Двоскин Б.В., Вергун А.С., Костицын Е.А.//Известия ВУЗов. ЧМ. – 1996.–№8. –С.4–7.

   Влияние параметров процесса десульфурации чугуна вторичным магнием на попутную деазотацию /Вергун А.С., Шевченко А.Ф., Двоскин Б.В., Зотов А.В., Курилова Л.П.//Сб труд. ИЧМ НАНУ.”Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии”., вып. 4.–К.:Наукова думка, 2001.– С. 83–87.

   Сопоставление эффективности способов десульфурации чугуна /Шевченко А.Ф., Двоскин Б.В., Вергун А.С., Быков Л.В., Александров В.А., Баранник И.А.//Сталь.–2000.–№8.–С.14–17.

   Особенности гидрогазодинамических процессов при комплексной обработке чугуна в двухкамерном ковше /Чернятевич А.Г., Вергун А.С., Кравец А.Н., Селищев В.Н., Бабич Т.А.//Теория и практика металлургии.–2000. –№4.–С.17–22.

   Разработка технологии одновременного обескремнивания и десульфурации чугуна в заливочном ковше /Чернятевич А.Г., Вергун А.С., Кравец А.Н., Селищев В.Н.//Известия ВУЗов. Черная металлургия. – 2000.–№ 10.–С.14–18.

   Расчетный метод регулирования расхода магния при глубокой десульфурации чугуна /Воронова Н.А., Шевченко А.Ф., Вергун А.С., Мальков А.Н. //Сб. МЧМ СССР: Интенсификация процессов доменной плавки и освоение печей большого объема, – 1980. – №6.– С.85–91.

   Руденко А.Л., Вергун А.С., Шевченко А.Ф. Испарение Na-содержащих флюсов и шлаков при комплексной обработке железоуглеродистых расплавов //Сб. трудов ИЧМ НАНУ ”Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии”. – К.: Наукова думка, – 1985.–С.92–100.

   Шеенко М.И., Вергун А.С., Курилова Т.П. Исследование возможности получения чистых по сере и фосфору чугунов для переработки в кислородном конвертере //Сб МЧМ СССР. Технология выплавки конвертерной и мартеновской стали. – М.: Металлургия, 1985. –С.63–67.

   Вергун А.С., Приходько Э.В., Шеенко М.И. Исследование процесса внепечной дефосфорации чугуна //Сб. трудов ИПЛАН УССР ”Внепечная обработка металлических расплавов”. – К.– 1986. – С.42–46.

   Вергун А.С., Харахулах В.С. Эффективность применения обессеренного чугуна при выплавке конвертерной стали // Сб. трудов ИЧМ МЧМ СССР ”Черная металлургия. Наука–технология–производство”. – М.: Металлургия, – 1989. – С. 131–136.

   Особенности процесса внепечной десульфурации жидкого железоуглеродистого полупродукта /Вергун А.С., Корченко В.П., Поляков В.Ф., Руденко А.Л., Мальков А.Н.//Труды Всесоюзн. научно–техн. конф. ”Непрерывные процессы ”Руда - лом - металлопрокат”. – Свердловск: ВНИИМТ, – 1989. – С.62–63.

   Способ обработки чугуна магнием: А.с. 1106154 А СССР, МКИ С21С 1/00 /Н.А.Воронова, А.Ф.Шевченко, М.Л.Лавреньев, А.С.Вергун, А.Г.Кияшко (СССР) – № 3521496/22–02; Заявл. 16.12.82.

   Способ десульфурации чугуна в ковше: А.с.1549079 А1 CCCР МКИ C21C 1/02 /А.Ф.Шевченко, А.С.Вергун, Э.В.Приходько, Я.Б.Карпиловский, Д.Г.Максимчук, Д.В.Гулыга, И.И.Есипенко (СССР).– № 446317/23–02; Заявл. 25.08.88.

   А.с. 1613416А1 СССР, МКИ И65 G6548 /Подопригора Г.Г., Черевик Ю.И., Тарнопольский Б.М., Мальков А.Н., Вергун А.С., Руденко А.Л., Кулагин Г.Г., Сулима В.Н., Свищев Г.С. – № 4640506; Заявл. 19.01.1989 г.; Опубл. 15.12.90, Бюл. № 46.

   Повышение степени использования магния при внедоменной десульфурации чугуна /Шевченко А.Ф., Вергун А.С., Рудницкий М.Л., Зигало И.Н. //Сталь. –1989.– № 11.– С. 44–45.

   30. Комплексная внедоменная десульфурация и деазотации чугуна /Вергун А.С., Двоскин Б.В., Шевченко А.Ф., Зотов А.В. // Труды V конгресса сталеплавильщиков. – М.: Черметинформация. – 1999. – С.138–141.

   31. Исследование и разработка основных положений и опытно–промышленное опробование технологии комплексной обработки чугуна реагентом на основе содосодержащих отходов /Вергун А.С., Вяткин Ю.Ф., Руденко А.Л., Зотов А.В., Мальков А.Н., Коваль В.А., Бельман Л.М., Шевченко А.Ф.// Труды І-го междун. конгресса сталеплавильщиков. – Москва: ЦНИИТЭИЧМ, – 1992.– С. 193–195.

   32. Руденко А.Л., Вергун А.С. Повышение рафинирующей способности содосодержащих флюсов для комплексной обработки чугуна //Труды ІІ-го международного конгресса сталеплавильщиков, октябрь, 1993 г. – Липецк: Изд. АО Черметинформация. – 1994. – С.203-204.

   33. Внедоменная десульфурация чугуна гранулированным магниевым сплавом МА9Ц6 /Вергун А.С., Рудницкий М.Л., Шевченко А.Ф., Гулыга Д.В., Баранник И.А. //Сб. ”Магниевые сплавы для современной техники”. – М.: Наука, 1992. – С. 175–177.

   34. Реагент для комплексной десульфурации, дефосфорации и деазотации чугуна /Вергун А.С., Шевченко А.Ф., Зотов А.В., Говорун П.П., Горобченко А.Н., Овчарук А.Н., Руденко А.Л., Курилова Л.П. //Труды IV конгресса сталеплавильщиков. – М.: Черметинформация. – 1997. – С.235–237.

   35. Рациональные условия усвоения и взаимодействия магния с расплавом при внепечной обработке жидкого чугуна /Шевченко А.Ф., Приходько Э.В., Двоскин Б.В., Вергун А.С. //Труды V междунар. симпозиума по десульфурации чугуна и стали. – Пидинг /Бад Рейхенхал (Германия). –15–17 окт. – 1998.–С.13.1–13.8.

   36. Высокотемпературные исследования процессов в различных реакционных зонах при комплексной продувке чугуна /Чернятевич А.Г., Вергун А.С., Кравец А.Н., Бабич Т.А., Чубин К.И. //Труды междунар. научн.–техн– конференции ”Теория и практика кислородно–конвертерных процессов” – Днепропетровск: ГМетАУ.–1998.–С.21–22.

   37. Роль растворяющегося в чугуне магния в процессе десульфурации чугуна /Вергун А.С., Чернятевич А.Г., Шевченко А.Ф., Чубин К.И., Кравец А.Н.//Труды научн.–техн. конференции по теории и практике сталеплав. производства, посвященной 100–летию со дня рождения проф. Казанцева И.Г. – Мариуполь: ПГТУ.– 1999. – С.17.

   38. Внедоменная десульфурация чугуна магний -алюминиевым сплавом /Вергун А.С., Шевченко А.Ф., Двоскин Б.В., Быков Л.В., Зотов А.В. //Тезисы докладов научн.–техн. конференции по теории и практике сталеплавильного производства.– Мариуполь: ПГТУ. – 1999.– С.16.

   39. Optimization of composition of magnesium containing reagent for ladle treatment of liquid pig-iron /Shevchenko A., Vergun A., Dvoskin B., Bukov L., Zotov A. //The IMA 1999. The global voice for magnesium, Hilton, Praga (Cheska) Octobre/ - 1999.– р. 163–169.

   40. Новые разработки в области механизма десульфурации чугуна при вдувании диспергированного магния /Чернятевич А.Г., Вергун А.С., Чубин К.И., Сигарев Е.Н. // Труды междунаррод. научн.–техн. конференции ”Производство стали в ХХІ веке. Прогноз, процессы, технология, экология (Киев–Днепропетровск. 15–19 мая 2000 г.). – Днепропетровск.–2000.–С. 504–509.

   41. Модель процесса десульфурации чугуна инжектированием диспергированного магния в струе газа–носителя через фурму погружения с испарителем на выходе /Вергун А.С., Шевченко А.Ф., Чернятевич А.Г., Чубин К.И., Сигарев Е.Н. // Тепло– и массообменные процессы в металлургических системах: материалы VI Международн. научн.-техн. конференции (Мариуполь, 7–9 сентября 2000 г.), –Мариуполь: ПГТУ – 2000.– С.205–209.

   42. Променение технологии десульфурации чугуна чистым гранулированным магнием на Уханьском металлургическом комбинате /Шевченко А.Ф., Двоскин Б.В., Вергун А.С., Александров В.А., Башмаков А.М, Троценко Э.А., Лю Дунь Ие, Цзи Цзя Бинь, Чжао Динь Юй, Джоан Хан Линь //Сталь.–2002.–№4.–С.46–48.

   43. Выбор рационального решения ковшевого рафинирования чугуна магниевыми реагентами /Шевченко А.Ф., Александров В.А., Зотов А.В., Курилова Л.П., Двоскин Б.В, Вергун А.С. //Сталь.–2002.–№6.–С.16–19.

   44. Рациональная технология десульфурации чугуна гранулированным магнием в большегрузных заливочных ковшах /Шевченко А.Ф., Двоскин Б.В., Вергун А.С., Носоченко О.В., Александров В.А. //Бюл. Ин–та ”Черметинформация”.–2001.–№1.–С.12–14.

   45. Особенности массопереноса при внепечном рафинировании чугуна /Сигарев Е.Н., Чернятевич А.Г., Чубин К.И., Вергун А.С., Могилевцев О.А. //Специальная металлургия вчера, сегодня, завтра: Материалы Международной научно–технической конференции (Киев, 8–9 октября 2002 г.), –Киев: Політехніка.–2002.–С.312–316.

   46. Improvements in process and equipment for hot metal desulphurization consisting in application of magnesium–lime mixture at Wuhan Iron and Steel Works/A. F. Shevchenko, B. V. Dvoskin, A. S. Vergun., V. A. Alexandrov, A. M. Bashmakov., V. I.Chumarni, E. A. Trotsenko, Lui Dong Ye, Ji Jia Bin, Zhao Ji Yu, Zhuang Han Ning, Cheng He Xi// The VII International Symposium for desulphurization of hot metal and steel, Anif, Austria, 26–27 september/.2002.–p.25–28.