Жоғары көміртекті феррохромды балқытудың электр режимінің ерекшеліктері
Қазақстан Республикасының білім және ғылым министрлігі
Қ. Жұбанов атындағы Ақтөбе Өңірлік Университеті
УДК ****** На правах рукописи
МАНАСОВ НҰРСҰЛТАН МАНАСҰЛЫ
Үлкен пештерде жоғары көміртекті феррохромды балқытуды жетілдіру бойынша зерттеулер
7М07203 - Металлургия
Техникалық ғылымдар магистрі академиялық дәрежесін алу үшін магистрлік диссертация
Ғылыми жетекші:
техника ғылымдарының кандидаты,
доцент
Сариев О.Р.
Қазақстан Республикасы
Ақтөбе, 2021ж.
АҢДАТПА
АННОТАЦИЯ
ABSTRACT
ҮЛКЕН ПЕШТЕРДЕ ЖОҒАРЫ КӨМІРТЕКТІ ФЕРРОХРОМДЫ БАЛҚЫТУДЫ ЖЕТІЛДІРУ БОЙЫНША ЗЕРТТЕУЛЕР
1 Жоғары көміртекті феррохром өндірісінің техникалық-экономикалық көрсеткіштеріне әсер ететін негізгі факторлар
1.1 Нарықтық экономика жағдайында өнімді өндіру және жүзеге асыру ерекшеліктері
1.2 Жоғары көміртекті феррохромды балқытуға арналған шихта материалдарының сапасына қойылатын талаптар
1.3 Жоғары көміртекті феррохромды балқыту кезінде тотықсыздандырғыштарды пайдалану
1.4 Жоғары көміртекті феррохромды балқытудың электр режимінің ерекшеліктері
1.5 Зерттеу міндеттерін белгілеу
2 Ақсу ферроқорытпа зауытында көміртекті қалпына келтіргіштерді кешенді металлургиялық бағалау
2.1 Көміртекті тотықсыздандырғыштардың сапалық сипаттамасы
2.2 Антрациттерді ферроқорытпа электротермиясына арналған перспективті көміртекті тотықсыздандырғыш ретінде сипаттау
2.3 Ақсу ферроқорытпа зауытында көміртекті қалпына келтіргіштерді пайдалану
3
5 Ақсу ферроқорытпа зауытында жоғары көміртекті феррохромды балқыту кезінде шикіқұрам материалдарының жаңа түрлерін тәжірибелік-өнеркәсіптік сынау
5.1 Көміртекті тотықсыздандырғыш ретінде антрацитті пайдалана отырып, жоғары көміртекті феррохром балқытудың тәжірибелік-өнеркәсіптік сынақтары
5.2 Жоғары көміртекті феррохром өндірісі кезінде жоғары вольтты арнайы коксты тәжірибелік сынау
5.3 Жоғары көміртекті феррохромды өндіру кезінде флюс ретінде ферросиликомарганецті балқыту қождарын өндірістік сынау
5.4 Хром кені брикеттері бар жоғары көміртекті феррохромды тәжірибелік-өнеркәсіптік балқыту
6 Жоғары көміртекті феррохромның тауарлық кондициясын арттыру бойынша өндірістік сынақтар және оны ауыр салмақты электр пештерінде балқыту технологиясын игеру
6.1 Ақсу ферроқорытпа зауытында сапасы бойынша жоғары көміртекті феррохромды жетілдіру
6.1.1 Жоғары көміртекті феррохромды дезоксидтеуді игеру
6.1.2 1-2% кремнийлі жоғары көміртекті феррохром өндірісін игеру
6.2 Қуатты және аса қуатты кенді қалпына келтіретін электр пештерінде жоғары көміртекті феррохром өндіру технологиясын игеру
6.2.1 АқсФЗ жағдайында жоғары көміртекті феррохром өндірісі кезінде балқыту өнімдері бойынша элементтердің материалдық баланстары және таралуы
6.2.2 РКЗ-33 және РКЗ-63 пештерінің геометриялық параметрлеріне қатысты
6.3 Жоғары көміртекті феррохром өндірісінің ең жоғары көлеміне қол жеткізу мақсатында қуаты 63 МВА № 61 ферроқорытпа пешінде технологиялық параметрлерді, электр режимдерін таңдау бойынша тәжірибелік-өнеркәсіптік сынақтар
6.3.1 РКЗ-63 пешінің қуатын игеру бойынша өнеркәсіптік сынақтар
6.3.2 РКЗ-63 пешінің толық қуатында хром кені брикеттерін қолдана отырып, жоғары көміртекті феррохромды тәжірибелік-өнеркәсіптік балқыту
6.4 РКЗ-63 типті № 64 пештің және жоғары көміртекті феррохромды балқыту кезінде ағымдағы өндіріс жағдайында фосфор мөлшері төмен листвянск кен орнының антрацит жұмысы туралы
6.5 РКЗ-63 (№ 61) ауыр жүк тиейтін пеште ҚХР өндірген коксты пайдаланудың өндірістік тәжірибесі
КІРІСПЕ
Ғылыми-технологиялық міндеттің қазіргі жағдайы.
Әлемдік нарықтың коньюнктурасы хромды ферроқорытпаларды, оның ішінде жоғары көміртекті феррохромды өндіру үшін қолайлы, өйткені XXI ғасыр болат, әсіресе арнайы маркалар өндірісіне жататын металлургия өнеркәсібінен жоғары сапалы өнімді талап етеді. Бұл хроммен легірленген болаттың барлық кластарын алу үшін пайдаланылатын хромды ферроқорытпалар өндірісінің динамикалық өсуіне байланысты. ТМД елдерін қоса алғанда, әлемнің дамыған елдерінде хромы бар қоспаланған болаттардың 60-70% өндіріледі. Әсіресе, өндіріс әдістерінің құрылымының өзгеруіне және электр пештері мен оттегі конверттерінде коррозияға төзімді болаттарды балқыту технологиясының жақсаруына байланысты жоғары көміртекті феррохром өндірісінің көлемін арттырудың өзектілігі артты. Нарық жағдайында өндірісті әртараптандыру қажеттілігі Ақсу ферроқорытпа зауытының (АқсФЗ) алдына үлкен жүк тиейтін пеш агрегаттарының РКЗ-33 және РКЗ-61И пештерінің толық қуатын игеру міндетін қояды. Мұндай жоспарды әзірлеу тәжірибелі технологиялар үшін негіз болатын ғылымды қажетсінетін теориялық зерттеулерді орындау арқасында АқсФЗ жағдайында алғаш рет іске асырылды.
Тақырыпты әзірлеу үшін негіз және бастапқы деректер. Барлық металлургия сияқты хром қорытпаларын балқытудың ғылыми-техникалық стратегиясының негізі шикізат материалдарын қатаң үнемдеу және ресурстарды үнемдеу кезінде өндірілетін өнімнің сапасын жан-жақты арттыру болып табылады. Қазіргі уақытта арнайы мақсаттағы болаттарды, атап айтқанда коррозияға төзімді болаттарды өндіру әдістері құрылымдық тұрғыдан қайта құрылуда, бұл оларды электр пеші мен оттегі түрлендіргіш балқыту арқылы алу технологиясының дамуымен байланысты. Бұл әлемдік нарықта жоғары көміртекті феррохромға сұраныстың артуының себебі болып табылады. Нарық жағдайында өндірісті әртараптандыру қажеттілігі Ақсу ферроқорытпа зауытынан (АқсФЗ) ауыр жүк тиейтін ферросилиций пеш агрегаттарын (РКЗ-33 және РКЗ-63И пештері) толық қуатына игеруді талап етті.
Осы ғылыми-зерттеу жұмысын жүргізу қажеттілігінің негіздемесі. Ауыр салмақты кен термиялық пештерде жоғары көміртекті феррохромды балқыту технологиясын игеру қойылған міндетті мұқият зерделеуді талап етеді, бұл тәжірибелік технологиялар үшін негіз болатын ғылымды қажетсінетін теориялық және эксперименттік зерттеулерді орындауды талап етеді. Жеткіліксіз негізделген теориялық тұжырымдар өндірістік циклге теріс әсер етуі мүмкін. Диссертацияда қойылған міндеттердің уақтылығы мен негізділігі, біріншіден, Қазақстанның 410 млн. тоннадан астам қор көлеміндегі хром шикізатымен қамтамасыз етілуіне және екіншіден, ферросилицийді балқытуға арналған, қуаттылығы 33 және 61 МВА пештерде жоғары көміртекті феррохром өндірісін ұйымдастыруды әртараптандыру тәртібінде қажеттілікке байланысты.
Игерудің жоспарланған ғылыми-техникалық деңгейі туралы мәліметтер. Диссертациялық жұмыстың нәтижелері өндірістің заманауи талаптарына және ферроқорытпа саласының перспективалық даму сұраныстарына жауап береді. Іргелі сипаттағы эксперименттік-теориялық зерттеулер мен ғылыми-техникалық әзірлемелер Нәтижелерінің жиынтығы жоғары көміртекті феррохромды балқыту кезінде болатын физика-химиялық процестердің теориялық негіздерін нақтылау үшін пайдаланылды.
Патенттік зерттеулер және олардан алынған қорытындылар. Отандық және шетелдік патенттерді талдау металл өнімдерін әлемдік тұтынудың күтілетін өсуіне қарамастан, бәсекелестіктің экономикалық параметрлері еуропалық стандарттарға бағдарланған өндірістің жаңа технологияларын игеру дәрежесімен толықтырылатынын көрсетті. Осыған байланысты техникалық қайта жарақтандыру және өндірісті қайта құру міндеттері өте қажет.
Ғылыми-техникалық әзірлеменің жаңалығы 1-2% кремниймен феррохром алу технологиясын енгізумен және Кокс жаңғағын антрацитпен ішінара ауыстырумен, сондай-ақ қуаты 33 және 63 МВА ферросилиций пештерінің толық өнімділігін пайдалана отырып, феррохромды балқыту технологиясын игерумен расталды.
Метрологиялық қамтамасыз ету туралы мәліметтер. Жұмыста термодинамикалық мәліметтерді есептеу және күрделі оксидті жүйелердегі фазалық тепе-теңдікті модельдеу әдістері қолданылды. Бастапқы шикізат пен алынған материалдардың химиялық және техникалық талдауы 28.09.04 жылдан бері KZ № 7100000.06.09.00.712 мемлекеттік аккредиттеу аттестатына ие Ж. Әбішев атындағы химия-металлургия институтының химиялық талдау зертханасымен жүзеге асырылды. Алынған ғылыми-техникалық ақпараттың дұрыстығын әртүрлі ғылыми-эксперименттік әдістермен, сондай-ақ ірі зертханалық және өнеркәсіптік сынақтар барысында алынған нәтижелердің өзара келісілгендігі куәландырады.
Мәселенің өзектілігі келесі факторлармен анықталады, оның ішінде ферроқорытпа өндірісінің металлургиялық өнімдерінің әлемдік нарығындағы қолайлы жағдайы:
1) арнайы (ыстыққа төзімді және тот баспайтын) болаттарды қоса алғанда, хроммен қоспаланған болаттың тұтас кластарын алу үшін пайдаланылатын хромды ферроқорытпалардың қарқынды өсіп келе жатқан сұранысына және тұтынылуына байланысты;
2) Хром қорытпаларын өндіру көлеміндегі оның үлесін арттыру қажеттілігіне байланысты өндіріс тәсілдері құрылымының өзгеруіне және болаттың коррозияға төзімді маркаларын балқыту технологиясының жетілдірілуіне байланысты феррохромның жоғары көміртекті маркаларының маңыздылығын арттыру;
3) Металл өнімінің өзіндік құнын төмендету кезінде оның тұтынушылық сапасын арттыру, сондай-ақ тауарлық өнім номенклатурасын кеңейту жөніндегі әлемдік нарықтың талаптарына сәйкес келуі тиіс. Осыған байланысты, АксФЗ үшін ферросилиций өндіретін металлургиялық агрегаттарды жоғары көміртекті феррохромды балқыту үшін қайта құру өзекті болып табылады.
Жұмыстың практикалық маңыздылығы:
- қуаттылығы 33 және 61 МВА ферросилиций пештерінің толық өнімділігін пайдалана отырып, зауытта өндірісті әртараптандыру тәртібімен жоғары көміртекті феррохром балқыту технологиясын игеру;
- феррохромды пештен тыс тотықсыздандыру технологиясын игеру арқылы металл өнімдерінің сапасын арттыру және тауарлық өнім номенклатурасын кеңейту, бұл өнімнің тауарлық түрін жақсартады және феррохромды адъюстаждық өңдеу кезінде ұсақ-түйектердің шығуын азайтады;
- шөмішке шығару кезінде көміртекті феррохром ағынына ферросиликохромды қосумен 1-2% кремнийі бар феррохром алу технологиясын игеру;
- әртүрлі жеткізушілердің (Кокс, арнайы кокс) жаңа көміртекті қалпына келтіргіштерін сынау және оларды пайдалану кезінде феррохромдағы зиянды қоспалардың құрамын төмендету мүмкіндігін анықтау;
- металлургиялық коксты энергетикалық көмір-антрацитпен ішінара ауыстыра отырып, жоғары көміртекті феррохромды балқыту технологиясын енгізу ("Сибантрацит" ЖАҚ өндірісінің АМ маркалары), бұл ферроқорытпаның өзіндік құнын төмендетеді;
- ферросиликомарганецті балқыту шлактарын жоғары көміртекті феррохром өндірісінде флюстеуші материал ретінде қолданудың жоғары тиімділігін анықтау.
Жұмыстың мақсаты. Негізгі мақсаты ферросилицийді балқыту үшін құрастырылған, қуаттылығы 33 және 61 МВА ауыр салмақты кен термиялық электр пештерінде жоғары көміртекті феррохромды балқытудың тиімді технологиясын игеру болып табылады.
Зерттеудің негізгі міндеттері:
- Кокс бөлігінің орнына энергетикалық көмір-антрациттерді қолдана отырып, жоғары көміртекті феррохром өндіру технологиясын әзірлеу;
- 33, 61 МВА қуатты пештерде феррохромды балқыту процесін игеру;
- 2-3% кремнийі бар феррохромның пештен тыс өндірісін енгізу және шөміштерде жоғары көміртекті феррохромды тазарту, сондай-ақ жоғары көміртекті феррохромды, қандай да бір арнайы коксты, жаңа жеткізушілердің коксын, марганец қорытпаларының шлактарын балқыту кезінде шикіқұрам материалдарының жаңа түрлерін қолдану.
1 Жоғары көміртекті феррохром өндірісінің технико-экономикалық көрсеткіштеріне әсер ететін негізгі факторлар
Жетпісінші жылдардың басында ферроқорытпа өнеркәсібінде пеш қондырғыларының жалғыз қуатын арттыру мәселесі туындады, бұл аз қуатты ашық пештерді қайта құру арқылы металлургиялық кәсіпорындарды жаңғыртуды қажет етті. Өз кезегінде қуатты жабық агрегаттарда жұмыстың жоғары технико-экономикалық көрсеткіштеріне қол жеткізу шихта материалдарының дайындық деңгейіне байланысты [1]. Хромды ферроқорытпалардың кесек немесе кесектелген рудамен көміртермиялық өндірісін қамтамасыз ету мәселесі қазіргі уақытта да өзекті. Бұл проблема цехтарында қуаты 33 және 63 МВА пештері бар Ақсу ферроқорытпа зауытының (АқсФЗ) алдында аса өткір болып тұр.
Қазақстанда ферроқорытпалардың басты өндірушісі болып табылатын АқсФЗ посткеңестікте ғана емес, әлемдегі де ірі кәсіпорындардың бірі болып саналады. Әлемдік ферроқорытпа нарығында бұл кәсіпорын ең бәсекеге қабілетті үштікке кірді: АҚШ нарығында - 1-ші, Еуропада - 2-ші, Жапонияда - 3-ші орын. КСРО ыдырағаннан кейін, ферроқорытпаларды өндіру мен тұтыну деңгейінің төмендеуі жағдайында, АксФЗ ферроқорытпаларды балқыту мен сатудың салыстырмалы көлемі бойынша әлемдік ауқымда өз позициясын сақтап қалды. Штатында 6000-нан астам адамы бар кәсіпорында қуаттылығы 63 МВА болатын ірі пештерді қоса алғанда, 26 электр пеші бар 4 ферроқорытпа цехы жұмыс істейді. Бастапқыда тек ферросилиций қорытпаларын өндіруге бағытталған зауыт хром, кремний және марганец қорытпаларын кең ауқымды өндіруді біріктіретін бірегей кәсіпорындардың бірі болды [2]. 1997 жылдан 2001 жылға дейінгі кезеңде әлемдік нарықтың конъюнктурасын ескере отырып, шығарылатын өнімнің сұрыпталымы айтарлықтай өзгерді: ферросилиций өндірісінің көлемі төмендеді және босаған пеш қуаттары феррохром мен марганец қорытпаларын балқытуға қайта бағдарланған [2].
Құрылысы 1977 жылы басталған № 6 цех зауытта өндірісте ерекше орын алады. 1982 жылы соңғы төртінші пеш пайдалануға берілді. № 6 Цех Бүкілодақтық электротермиялық жабдықтар ғылыми-зерттеу институтының (Мәскеу қаласы) РКЗ-63И1 кен қалпына келтіретін дөңгелек, жабық электр пештерінің әлемдегі алғашқы және жалғыз сериясымен және құрамында 45% - ға дейін кремний бар ферросилицийді балқытуға арналған Новосибирск электротермиялық жабдықтар зауытын дайындаумен жабдықталған. Пештердің орнатылған қуаты 40,2 МВАР конденсаторлық батареялары бар реактивті энергияның бойлық өтемақысын орнатумен 230 кВ терең енгізумен 81 МВА (3 бір фазалы ЭОДЦНК-83300220-дан 27 МВА-ға дейін) құрайды. Пештерді әзірлеу кезінде соңғы әлемдік және отандық техникалық жетістіктер қолданылды.
АқсФЗ-да әлемде алғаш рет қуаты 81 МВА жабық пештерде жоғары көміртекті феррохромды балқыту технологиясы әзірленді және игерілді және қазіргі уақытта кемпірсай кен массивінің хром кендерін пайдалана отырып, жылына 450 мың т феррохром өндірісін ұйымдастыру бойынша техникалық шешімдер кешені іске асырылуда.
№ 6 цехты ферросилиций өндірісінен жоғары көміртекті феррохромды балқытуға ауыстыру нәтижесінде балқыту процесін жүргізу технологиясы және қамтамасыз ететін өндірістерді ұйымдастыру бойынша бірқатар ірі проблемалар туындады. Осы проблемаларды еңсеру барысында теориялық және қолданбалы сипаттағы бірқатар міндеттер шешілді. Озық ғылыми-қолданбалы тәжірибені енгізу саласында мынадай технологиялар игерілді және енгізілді: металды пештен тыс тотықсыздандыру әдісімен жоғары сапалы жоғары көміртекті феррохромды балқыту, құрамында фосфор мен кремниймен қоспаланған феррохром төмен (0,015% - дан кем) феррохром алу. Бұл ғылыми-техникалық жетістіктер ферроқорытпалардың қазіргі заманғы әлемдік нарығы талаптарының өзгеруіне икемді ден қоюға мүмкіндік береді.
Жоғары көміртекті феррохромды балқыту технологиясын жетілдірудің басым бағыттарының бірі жергілікті қазақстандық шикізатты: кварцитті, хром кенін, тас көмірді пайдалану болып табылады. Бұл ферроқорытпаның өзіндік құнының төмендеуіне оң әсер етеді және мемлекеттің отандық өндірушіні қолдау жөніндегі саясатын көрсетеді. Зауытты сыртқы жеткізілімдердің ауытқуынан қорғау үшін 1998 жылы өзінің минералды-шикізат кешенін құру туралы шешім қабылданды.
Ақсу ферроқорытпа зауытының техникалық саясаты кәсіпорынның ішкі резервтерін пайдалануға бағытталған. Техникалық жобалар шығарылатын өнімнің өзіндік құнындағы энергетикалық және материалды қажетсінетін құрамдас бөлікті азайту жөніндегі ғылыми - техникалық жоспар іс-шараларын орындауды көздейтін 2010 жылға дейінгі кезеңге арналған энергия және ресурсты үнемдеудің кешенді бағдарламасымен өзара толықтырылады.
Жоғары қуатты электр пештеріндегі жоғары көміртекті феррохром өндірісін игеру бойынша теориялық және практикалық әзірлемелердің нәтижелері қазіргі уақытта ферроқорытпа саласының кәсіпорындары үшін үлкен маңызға ие.
1.1 Нарықтық экономика жағдайында өнімді өндіру және өткізу ерекшеліктері
ТМД елдеріндегі экономикалық жағдайдың нашарлауы металды ішкі нарықта сату мүмкіндігін азайтты. Сыртқы нарықта бәсекелестік жоғары сапалы және арзан өнімдерге төтеп берді. Қазіргі уақытта ішкі және сыртқы металл нарықтары арасындағы арақатынаста экспорт басым. Перспективада осы нарықтарға жеткізілімдердің арақатынасы конъюнктуралық факторлармен де, отандық металл өніміне сұранысты қаншалықты жандандыруға болатындығымен де айқындалатын болады [3]. Экспортқа бағытталған металлургия қазіргі уақытта экономикалық әдістермен де, әлемдік державалардың саясатымен де жүзеге асырылатын әлемдік металл өнімдері нарығының бәсекелестерінен қатты қысым көруде. ТМД елдерінен және басқа елдерден өнім экспортының өсуі экспорттаушы елдерді өздерінің ішкі нарықтарын қорғауға бағытталған шаралар қабылдауға мәжбүр етті. Металл өнімдерін жеткізудің өсуіне қарсы көптеген елдерде демпингке қарсы бірқатар тергеулер жүргізіліп, жоғары импорттық баж салығы енгізілді. Бұл ретте "нарықтық мәртебенің" болмауы тауар өндірушілердің сыртқы нарықтарда өз мүдделерін сәтті қорғау мүмкіндігін іс жүзінде жоққа шығарады, өйткені "нарықтық мәртебесі" жоқ елдер үшін нақты өндірістік-қаржылық көрсеткіштерді талдаудың орнына "ұқсас" елдердің "суррогат" деректерін қолдануға болады [4].
ТМД елдерінің үшінші елдерге жеткізілетін металл өнімдерінің экспорттық бағасы [5] деректері бойынша әлемдік нарық бағасынан едәуір төмен, бұл ТМД елдері өнімдерінің салыстырмалы түрде төмен сапасына, ал кейде халықаралық талаптарға сәйкес өнімді сертификаттаудың болмауына, бір жолғы келісімшарттарды пайдалануға және басқа себептерге байланысты.
Болжамды деректерге сәйкес, металл өнімдерін әлемдік тұтынудың күтілетін өсуіне қарамастан, бәсекелестік одан да өткір болады, оның экономикалық параметрлері өндірістің жаңа технологияларын игеру дәрежесімен, өнімнің жаңа түрлерін игерумен толықтырылатын болады. Ақсу ферроқорытпа зауытында жұмыс стилі өзгеруде: нарық конъюнктурасын ескере отырып, өндіріс қайта құрылуда, техникалық талаптар нақтылануда. Американдық және еуропалық стандарттардың талаптарын ескере отырып, өнімнің жаңа түрлерін өндіру технологиялары әзірленуде [6]. Техникалық қайта жарақтандыру және өндірісті қайта құру бағдарламалары орындалуда, өйткені өнім шығаруға арналған материалдық және еңбек шығындарының үлесі дамыған елдерге қарағанда жоғары болды [7, 8]. Мысалы, "АрселорМиттал Теміртау" АҚ (бұрынғы "Испат-Кармет") кешенінің қуаттарын пайдалану дәрежесі 1995 жылдан 2000 жылға дейін нарық конъюнктурасына байланысты 35-тен 100% - ға дейін өзгерді [9].
Кәсіпорындар бәсекелестіктің ең қолайлы түрлерін таңдауға мәжбүр: өнімнің бағасы, сапасы және жаңалығы немесе өндіріс шығындары [10]. Шикізат, материалдар, энергия ресурстарын үнемді жұмсау, жаңа технологияларды игеру, өнеркәсіптік агрегаттарды қайта жаңарту, шикізат жеткізушілерді ұтымды таңдау есебінен шығындардың қысқаруымен бірге шығарылатын өнімнің сапасына қойылатын талаптар күшейтілді [11]. Осылайша, отандық және шетелдік нарықтарда сұранысқа ие бәсекеге қабілетті өнім, сондай - ақ импорт алмастыратын өнім өндіруді ұйымдастыру ферроқорытпа саласын дамытудың маңызды шарты болып табылады.
Ферроқорытпа өндірісі негізінен болат балқыту көлемімен анықталады, сондықтан болжамды жасау үшін [12] алдағы жылдары болат нарығына тән тенденциялар қарастырылады [13-17]. Әлемде болат өндіру мен тұтынудың өсуі 1947-1974 жылдар кезеңінде жыл сайын тиісінше 6,28 және 6,3% - ды, ал 1974-1997 жылдары-0,52 және 1,47% - ды құрады, 1997-2010 жылдары жылына 1,03 және 2,84% деңгейінде өсу күтілуде [14]. Арнайы болаттарды балқытудың дамуы легирленген қорытпалардың, атап айтқанда феррохромның көбеюін талап етеді. Хромның легірлеуші элемент ретіндегі маңызы соңғы жылдары - арнайы машина жасау, атом және зымыран техникасының қарқынды даму кезеңінде айтарлықтай өсті. Жоғары көміртекті феррохромды қолдана отырып, төмен көміртекті тот баспайтын болаттарды балқыту әдістері жасалды, бұл қымбат силикотермиялық феррохромды үнемдеуге мүмкіндік береді [18].
Жоғары көміртекті феррохромды балқыту-балқытылатын металл өнімдерін оның маркаларының химиялық құрамы бойынша қатаң стандартталған (МЕМСТ 4757-91 сәйкес) өндіріс (1-кесте).
1-кесте-химиялық құрамы бойынша жоғары көміртекті феррохромды таңбалау
Жоғары көміртекті феррохром маркасы
Негізгі регламенттелетін компоненттер мен зиянды қоспалардың құрамы, салмағы бойынша %
Cr емес
C
Si
P
S
ФХ650А
65
6,5
2,0
0,03
0,06
ФХ650Б
65
6,5
2,0
0,05
0,08
ФХ850А
65
8,0
2,0
0,03
0,06
ФХ850Б
65
8,0
2,0
0,05
0,08
ФХ800СА
60
8,0
5,0 -10,0
0,03
0,03
ФХ800СБ
60
8,0
5,0 -10,0
0,03
0,03
[19] сәйкес, ФХ800СА және ФХ800СБ маркалы жоғары көміртекті феррохром тұтынушылар арасында сұранысқа ие емес. Сонымен қатар, осы маркалардың феррохромын балқыту технологиялық тұрғыдан қарапайым, тіпті құрамында күкірт бар хром кендерін пайдалану кезінде, бұл қорытпадағы кремний мен көміртектің жоғарылауымен байланысты. Бұл жағдайда күкірт, біріншіден, пеш газдарымен кремний сульфидтері түрінде сублимацияланады, екіншіден, көміртектің жоғары концентрациясы оның қожға ауысуын арттырады.
Соңғы жағдайға қатысты, феррохромдағы күкірт құрамын көміртегі концентрациясының өзгеруімен технологиялық тұрғыдан реттеу екі себепке байланысты мүмкін емес екенін атап өткен жөн: қорытпадағы көміртегі мөлшері қатаң реттелген және ең бастысы, электротермия жағдайында заряд материалдарының құрамы мен қасиеттерінің өзгермеуімен көміртегі бар қорытпаны шекті рұқсат етілген шекте сату техникалық қиын.
Жоғары көміртекті феррохромның барлық топтары мен маркаларын өндіруге арналған хром кені Cr2O3, SiO2, P, S құрамы және Сr2О3FeO қатынасы бойынша белгіленген техникалық шарттар бойынша сертификатталады (2-кесте).
Рудада кемінде 60% хром бар феррохром өндірісі үшін кемінде 45% хром оксиді, ал соңғысының FeO және Fe2O3 оксидтері құрамының сомасына қатынасы кемінде 2,5 болуы тиіс. Сонымен қатар, шихта материалдары талаптарға жауап беруі тиіс: 40 мм-ге дейінгі кесектердегі әк 94% - дан кем емес және 0,025% - дан аспайтын фосфордан, ал металлургиялық кокс (мөлшері 20 мм-ден аспайтын) күкіртте 0,5% - дан аспауы тиіс. Кесек хром кені орташаланады, ұсақталады және оны кен кесектерінің ең үлкен мөлшері 80 мм-ден аспайтын фракциялық құрамға жеткізу үшін себіледі. Соңғы онжылдықта Қазақстанның ферроқорытпа саласының Дон КБК жеткізілімдерінің орташа жылдық көрсеткіштері бойынша хром кендеріндегі күкірттің орташа құрамы салмағы бойынша 0,0245-0,0287% - ды құрайды. Алайда хром кендерінің жекелеген партияларында көрсетілген орташа деңгейден едәуір артық күкірт болуы және техникалық шарттар (ТШ) нормасынан (0,05% S) асуы мүмкін.
2-кесте - жоғары көміртекті феррохромды балқыту үшін хром кені компоненттерінің құрамы бойынша техникалық шарттар
Хром кені компоненті
Кен маркасы үшін норма
ДХ-1-1
ДХ-1-2
Хром оксиді, % кем емес
50,0
47,0
Кремний диоксиді, % кем емес
7,0
9,0
Хром оксиді мен темір монооксиді құрамының қатынасы, бірлік
3,5
3,0
Фосфор, % артық емес
0,005
0,005
Күкірт, % көп емес
0,05
0,05
Соңғы жағдайда кен шихтаға күкірттің орташа мөлшері бар кенге қарағанда екі есе көп және көміртегі тотықсыздандырғыш-кокс қосылған деңгейде қосылады. Құрамында күкірт бар кеннің мөлшері ТУ нормасынан 1,76% - ды ғана құраса да (орташа мөлшерден 34,6%-ға артық), өндіріс күкірт бойынша металл өнімдерінің ақауына байланысты айтарлықтай шығынға ұшырайды. Жоғары көміртекті феррохромды өндіру тәжірибесіне сәйкес, жиі алынатын қорытпа құрамы бойынша стандарт талаптарына сәйкес келмейді (0,06% - дан артық емес) [20] күкірт. Сондықтан феррохромның сапасын арттыру және өндірістің техникалық-экономикалық көрсеткіштерін арттыру мәселелеріне ерекше көңіл бөлінді. Күкірт мөлшері берілген феррохромды алудағы қиындықтар, әдетте, кокстегі күкірттің жоғары (0,5% - дан астам) болуына байланысты. Осыған байланысты құрамында зиянды қоспалар аз феррохром алу маңызды болып табылады.
Жоғары көміртекті феррохром тығыз болуы керек, тығыздығы жоғары және ұсақ фракциялардың ең аз мөлшері болуы керек, өйткені 50 мм-ден 10-нан 5% - ға дейінгі бөліктер санының азаюы ашық ванна легирлеу кезінде хром шығынын 15% төмендетеді [21].
Алдағы 5-7 жылда әлемдік ферроқорытпа өндірісіне тән негізгі үрдістерді атап өткен жөн:
1) шикізат өндірушілер мен жеткізушілер арасындағы интеграцияны, сондай-ақ бірлескен кәсіпорындар құру немесе шикізат кеніштерін бірлесіп иелену арқылы электр энергиясын күшейту, бұл өндірістік шығындарды азайтуға және жеткізілімдердің сенімділігін арттыруға мүмкіндік береді [15, 16];
2) әртүрлі өнімдерді шығару үшін бірдей қуаттарды қолдану.
Өндірісті әртараптандыру-ірі компаниялардың әлемдік металл нарығындағы тұрақтылығының негізі. Кәдімгі жағдайда (жаһандық дағдарыс болмаған кезде) нарықтың бір сегментінің қолайсыз конъюнктурасы белгілі бір дәрежеде екіншісіндегі неғұрлым қолайлы жағдаймен өтелуі мүмкін. Сондықтан Тауарлық өнім номенклатурасының ұлғаюы металдарды қолдану аясын кеңейтеді және көбінесе өнімнің жоғары бағасына байланысты қосымша пайда табумен байланысты [22]. Нарықтық экономикасы дамыған елдерде тауар өндірушінің өнімге сәйкестік сертификаттарымен расталатын сапалық сипаттамалары бар өнім шығару қабілетін бағалау үшін объективті көрсеткіштер әзірленді. Сертификаттау-өнімді объективті бағалауға, оның қауіпсіздігін растауға, экологиялық тазалыққа, тұтынушылық қасиеттерге қойылатын талаптарға сәйкестігін қамтамасыз ететін сапа кепілдігінің маңызды тетігі [23].
1.2 Жоғары көміртекті феррохромды балқытуға арналған шихта материалдарының сапасына қойылатын талаптар
Жоғары көміртекті феррохром өндірісі үшін негізгі шикізат хром кені болып табылады. Кендегі Cr Fe қатынасы алынған феррохромдағы хром құрамын анықтайды. Хромит кесек кен, ұсақ заттар және концентраттар түрінде шикізат ретінде қолданылады. Шикізаттың жаңа түрлерін жабдықтың өлшемін таңдаудан және оның жұмыс параметрлерін анықтаудан бұрын алдын ала сынау қажет [24].
Әлемде өндірілетін 13-14 млн. т хром кені шикізатының 15-80% - ы шағын фракциялармен ұсынылған. Бұл ретте кеннің барлық массасының 60-65%-ы шахталық кенді қалпына келтіретін электр пештерінде пайдаланылады, онда ұсақ (10 мм-ден аз) фракциялардың кендерін қолдану шихтаның газ өткізгіштігінің нашарлауына және материалдардың жылу алмасуына және технико-экономикалық көрсеткіштерінің төмендеуіне әкеледі. Сонымен қатар, игерілетін хром кендерінің кен орындары бай шикізат қоры бойынша таусылады, бұл кенді байытуды қажет етеді. Сондықтан хромды ферроқорытпаларды өндіретін кәсіпорындар ұсақ фракциялардың концентраттарын және борпылдақ хром кендерін пайдалануға мәжбүр [25].
Металлургиялық хром кендерінде кемінде 48% хром оксиді болуы керек, хромның темірге қатынасы 3:1 және мүмкіндігінше магний оксиді мен глиноземнің құрамы бірдей болуы керек, сонымен қатар кесек және механикалық берік болуы керек. Ұнтақты хром кендері мен концентраттар, хром оксидінің бірдей мөлшеріне қарамастан, төмен бағамен сатылады [26].
Пештің біркелкі жүруін қамтамасыз ету үшін жұмсартудың жоғары температурасы және кенді жұмсартудың минималды температуралық аралығы қолайлы, өйткені бұл аралықта алғашқы қожды балқымалармен қалың тұтқыр массалар пайда болады. Пештегі кеннің пластикалық және сұйық күйі аймағының мөлшері оны жұмсарту аралығына тура пропорционал. Температураның төмендеуімен және жұмсарту аралығының кеңеюімен зарядтың газ өткізгіштігі едәуір төмендейді, бұл балқытудың асқынуына әкеледі. Кен элементтерінің қалпына келу дәрежесін қарастыру кезінде басқа тең жағдайларда оңай қалпына келтірілетін кендер жұмсарту температурасы жоғары, қождың балқу температурасына жақын кендер болып табылатындығын атап өткен жөн. Кенді жұмсарту температурасы кенді қалпына келтіретін электр пешіндегі процестің температурасына тура пропорционал, өйткені заряд жұмсарғаннан кейін оның тұнбасы пайда болады және қатты зарядтың жаңа бөлігі дереу жеткізіледі. Үздіксіз технологиялық процесс пештің температурасын зарядты жұмсарту температурасынан әлдеқайда жоғары көтеруге мүмкіндік бермейді. Балқытылған ваннаның температурасын жоғарылату және элементтерді қатты күйде толығымен қалпына келтіру үшін жоғары температура қажет. Сұйық фазадағы металдардың көпшілігін қалпына келтіру қатты металдарға қарағанда әлдеқайда қиын, бұл энергия шығындарының жоғарылауымен бірге жүреді және балқытудың техникалық-экономикалық көрсеткіштерін төмендетеді.
Кендегі Al2O3 құрамының жоғарылауы балқу температурасының төмендеуіне, ал MgO құрамының артуы, керісінше, оның өсуіне әкеледі [27]. Күкірт ферроқорытпа зауытында Сарановка кен орнының (37% Cr2O3) кендерінің неғұрлым кедей қоспасымен және жоғары жұмсарту температуралары бар қазақстандық хром кендерінің (42% Cr2O3) ұсақ фракцияларынан брикеттердің қоспасымен жұмысқа көшу кезінде пештің жұмыс кеңістігі температурасының өсуі байқалды, ол шлак пен металдың пештің алдыңғы қабырғасының магнезитті футеровкасына агрессивті әсерінің күрт артуымен, оның "қызуына" әкеп соқтыратын және ұзақ жұмыс кезінде ваннаны жеуге болатын [28].
Кен электротермиясының маңызды сипаттамаларының бірі-балқытудың бірдей кезеңінде алынған шлак пен металдың физикалық массаларының қатынасымен анықталатын қождың көптігі, оның мөлшері жетекші элементтің құрамына байланысты 1,3-1,5 аралығында болады. Нашар кендерді өңдеу кезінде қазіргі заманғы қуатты электр пештері бір тонна мақсатты ферроқорытпамен бірге қоқыс қожының бір жарым нормасына жуық балқытуға "жойылады". Бұл энергияның шамадан тыс жоғары тұтынылуына және жетекші элементтердің қанағаттанарлықсыз шығарылуына байланысты. Жоғары сапалы фосфор қорытпалары кенді қосымша өңдеуді қажет етеді - сондықтан технико-экономикалық көрсеткіштер алу мақсатында металлургиялық дефосфорация жүргізіледі. Қалыптасқан жағдай ферроқорытпаларды балқыту технологиясының салыстырмалы технико-экономикалық дәрменсіздігінің және өнім сапасының төмендігінің салдары болат балқыту өндірісі прогресінің қазіргі заманғы үрдістеріне қайшы келді [29, 30], зиянды қоспалардың төмен және өте төмен құрамы бар жоғары сапалы болат өндіруге сұраныстың өсуіне сәйкес бағытталған. Алайда, нарықтық конъюнктура байытушыларды аз мөлшерде және тиісті бағамен болса да, дәстүрлі көздерден жоғары сапалы шикізат шығаруға мәжбүр етті. Демек, Шикізат сапасын жақсарту тұрақты үрдіске айналады. Шихта материалдарының жоғары сапасы ферроқорытпа технологиясының негізгі принциптерінің ішіндегі ең маңыздысы болып табылады [31]. Көміртекті феррохромды балқыту үшін кедей кенді тікелей пайдалану хром - чардж-хромның төмен (50-60%) қорытпасын қамтамасыз етеді, ол маркалы сортты феррохромнан (Cr 60%) аз бағаланады [32]. Құрамында 60% - дан астам хром бар қорытпаны алу үшін хром мен темір оксидтерінің арақатынасы (сапа коэффициенті) 2,35 және одан жоғары болуы керек, бұл темірдің қорытпаға толық түсуіне және хромның алынуына жақын болуына байланысты.
ТМД аумағындағы хром кенін негізгі жеткізуші болып табылатын Дон КБК жағдайында осы шикізаттың ұсақ фракцияларының үлесіне 60-70% - ға дейін келеді, ал Ұнтақ тәрізді және тозаңды түрдегі кеннің үлесі 30% - ға жетеді [33, 34]. Электр пештерінде кеннің ұсақ фракцияларын шикіқұрам материалы ретінде қолдану тиімсіз. Бұл жағдайда балқыту қарқынды шаң шығарумен сипатталады, бұл қайтарымсыз шығындарға, пештің тұрақсыз жұмысына, техникалық-экономикалық көрсеткіштердің төмендеуіне және қоршаған ортаның ластануына әкеледі. Сондықтан жоғары көміртекті және феррохромды балқытатын кенді электр пештерін қалыпты пайдалану үшін шихтаның гранулометриялық құрамына жоғары талаптар қойылады, онда ұсақ фракциялардың ең аз саны болуы тиіс [35].
Бұл кендердегі Фосфор хромспинелидтердің құрамына кірмейді, тек фосфорлы конгломерат пен қиыршық тастардың қабаттарында болады. Оның мөлшері басқа элементтердің оксидтерінің құрамына байланысты емес және кедей де, бай кендерде де бірдей болуы мүмкін. Ол әдетте жоғарғы горизонттарда, әсіресе Комсомольское, Южное кен орындарында (0,1% және одан жоғары) және Інжу кен орнында (0,001 - 0,004%) минималды болады. Барлық кен орындарында кен денелерінің жату тереңдігінің ұлғаюымен кен құрамындағы фосфор мөлшері төмендейді.
Хром кендеріндегі күкірт қосылыстарының табиғаты егжей-тегжейлі зерттелмеген. Кендердегі күкірттің мөлшері жату тереңдігіне байланысты екені анықталды: жоғарғы горизонттарда - 0,002-0,06%, ал төменгі горизонттарда 0,06-0,1%. Бұрын ферроқорытпа зауыттары хром кендерінде 0,005-0,01% күкіртпен жұмыс істеген, ал қазір оларға 0,05-0,1% күкіртпен кен қолдану қажет. Соңғы және жоғары көміртекті феррохромды күкіртсіздендіру үшін: кендерді байыту немесе жоғары температуралы күйдіру, конверторларда сұйық феррохромды оттегімен үрлеу [26]. Ферроқорытпа зауыттарына жеткізілетін хром кендерінің құрамы соңғы жылдары айтарлықтай өзгерді. Шлактардың, қорытпалардың құрамы және феррохром өндірісінің кейбір технологиялық және техникалық-экономикалық көрсеткіштері де өзгерді. Бұл ішінара көміртекті феррохром шлактарының құрамымен расталады. Шлактардағы магнезия құрамының жоғарылауы хром кендерін жеткізу және құрамында магний оксиді көп жаңа кен орындарын пайдалануды бастау есебінен болды.
Хром кендерін байыту кезінде ұсақ түйіршікті концентраттар алынады. Осыған байланысты, кенді ұсақтау мәселесі, әсіресе, жабық доғасы бар жоғары қуатты пештерге көшу кезінде маңызды, бұл кендердің ұсақ бөлшектерін олардағы көміртекті тотықсыздандырғыштар мен байланыстырғыштарды: сұйық шыны немесе сульфит-спирт бардасын мөлшерлеу арқылы илектеу немесе брикеттеу арқылы шешуге болады [36]. Тәжірибе көрсеткендей, бұл жағдайда электр пешіне жібермес бұрын, Жоғары температуралы қалпына келтіретін отты 1200-1400ºС температурада қолданған жөн, бұл электр энергиясының нақты шығынын төрттен бір азайтады және ферроқорытпа пешінің өнімділігін жартысына арттырады [21]. "Гипроникель" институтының деректері бойынша жеткілікті берік брикеттер 3,5-7% мөлшерінде байланыстырушы бентонит ретінде қолданғанда және кейіннен шамамен 1400ºс температурада брикеттерді күйдіре отырып, 300 кГссм2 престеу қысымында алынады [37]. Кеннің ұсақ түйірлерін бітеу және брикеттеуден басқа агломерациялау әдісі кең таралған [38]. Хром кендерінің агломерациясы хромшпинелидтің ( 2000ºС) және цементтейтін жыныстардың (1400ºС) жоғары балқу температурасынан қиын [ 39]. Көрсетілген құрауыштарды жентектеу 1400-1450ºС (тіпті 1810ºС) жеткенде жүреді, бұл кейбір мамандар үшін хром кендерін агломерациялаудың мүмкін еместігі туралы қорытынды жасауға негіз болды. Бұл кендерді агломерациялау бойынша алғашқы зерттеулер "Уралмеханобр" институтында жүргізілді [40]. Шикіқұрамның минералды бөлігі 70% хром кенін құрады, 53% Cr2O3 және 30% қайтару ірілігі 6 мм-ге дейін.
Зерттеулер көрсеткендей, байланыстырғыш қоспалары жоқ хром кендері агломерацияланбайды және брикеттелмейді [6], ал шекемтастар Жоғары температуралы күйдіруді қажет етеді. Outokumpu фирмасының тәжірибесіне сәйкес, күйдірілген шекемтастарды кесек кенді немесе хромдық ұсақ заттарды пайдаланудан келесі артықшылықтары бар [24]:
- пісірілген түйіршіктердің сапасы олардың ұсақталған (ұсақ түйіршікті) құрылымына байланысты біркелкі болады;
- күйген түйіршіктердегі темір тотыққан тривалентті күйде болады ,сондықтан оның азаюы бастапқы хромитке қарағанда оңай басталады( темір темірмен); хромиттің кристалды торы матрицадан және темірге бай және магнийге бай 6 валентті оксидтерден тұрады; олар хромит торының бетінде және ішінде инелер түрінде орналасқан; сондықтан хромиттің құрылымы бастапқы құрылыммен салыстырғанда толығымен өзгереді;
- қорытпаға хром алу жоғарырақ; пористаның түйірлерінің құрылымы; олардың беткі қабаты үлкен, сондықтан олардың қалпына келу жылдамдығы руда немесе руда ұсақ заттарына қарағанда жоғары болады;
- шекемтастар дәстүрлі шихта материалына қарағанда қыздыруға және механикалық бұзылуға төзімді болып шығады;
- шихта қабаты арқылы тотықсыздандырғыш газдардың өтуі бірқалыпты;
- ұшпа (гидраттар, карбонаттар) агломерация кезінде ыдырайды, сондықтан электр энергиясы мен кокстың шығыны азаяды, жарылыс қаупі жойылады.
Шекемтастардан жоғары көміртекті феррохромды өнеркәсіптік балқыту оларды пайдалану тиімділігін дәлелдеді. Бұл ретте пештің жұмысы тұрақты болды, "жыланкөздердің", шихта шығарындыларының болмауы және шаң бөлінуін азайтудың арқасында еңбек жағдайлары жақсарды, сондай-ақ техникалық-экономикалық көрсеткіштер (өнімділігі және қорытпаға жетекші элементті алу) жоғарылады, электр энергиясы мен шихта материалдарының үлестік шығыстары азайды [35].
Кесекті хром рудасының тапшылығына байланысты мәжбүрлі шара ретінде басталған хром рудасының ұсақ (0-10 мм) фракцияларын тегістеу жөніндегі жұмыстар колошниктің оңтайлы газ өткізгіштігіне қол жеткізу және пеш ваннасында кен қабатын қалыптастыру үшін, әсіресе жабық режимде (көміртегі құрамын реттеу үшін) кесекті және ұсақ хромит кендерінің белгілі бір арақатынасын көздейтін жоғары көміртекті феррохром өндірудің технологиялық регламентін қамтамасыз етеді [39]. Сонымен қатар жоғары көміртекті феррохромды балқыту кезінде пеш ванналарындағы ұнтақты және жұқа түйіршікті концентраттардан алынған агломераттар, брикеттер мен шекемтастар кен қабатын жасамайды, сондықтан кесек кендерді алмастыра алмайды деген пікір бар [26].
Химия-металлургия институтында хромит кендерінің ұсақ-түйектерін тотықтыру бойынша қарқынды зерттеулер жүргізілуде. Жұқа ұнтақталған кварцитті шикіқұрамға қосуды көздейтін осы кендерді агломерациялаудың ұсынылған технологиясы жоғары тиімділікті көрсетті. Ол бойынша қазіргі уақытта Ақсу ферроқорытпа зауытында агломерациялық фабрика салынуда.
1.3 Жоғары көміртекті феррохромды балқыту кезінде тотықсыздандырғыштарды пайдалану
Ферроқорытпаларды балқыту кезінде негізгі көміртекті тотықсыздандырғыш кокс жаңғағы болып қалады - кокстың жалпы және домендік кластарын сұрыптау кезінде қалдық. Сонымен қатар, ферроқорытпа және домна өндірісінің коксқа қойылатын талаптары диаметрлі қарама-қарсы. Егер домендік процесс үшін негізгі көрсеткіштер: жоғары ірілік (40 мм - ден астам) және механикалық беріктік болса, онда ферроқорытпаларды балқыту үшін-төмен тығыздық пен дамыған кеуекті құрылыммен қамтамасыз етілетін жоғары электр кедергісі мен реактивтілік. Ферроқорытпаларды көмір термиялық қалпына келтіру арқылы өндіруде кокс жаңғағы процестің нақты талаптарына сәйкес келетіндіктен қабылданады. Дегенмен, оның кемшіліктері бар. Сонымен, оның жеткіліксіз жоғары реактивтілігі және салыстырмалы түрде төмен электр кедергісі пеш қондырғыларының мүмкіндіктерін толық пайдаланбауға және электр энергиясын тұтынудың артуына әкеледі. Осыған байланысты ферроқорытпа тәжірибесінде кокс жаңғағын тас көмірмен алмастыру көбірек таралуда [41, 42].
Кенді қалпына келтіретін ферроқорытпа пешінің жұмыс режимі көбінесе көміртекті тотықсыздандырғыштың қасиеттерімен анықталады: реактивтілік, гранулометриялық құрам және электр кедергісі. Тотықсыздандырғышты дұрыс таңдау электродтардың тұрақты терең қонуын қамтамасыз етеді, осыған байланысты пештің жылу шығыны колошник арқылы азаяды. Сонымен қатар, жоғары электр кедергісі бар тотықсыздандырғыштарды қолдану пеш ваннасындағы қуаттың қолайлы бөлінуіне ықпал етеді, электр доғаларының қуатын арттырады және зарядтағы токтың өтуінен бөлінетін қуатты азайтады. Электр доғаларының болуы бірқатар ферроқорытпаларды балқытудың қажетті шарты болып табылады.
Балқытылған ферроқорытпалардың сапасы тотықсыздандырғыштағы зиянды қоспалардың құрамымен анықталады. Жоғары көміртекті феррохромды балқыту кезінде металлургиялық кокс құрамындағы күкірт мөлшері 0,5% - дан аспайтын жағдайда қолданыла алады.
Домна коксын өндіруге арналған тас көмірде күкірт FeS2 (пирит), FeS және CaSO4, FeSO4 (сульфидті және сульфатты күкірт) қосылыстары түрінде болады [21, 43, 44]. Атап айтқанда, Донецкте (Украина) пирит күкіртінің мөлшері жалпы тәуелділікке бағынады Skc = 0.737 Scобщ.-0,83 күкірттің жалпы мөлшері 5%-ға дейін, ал сульфатты күкірттің мөлшері 0,1-0,2% - ға тең. Бұл жағдайда күкірт негізінен газ фазасына, содан кейін органикалық массаға өтеді [45], сондықтан феррохромды балқыту кезінде қолдануға болмайтын құрамында 1,8% күкірт бар жоғары күкіртті кокс алынады. Осыған байланысты, көміртегі тотықсыздандырғыш туралы мәселе қазіргі жағдайда жоғары көміртекті феррохром өндірісін дамыту үшін өзекті және шешуші болып табылады және оған ферроқорытпа саласында ерекше назар аударылады . Ақтөбе ферроқорытпа зауытында жоғары көміртекті феррохромды балқыту үшін Магнитогорск және нижнетагиль Кокс (Sk 0,75%), ленинск-Кузнецк жартылай коксы (Sn 0,45%), краснобродск тас көмірі (Sy 0,045 %) және Борлы (Қарағанды көмір бассейні) тас көмірі (Sy0,03%) қолданылады. Өнеркәсіптік балқыту тәжірибесі көміртекті тотықсыздандырғыштардың 1 Негізді балқытуға қатысты келесі қатынасын анықтады. жоғары көміртекті феррохром: металлургиялық кокс-жаңғақ 333 кг, жартылай кокс 57 кг және көмір 44 кг.1989 жылдан бастап Краснобродск кенішінің (Кузбасс, РФ) көмірі Ақтөбе ферроқорытпа зауытына жеткізілмейді.
Процестердің тұрақтылығын төмендетпестен металлургиялық коксты тұтынуды азайту мәселесі барлық қайта бөлуге қатысты, бірақ бастапқы металды өндіру кезеңі үшін өте маңызды. Кокстың минималды шығыны энергияны үнемдеу тұрғысынан ғана емес, сонымен қатар жоғары тазартылған металлургиялық жартылай өнімдерді (шойын, ферроқорытпа және лигатуралар) өндіру үрдісінде көрінетін нақты әлемдік тенденцияға байланысты да ұтымды. Кокс, оның қалыптасу сипатына байланысты, жоғары сапалы металл өнімдерінің қасиеттерін анықтайтын микропримді элементтердің негізгі тасымалдаушысы болып табылады [46, 47].
Коксқа әлемдік қажеттілік 85% оның қара металлургиядағы шығысымен анықталады. Бұл ретте әлемде және өнеркәсібі дамыған елдерде коксқа деген қажеттілік жылына 360 және 200 млн.т деп бағаланады [29]. Кокс өндірісінің көлемі 1990 жылдан бастап төмендеп, 1995 жылы 345 млн.т құрады [48]. Кокс өндірісінің дәстүрлі процесін жақсарту мүмкіндіктері өте шектеулі. Көмірді кокстаудың жаңа тәсілдері әзірлеу және өндірістік сынақтар сатысында: аз шығынды кокстық шағын зауыт тұжырымдамасын іске асыру алғышарты бар Джамбоу реакторларында кокстеу жүйесі [49]; химиялық өнімдерді ұстамай және электр энергиясын өндіру үшін бөлінетін газдардың жылуын кәдеге жарату қондырғыларымен біріктіріп Кокс пештерінде кокстеу [50-52]; үздіксіз режимде тікелей қыздыру арқылы қалыпталған коксты өндіру процесі [48]. Алайда, көмірді кокстеудің осы әдістерін өндіріске енгізу жақын болашақта күтілмейді.
Ашық әдіспен баяу пісетін көмірді өндірудің төмен құны және төмен көлік шығындары кокс жаңғағымен салыстырғанда көміртегі бірлігінің құнын 1,3-1,5 есе аз қамтамасыз етеді. Соңғы онжылдықтарда ферроқорытпаларды өндіру үшін жаңа тиімді көміртекті тотықсыздандырғыштарды таңдауға және сынауға көп көңіл бөлінді. Мысалы, күкірт ферроқорытпа зауытында көміртекті тотықсыздандырғыштардың жаңа түрлерін пайдалану, электр пештерінің параметрлерін оңтайландыру бойынша айтарлықтай жұмыс кешені жасалды. Көміртекті тотықсыздандырғыштардың дәстүрлі емес түрлері зерттеліп, өндіріске енгізілді: Черемхов кен орнының көмірі, Кузбасс көмірі, арық және майлы көмір, электродтарды графиттеу қалдықтары [53].
Көміртекті тотықсыздандырғыштардың шикізат базасын кеңейтудің қарапайым және практикалық нұсқаларының бірі-антрацит сияқты дәстүрлі емес көміртекті тотықсыздандырғышпен жиі қолданылатын тотықсыздандырғыштың (коксиктің) қоспаларын қолдану. [54] сәйкес, алмастырғыштың техникалық және экономикалық қол жетімділігі металлургияда кокс жаңғағын алмастырғыштарды қолданудың орындылығының өлшемі ретінде қарастырылуы керек. Алдын ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Қ. Жұбанов атындағы Ақтөбе Өңірлік Университеті
УДК ****** На правах рукописи
МАНАСОВ НҰРСҰЛТАН МАНАСҰЛЫ
Үлкен пештерде жоғары көміртекті феррохромды балқытуды жетілдіру бойынша зерттеулер
7М07203 - Металлургия
Техникалық ғылымдар магистрі академиялық дәрежесін алу үшін магистрлік диссертация
Ғылыми жетекші:
техника ғылымдарының кандидаты,
доцент
Сариев О.Р.
Қазақстан Республикасы
Ақтөбе, 2021ж.
АҢДАТПА
АННОТАЦИЯ
ABSTRACT
ҮЛКЕН ПЕШТЕРДЕ ЖОҒАРЫ КӨМІРТЕКТІ ФЕРРОХРОМДЫ БАЛҚЫТУДЫ ЖЕТІЛДІРУ БОЙЫНША ЗЕРТТЕУЛЕР
1 Жоғары көміртекті феррохром өндірісінің техникалық-экономикалық көрсеткіштеріне әсер ететін негізгі факторлар
1.1 Нарықтық экономика жағдайында өнімді өндіру және жүзеге асыру ерекшеліктері
1.2 Жоғары көміртекті феррохромды балқытуға арналған шихта материалдарының сапасына қойылатын талаптар
1.3 Жоғары көміртекті феррохромды балқыту кезінде тотықсыздандырғыштарды пайдалану
1.4 Жоғары көміртекті феррохромды балқытудың электр режимінің ерекшеліктері
1.5 Зерттеу міндеттерін белгілеу
2 Ақсу ферроқорытпа зауытында көміртекті қалпына келтіргіштерді кешенді металлургиялық бағалау
2.1 Көміртекті тотықсыздандырғыштардың сапалық сипаттамасы
2.2 Антрациттерді ферроқорытпа электротермиясына арналған перспективті көміртекті тотықсыздандырғыш ретінде сипаттау
2.3 Ақсу ферроқорытпа зауытында көміртекті қалпына келтіргіштерді пайдалану
3
5 Ақсу ферроқорытпа зауытында жоғары көміртекті феррохромды балқыту кезінде шикіқұрам материалдарының жаңа түрлерін тәжірибелік-өнеркәсіптік сынау
5.1 Көміртекті тотықсыздандырғыш ретінде антрацитті пайдалана отырып, жоғары көміртекті феррохром балқытудың тәжірибелік-өнеркәсіптік сынақтары
5.2 Жоғары көміртекті феррохром өндірісі кезінде жоғары вольтты арнайы коксты тәжірибелік сынау
5.3 Жоғары көміртекті феррохромды өндіру кезінде флюс ретінде ферросиликомарганецті балқыту қождарын өндірістік сынау
5.4 Хром кені брикеттері бар жоғары көміртекті феррохромды тәжірибелік-өнеркәсіптік балқыту
6 Жоғары көміртекті феррохромның тауарлық кондициясын арттыру бойынша өндірістік сынақтар және оны ауыр салмақты электр пештерінде балқыту технологиясын игеру
6.1 Ақсу ферроқорытпа зауытында сапасы бойынша жоғары көміртекті феррохромды жетілдіру
6.1.1 Жоғары көміртекті феррохромды дезоксидтеуді игеру
6.1.2 1-2% кремнийлі жоғары көміртекті феррохром өндірісін игеру
6.2 Қуатты және аса қуатты кенді қалпына келтіретін электр пештерінде жоғары көміртекті феррохром өндіру технологиясын игеру
6.2.1 АқсФЗ жағдайында жоғары көміртекті феррохром өндірісі кезінде балқыту өнімдері бойынша элементтердің материалдық баланстары және таралуы
6.2.2 РКЗ-33 және РКЗ-63 пештерінің геометриялық параметрлеріне қатысты
6.3 Жоғары көміртекті феррохром өндірісінің ең жоғары көлеміне қол жеткізу мақсатында қуаты 63 МВА № 61 ферроқорытпа пешінде технологиялық параметрлерді, электр режимдерін таңдау бойынша тәжірибелік-өнеркәсіптік сынақтар
6.3.1 РКЗ-63 пешінің қуатын игеру бойынша өнеркәсіптік сынақтар
6.3.2 РКЗ-63 пешінің толық қуатында хром кені брикеттерін қолдана отырып, жоғары көміртекті феррохромды тәжірибелік-өнеркәсіптік балқыту
6.4 РКЗ-63 типті № 64 пештің және жоғары көміртекті феррохромды балқыту кезінде ағымдағы өндіріс жағдайында фосфор мөлшері төмен листвянск кен орнының антрацит жұмысы туралы
6.5 РКЗ-63 (№ 61) ауыр жүк тиейтін пеште ҚХР өндірген коксты пайдаланудың өндірістік тәжірибесі
КІРІСПЕ
Ғылыми-технологиялық міндеттің қазіргі жағдайы.
Әлемдік нарықтың коньюнктурасы хромды ферроқорытпаларды, оның ішінде жоғары көміртекті феррохромды өндіру үшін қолайлы, өйткені XXI ғасыр болат, әсіресе арнайы маркалар өндірісіне жататын металлургия өнеркәсібінен жоғары сапалы өнімді талап етеді. Бұл хроммен легірленген болаттың барлық кластарын алу үшін пайдаланылатын хромды ферроқорытпалар өндірісінің динамикалық өсуіне байланысты. ТМД елдерін қоса алғанда, әлемнің дамыған елдерінде хромы бар қоспаланған болаттардың 60-70% өндіріледі. Әсіресе, өндіріс әдістерінің құрылымының өзгеруіне және электр пештері мен оттегі конверттерінде коррозияға төзімді болаттарды балқыту технологиясының жақсаруына байланысты жоғары көміртекті феррохром өндірісінің көлемін арттырудың өзектілігі артты. Нарық жағдайында өндірісті әртараптандыру қажеттілігі Ақсу ферроқорытпа зауытының (АқсФЗ) алдына үлкен жүк тиейтін пеш агрегаттарының РКЗ-33 және РКЗ-61И пештерінің толық қуатын игеру міндетін қояды. Мұндай жоспарды әзірлеу тәжірибелі технологиялар үшін негіз болатын ғылымды қажетсінетін теориялық зерттеулерді орындау арқасында АқсФЗ жағдайында алғаш рет іске асырылды.
Тақырыпты әзірлеу үшін негіз және бастапқы деректер. Барлық металлургия сияқты хром қорытпаларын балқытудың ғылыми-техникалық стратегиясының негізі шикізат материалдарын қатаң үнемдеу және ресурстарды үнемдеу кезінде өндірілетін өнімнің сапасын жан-жақты арттыру болып табылады. Қазіргі уақытта арнайы мақсаттағы болаттарды, атап айтқанда коррозияға төзімді болаттарды өндіру әдістері құрылымдық тұрғыдан қайта құрылуда, бұл оларды электр пеші мен оттегі түрлендіргіш балқыту арқылы алу технологиясының дамуымен байланысты. Бұл әлемдік нарықта жоғары көміртекті феррохромға сұраныстың артуының себебі болып табылады. Нарық жағдайында өндірісті әртараптандыру қажеттілігі Ақсу ферроқорытпа зауытынан (АқсФЗ) ауыр жүк тиейтін ферросилиций пеш агрегаттарын (РКЗ-33 және РКЗ-63И пештері) толық қуатына игеруді талап етті.
Осы ғылыми-зерттеу жұмысын жүргізу қажеттілігінің негіздемесі. Ауыр салмақты кен термиялық пештерде жоғары көміртекті феррохромды балқыту технологиясын игеру қойылған міндетті мұқият зерделеуді талап етеді, бұл тәжірибелік технологиялар үшін негіз болатын ғылымды қажетсінетін теориялық және эксперименттік зерттеулерді орындауды талап етеді. Жеткіліксіз негізделген теориялық тұжырымдар өндірістік циклге теріс әсер етуі мүмкін. Диссертацияда қойылған міндеттердің уақтылығы мен негізділігі, біріншіден, Қазақстанның 410 млн. тоннадан астам қор көлеміндегі хром шикізатымен қамтамасыз етілуіне және екіншіден, ферросилицийді балқытуға арналған, қуаттылығы 33 және 61 МВА пештерде жоғары көміртекті феррохром өндірісін ұйымдастыруды әртараптандыру тәртібінде қажеттілікке байланысты.
Игерудің жоспарланған ғылыми-техникалық деңгейі туралы мәліметтер. Диссертациялық жұмыстың нәтижелері өндірістің заманауи талаптарына және ферроқорытпа саласының перспективалық даму сұраныстарына жауап береді. Іргелі сипаттағы эксперименттік-теориялық зерттеулер мен ғылыми-техникалық әзірлемелер Нәтижелерінің жиынтығы жоғары көміртекті феррохромды балқыту кезінде болатын физика-химиялық процестердің теориялық негіздерін нақтылау үшін пайдаланылды.
Патенттік зерттеулер және олардан алынған қорытындылар. Отандық және шетелдік патенттерді талдау металл өнімдерін әлемдік тұтынудың күтілетін өсуіне қарамастан, бәсекелестіктің экономикалық параметрлері еуропалық стандарттарға бағдарланған өндірістің жаңа технологияларын игеру дәрежесімен толықтырылатынын көрсетті. Осыған байланысты техникалық қайта жарақтандыру және өндірісті қайта құру міндеттері өте қажет.
Ғылыми-техникалық әзірлеменің жаңалығы 1-2% кремниймен феррохром алу технологиясын енгізумен және Кокс жаңғағын антрацитпен ішінара ауыстырумен, сондай-ақ қуаты 33 және 63 МВА ферросилиций пештерінің толық өнімділігін пайдалана отырып, феррохромды балқыту технологиясын игерумен расталды.
Метрологиялық қамтамасыз ету туралы мәліметтер. Жұмыста термодинамикалық мәліметтерді есептеу және күрделі оксидті жүйелердегі фазалық тепе-теңдікті модельдеу әдістері қолданылды. Бастапқы шикізат пен алынған материалдардың химиялық және техникалық талдауы 28.09.04 жылдан бері KZ № 7100000.06.09.00.712 мемлекеттік аккредиттеу аттестатына ие Ж. Әбішев атындағы химия-металлургия институтының химиялық талдау зертханасымен жүзеге асырылды. Алынған ғылыми-техникалық ақпараттың дұрыстығын әртүрлі ғылыми-эксперименттік әдістермен, сондай-ақ ірі зертханалық және өнеркәсіптік сынақтар барысында алынған нәтижелердің өзара келісілгендігі куәландырады.
Мәселенің өзектілігі келесі факторлармен анықталады, оның ішінде ферроқорытпа өндірісінің металлургиялық өнімдерінің әлемдік нарығындағы қолайлы жағдайы:
1) арнайы (ыстыққа төзімді және тот баспайтын) болаттарды қоса алғанда, хроммен қоспаланған болаттың тұтас кластарын алу үшін пайдаланылатын хромды ферроқорытпалардың қарқынды өсіп келе жатқан сұранысына және тұтынылуына байланысты;
2) Хром қорытпаларын өндіру көлеміндегі оның үлесін арттыру қажеттілігіне байланысты өндіріс тәсілдері құрылымының өзгеруіне және болаттың коррозияға төзімді маркаларын балқыту технологиясының жетілдірілуіне байланысты феррохромның жоғары көміртекті маркаларының маңыздылығын арттыру;
3) Металл өнімінің өзіндік құнын төмендету кезінде оның тұтынушылық сапасын арттыру, сондай-ақ тауарлық өнім номенклатурасын кеңейту жөніндегі әлемдік нарықтың талаптарына сәйкес келуі тиіс. Осыған байланысты, АксФЗ үшін ферросилиций өндіретін металлургиялық агрегаттарды жоғары көміртекті феррохромды балқыту үшін қайта құру өзекті болып табылады.
Жұмыстың практикалық маңыздылығы:
- қуаттылығы 33 және 61 МВА ферросилиций пештерінің толық өнімділігін пайдалана отырып, зауытта өндірісті әртараптандыру тәртібімен жоғары көміртекті феррохром балқыту технологиясын игеру;
- феррохромды пештен тыс тотықсыздандыру технологиясын игеру арқылы металл өнімдерінің сапасын арттыру және тауарлық өнім номенклатурасын кеңейту, бұл өнімнің тауарлық түрін жақсартады және феррохромды адъюстаждық өңдеу кезінде ұсақ-түйектердің шығуын азайтады;
- шөмішке шығару кезінде көміртекті феррохром ағынына ферросиликохромды қосумен 1-2% кремнийі бар феррохром алу технологиясын игеру;
- әртүрлі жеткізушілердің (Кокс, арнайы кокс) жаңа көміртекті қалпына келтіргіштерін сынау және оларды пайдалану кезінде феррохромдағы зиянды қоспалардың құрамын төмендету мүмкіндігін анықтау;
- металлургиялық коксты энергетикалық көмір-антрацитпен ішінара ауыстыра отырып, жоғары көміртекті феррохромды балқыту технологиясын енгізу ("Сибантрацит" ЖАҚ өндірісінің АМ маркалары), бұл ферроқорытпаның өзіндік құнын төмендетеді;
- ферросиликомарганецті балқыту шлактарын жоғары көміртекті феррохром өндірісінде флюстеуші материал ретінде қолданудың жоғары тиімділігін анықтау.
Жұмыстың мақсаты. Негізгі мақсаты ферросилицийді балқыту үшін құрастырылған, қуаттылығы 33 және 61 МВА ауыр салмақты кен термиялық электр пештерінде жоғары көміртекті феррохромды балқытудың тиімді технологиясын игеру болып табылады.
Зерттеудің негізгі міндеттері:
- Кокс бөлігінің орнына энергетикалық көмір-антрациттерді қолдана отырып, жоғары көміртекті феррохром өндіру технологиясын әзірлеу;
- 33, 61 МВА қуатты пештерде феррохромды балқыту процесін игеру;
- 2-3% кремнийі бар феррохромның пештен тыс өндірісін енгізу және шөміштерде жоғары көміртекті феррохромды тазарту, сондай-ақ жоғары көміртекті феррохромды, қандай да бір арнайы коксты, жаңа жеткізушілердің коксын, марганец қорытпаларының шлактарын балқыту кезінде шикіқұрам материалдарының жаңа түрлерін қолдану.
1 Жоғары көміртекті феррохром өндірісінің технико-экономикалық көрсеткіштеріне әсер ететін негізгі факторлар
Жетпісінші жылдардың басында ферроқорытпа өнеркәсібінде пеш қондырғыларының жалғыз қуатын арттыру мәселесі туындады, бұл аз қуатты ашық пештерді қайта құру арқылы металлургиялық кәсіпорындарды жаңғыртуды қажет етті. Өз кезегінде қуатты жабық агрегаттарда жұмыстың жоғары технико-экономикалық көрсеткіштеріне қол жеткізу шихта материалдарының дайындық деңгейіне байланысты [1]. Хромды ферроқорытпалардың кесек немесе кесектелген рудамен көміртермиялық өндірісін қамтамасыз ету мәселесі қазіргі уақытта да өзекті. Бұл проблема цехтарында қуаты 33 және 63 МВА пештері бар Ақсу ферроқорытпа зауытының (АқсФЗ) алдында аса өткір болып тұр.
Қазақстанда ферроқорытпалардың басты өндірушісі болып табылатын АқсФЗ посткеңестікте ғана емес, әлемдегі де ірі кәсіпорындардың бірі болып саналады. Әлемдік ферроқорытпа нарығында бұл кәсіпорын ең бәсекеге қабілетті үштікке кірді: АҚШ нарығында - 1-ші, Еуропада - 2-ші, Жапонияда - 3-ші орын. КСРО ыдырағаннан кейін, ферроқорытпаларды өндіру мен тұтыну деңгейінің төмендеуі жағдайында, АксФЗ ферроқорытпаларды балқыту мен сатудың салыстырмалы көлемі бойынша әлемдік ауқымда өз позициясын сақтап қалды. Штатында 6000-нан астам адамы бар кәсіпорында қуаттылығы 63 МВА болатын ірі пештерді қоса алғанда, 26 электр пеші бар 4 ферроқорытпа цехы жұмыс істейді. Бастапқыда тек ферросилиций қорытпаларын өндіруге бағытталған зауыт хром, кремний және марганец қорытпаларын кең ауқымды өндіруді біріктіретін бірегей кәсіпорындардың бірі болды [2]. 1997 жылдан 2001 жылға дейінгі кезеңде әлемдік нарықтың конъюнктурасын ескере отырып, шығарылатын өнімнің сұрыпталымы айтарлықтай өзгерді: ферросилиций өндірісінің көлемі төмендеді және босаған пеш қуаттары феррохром мен марганец қорытпаларын балқытуға қайта бағдарланған [2].
Құрылысы 1977 жылы басталған № 6 цех зауытта өндірісте ерекше орын алады. 1982 жылы соңғы төртінші пеш пайдалануға берілді. № 6 Цех Бүкілодақтық электротермиялық жабдықтар ғылыми-зерттеу институтының (Мәскеу қаласы) РКЗ-63И1 кен қалпына келтіретін дөңгелек, жабық электр пештерінің әлемдегі алғашқы және жалғыз сериясымен және құрамында 45% - ға дейін кремний бар ферросилицийді балқытуға арналған Новосибирск электротермиялық жабдықтар зауытын дайындаумен жабдықталған. Пештердің орнатылған қуаты 40,2 МВАР конденсаторлық батареялары бар реактивті энергияның бойлық өтемақысын орнатумен 230 кВ терең енгізумен 81 МВА (3 бір фазалы ЭОДЦНК-83300220-дан 27 МВА-ға дейін) құрайды. Пештерді әзірлеу кезінде соңғы әлемдік және отандық техникалық жетістіктер қолданылды.
АқсФЗ-да әлемде алғаш рет қуаты 81 МВА жабық пештерде жоғары көміртекті феррохромды балқыту технологиясы әзірленді және игерілді және қазіргі уақытта кемпірсай кен массивінің хром кендерін пайдалана отырып, жылына 450 мың т феррохром өндірісін ұйымдастыру бойынша техникалық шешімдер кешені іске асырылуда.
№ 6 цехты ферросилиций өндірісінен жоғары көміртекті феррохромды балқытуға ауыстыру нәтижесінде балқыту процесін жүргізу технологиясы және қамтамасыз ететін өндірістерді ұйымдастыру бойынша бірқатар ірі проблемалар туындады. Осы проблемаларды еңсеру барысында теориялық және қолданбалы сипаттағы бірқатар міндеттер шешілді. Озық ғылыми-қолданбалы тәжірибені енгізу саласында мынадай технологиялар игерілді және енгізілді: металды пештен тыс тотықсыздандыру әдісімен жоғары сапалы жоғары көміртекті феррохромды балқыту, құрамында фосфор мен кремниймен қоспаланған феррохром төмен (0,015% - дан кем) феррохром алу. Бұл ғылыми-техникалық жетістіктер ферроқорытпалардың қазіргі заманғы әлемдік нарығы талаптарының өзгеруіне икемді ден қоюға мүмкіндік береді.
Жоғары көміртекті феррохромды балқыту технологиясын жетілдірудің басым бағыттарының бірі жергілікті қазақстандық шикізатты: кварцитті, хром кенін, тас көмірді пайдалану болып табылады. Бұл ферроқорытпаның өзіндік құнының төмендеуіне оң әсер етеді және мемлекеттің отандық өндірушіні қолдау жөніндегі саясатын көрсетеді. Зауытты сыртқы жеткізілімдердің ауытқуынан қорғау үшін 1998 жылы өзінің минералды-шикізат кешенін құру туралы шешім қабылданды.
Ақсу ферроқорытпа зауытының техникалық саясаты кәсіпорынның ішкі резервтерін пайдалануға бағытталған. Техникалық жобалар шығарылатын өнімнің өзіндік құнындағы энергетикалық және материалды қажетсінетін құрамдас бөлікті азайту жөніндегі ғылыми - техникалық жоспар іс-шараларын орындауды көздейтін 2010 жылға дейінгі кезеңге арналған энергия және ресурсты үнемдеудің кешенді бағдарламасымен өзара толықтырылады.
Жоғары қуатты электр пештеріндегі жоғары көміртекті феррохром өндірісін игеру бойынша теориялық және практикалық әзірлемелердің нәтижелері қазіргі уақытта ферроқорытпа саласының кәсіпорындары үшін үлкен маңызға ие.
1.1 Нарықтық экономика жағдайында өнімді өндіру және өткізу ерекшеліктері
ТМД елдеріндегі экономикалық жағдайдың нашарлауы металды ішкі нарықта сату мүмкіндігін азайтты. Сыртқы нарықта бәсекелестік жоғары сапалы және арзан өнімдерге төтеп берді. Қазіргі уақытта ішкі және сыртқы металл нарықтары арасындағы арақатынаста экспорт басым. Перспективада осы нарықтарға жеткізілімдердің арақатынасы конъюнктуралық факторлармен де, отандық металл өніміне сұранысты қаншалықты жандандыруға болатындығымен де айқындалатын болады [3]. Экспортқа бағытталған металлургия қазіргі уақытта экономикалық әдістермен де, әлемдік державалардың саясатымен де жүзеге асырылатын әлемдік металл өнімдері нарығының бәсекелестерінен қатты қысым көруде. ТМД елдерінен және басқа елдерден өнім экспортының өсуі экспорттаушы елдерді өздерінің ішкі нарықтарын қорғауға бағытталған шаралар қабылдауға мәжбүр етті. Металл өнімдерін жеткізудің өсуіне қарсы көптеген елдерде демпингке қарсы бірқатар тергеулер жүргізіліп, жоғары импорттық баж салығы енгізілді. Бұл ретте "нарықтық мәртебенің" болмауы тауар өндірушілердің сыртқы нарықтарда өз мүдделерін сәтті қорғау мүмкіндігін іс жүзінде жоққа шығарады, өйткені "нарықтық мәртебесі" жоқ елдер үшін нақты өндірістік-қаржылық көрсеткіштерді талдаудың орнына "ұқсас" елдердің "суррогат" деректерін қолдануға болады [4].
ТМД елдерінің үшінші елдерге жеткізілетін металл өнімдерінің экспорттық бағасы [5] деректері бойынша әлемдік нарық бағасынан едәуір төмен, бұл ТМД елдері өнімдерінің салыстырмалы түрде төмен сапасына, ал кейде халықаралық талаптарға сәйкес өнімді сертификаттаудың болмауына, бір жолғы келісімшарттарды пайдалануға және басқа себептерге байланысты.
Болжамды деректерге сәйкес, металл өнімдерін әлемдік тұтынудың күтілетін өсуіне қарамастан, бәсекелестік одан да өткір болады, оның экономикалық параметрлері өндірістің жаңа технологияларын игеру дәрежесімен, өнімнің жаңа түрлерін игерумен толықтырылатын болады. Ақсу ферроқорытпа зауытында жұмыс стилі өзгеруде: нарық конъюнктурасын ескере отырып, өндіріс қайта құрылуда, техникалық талаптар нақтылануда. Американдық және еуропалық стандарттардың талаптарын ескере отырып, өнімнің жаңа түрлерін өндіру технологиялары әзірленуде [6]. Техникалық қайта жарақтандыру және өндірісті қайта құру бағдарламалары орындалуда, өйткені өнім шығаруға арналған материалдық және еңбек шығындарының үлесі дамыған елдерге қарағанда жоғары болды [7, 8]. Мысалы, "АрселорМиттал Теміртау" АҚ (бұрынғы "Испат-Кармет") кешенінің қуаттарын пайдалану дәрежесі 1995 жылдан 2000 жылға дейін нарық конъюнктурасына байланысты 35-тен 100% - ға дейін өзгерді [9].
Кәсіпорындар бәсекелестіктің ең қолайлы түрлерін таңдауға мәжбүр: өнімнің бағасы, сапасы және жаңалығы немесе өндіріс шығындары [10]. Шикізат, материалдар, энергия ресурстарын үнемді жұмсау, жаңа технологияларды игеру, өнеркәсіптік агрегаттарды қайта жаңарту, шикізат жеткізушілерді ұтымды таңдау есебінен шығындардың қысқаруымен бірге шығарылатын өнімнің сапасына қойылатын талаптар күшейтілді [11]. Осылайша, отандық және шетелдік нарықтарда сұранысқа ие бәсекеге қабілетті өнім, сондай - ақ импорт алмастыратын өнім өндіруді ұйымдастыру ферроқорытпа саласын дамытудың маңызды шарты болып табылады.
Ферроқорытпа өндірісі негізінен болат балқыту көлемімен анықталады, сондықтан болжамды жасау үшін [12] алдағы жылдары болат нарығына тән тенденциялар қарастырылады [13-17]. Әлемде болат өндіру мен тұтынудың өсуі 1947-1974 жылдар кезеңінде жыл сайын тиісінше 6,28 және 6,3% - ды, ал 1974-1997 жылдары-0,52 және 1,47% - ды құрады, 1997-2010 жылдары жылына 1,03 және 2,84% деңгейінде өсу күтілуде [14]. Арнайы болаттарды балқытудың дамуы легирленген қорытпалардың, атап айтқанда феррохромның көбеюін талап етеді. Хромның легірлеуші элемент ретіндегі маңызы соңғы жылдары - арнайы машина жасау, атом және зымыран техникасының қарқынды даму кезеңінде айтарлықтай өсті. Жоғары көміртекті феррохромды қолдана отырып, төмен көміртекті тот баспайтын болаттарды балқыту әдістері жасалды, бұл қымбат силикотермиялық феррохромды үнемдеуге мүмкіндік береді [18].
Жоғары көміртекті феррохромды балқыту-балқытылатын металл өнімдерін оның маркаларының химиялық құрамы бойынша қатаң стандартталған (МЕМСТ 4757-91 сәйкес) өндіріс (1-кесте).
1-кесте-химиялық құрамы бойынша жоғары көміртекті феррохромды таңбалау
Жоғары көміртекті феррохром маркасы
Негізгі регламенттелетін компоненттер мен зиянды қоспалардың құрамы, салмағы бойынша %
Cr емес
C
Si
P
S
ФХ650А
65
6,5
2,0
0,03
0,06
ФХ650Б
65
6,5
2,0
0,05
0,08
ФХ850А
65
8,0
2,0
0,03
0,06
ФХ850Б
65
8,0
2,0
0,05
0,08
ФХ800СА
60
8,0
5,0 -10,0
0,03
0,03
ФХ800СБ
60
8,0
5,0 -10,0
0,03
0,03
[19] сәйкес, ФХ800СА және ФХ800СБ маркалы жоғары көміртекті феррохром тұтынушылар арасында сұранысқа ие емес. Сонымен қатар, осы маркалардың феррохромын балқыту технологиялық тұрғыдан қарапайым, тіпті құрамында күкірт бар хром кендерін пайдалану кезінде, бұл қорытпадағы кремний мен көміртектің жоғарылауымен байланысты. Бұл жағдайда күкірт, біріншіден, пеш газдарымен кремний сульфидтері түрінде сублимацияланады, екіншіден, көміртектің жоғары концентрациясы оның қожға ауысуын арттырады.
Соңғы жағдайға қатысты, феррохромдағы күкірт құрамын көміртегі концентрациясының өзгеруімен технологиялық тұрғыдан реттеу екі себепке байланысты мүмкін емес екенін атап өткен жөн: қорытпадағы көміртегі мөлшері қатаң реттелген және ең бастысы, электротермия жағдайында заряд материалдарының құрамы мен қасиеттерінің өзгермеуімен көміртегі бар қорытпаны шекті рұқсат етілген шекте сату техникалық қиын.
Жоғары көміртекті феррохромның барлық топтары мен маркаларын өндіруге арналған хром кені Cr2O3, SiO2, P, S құрамы және Сr2О3FeO қатынасы бойынша белгіленген техникалық шарттар бойынша сертификатталады (2-кесте).
Рудада кемінде 60% хром бар феррохром өндірісі үшін кемінде 45% хром оксиді, ал соңғысының FeO және Fe2O3 оксидтері құрамының сомасына қатынасы кемінде 2,5 болуы тиіс. Сонымен қатар, шихта материалдары талаптарға жауап беруі тиіс: 40 мм-ге дейінгі кесектердегі әк 94% - дан кем емес және 0,025% - дан аспайтын фосфордан, ал металлургиялық кокс (мөлшері 20 мм-ден аспайтын) күкіртте 0,5% - дан аспауы тиіс. Кесек хром кені орташаланады, ұсақталады және оны кен кесектерінің ең үлкен мөлшері 80 мм-ден аспайтын фракциялық құрамға жеткізу үшін себіледі. Соңғы онжылдықта Қазақстанның ферроқорытпа саласының Дон КБК жеткізілімдерінің орташа жылдық көрсеткіштері бойынша хром кендеріндегі күкірттің орташа құрамы салмағы бойынша 0,0245-0,0287% - ды құрайды. Алайда хром кендерінің жекелеген партияларында көрсетілген орташа деңгейден едәуір артық күкірт болуы және техникалық шарттар (ТШ) нормасынан (0,05% S) асуы мүмкін.
2-кесте - жоғары көміртекті феррохромды балқыту үшін хром кені компоненттерінің құрамы бойынша техникалық шарттар
Хром кені компоненті
Кен маркасы үшін норма
ДХ-1-1
ДХ-1-2
Хром оксиді, % кем емес
50,0
47,0
Кремний диоксиді, % кем емес
7,0
9,0
Хром оксиді мен темір монооксиді құрамының қатынасы, бірлік
3,5
3,0
Фосфор, % артық емес
0,005
0,005
Күкірт, % көп емес
0,05
0,05
Соңғы жағдайда кен шихтаға күкірттің орташа мөлшері бар кенге қарағанда екі есе көп және көміртегі тотықсыздандырғыш-кокс қосылған деңгейде қосылады. Құрамында күкірт бар кеннің мөлшері ТУ нормасынан 1,76% - ды ғана құраса да (орташа мөлшерден 34,6%-ға артық), өндіріс күкірт бойынша металл өнімдерінің ақауына байланысты айтарлықтай шығынға ұшырайды. Жоғары көміртекті феррохромды өндіру тәжірибесіне сәйкес, жиі алынатын қорытпа құрамы бойынша стандарт талаптарына сәйкес келмейді (0,06% - дан артық емес) [20] күкірт. Сондықтан феррохромның сапасын арттыру және өндірістің техникалық-экономикалық көрсеткіштерін арттыру мәселелеріне ерекше көңіл бөлінді. Күкірт мөлшері берілген феррохромды алудағы қиындықтар, әдетте, кокстегі күкірттің жоғары (0,5% - дан астам) болуына байланысты. Осыған байланысты құрамында зиянды қоспалар аз феррохром алу маңызды болып табылады.
Жоғары көміртекті феррохром тығыз болуы керек, тығыздығы жоғары және ұсақ фракциялардың ең аз мөлшері болуы керек, өйткені 50 мм-ден 10-нан 5% - ға дейінгі бөліктер санының азаюы ашық ванна легирлеу кезінде хром шығынын 15% төмендетеді [21].
Алдағы 5-7 жылда әлемдік ферроқорытпа өндірісіне тән негізгі үрдістерді атап өткен жөн:
1) шикізат өндірушілер мен жеткізушілер арасындағы интеграцияны, сондай-ақ бірлескен кәсіпорындар құру немесе шикізат кеніштерін бірлесіп иелену арқылы электр энергиясын күшейту, бұл өндірістік шығындарды азайтуға және жеткізілімдердің сенімділігін арттыруға мүмкіндік береді [15, 16];
2) әртүрлі өнімдерді шығару үшін бірдей қуаттарды қолдану.
Өндірісті әртараптандыру-ірі компаниялардың әлемдік металл нарығындағы тұрақтылығының негізі. Кәдімгі жағдайда (жаһандық дағдарыс болмаған кезде) нарықтың бір сегментінің қолайсыз конъюнктурасы белгілі бір дәрежеде екіншісіндегі неғұрлым қолайлы жағдаймен өтелуі мүмкін. Сондықтан Тауарлық өнім номенклатурасының ұлғаюы металдарды қолдану аясын кеңейтеді және көбінесе өнімнің жоғары бағасына байланысты қосымша пайда табумен байланысты [22]. Нарықтық экономикасы дамыған елдерде тауар өндірушінің өнімге сәйкестік сертификаттарымен расталатын сапалық сипаттамалары бар өнім шығару қабілетін бағалау үшін объективті көрсеткіштер әзірленді. Сертификаттау-өнімді объективті бағалауға, оның қауіпсіздігін растауға, экологиялық тазалыққа, тұтынушылық қасиеттерге қойылатын талаптарға сәйкестігін қамтамасыз ететін сапа кепілдігінің маңызды тетігі [23].
1.2 Жоғары көміртекті феррохромды балқытуға арналған шихта материалдарының сапасына қойылатын талаптар
Жоғары көміртекті феррохром өндірісі үшін негізгі шикізат хром кені болып табылады. Кендегі Cr Fe қатынасы алынған феррохромдағы хром құрамын анықтайды. Хромит кесек кен, ұсақ заттар және концентраттар түрінде шикізат ретінде қолданылады. Шикізаттың жаңа түрлерін жабдықтың өлшемін таңдаудан және оның жұмыс параметрлерін анықтаудан бұрын алдын ала сынау қажет [24].
Әлемде өндірілетін 13-14 млн. т хром кені шикізатының 15-80% - ы шағын фракциялармен ұсынылған. Бұл ретте кеннің барлық массасының 60-65%-ы шахталық кенді қалпына келтіретін электр пештерінде пайдаланылады, онда ұсақ (10 мм-ден аз) фракциялардың кендерін қолдану шихтаның газ өткізгіштігінің нашарлауына және материалдардың жылу алмасуына және технико-экономикалық көрсеткіштерінің төмендеуіне әкеледі. Сонымен қатар, игерілетін хром кендерінің кен орындары бай шикізат қоры бойынша таусылады, бұл кенді байытуды қажет етеді. Сондықтан хромды ферроқорытпаларды өндіретін кәсіпорындар ұсақ фракциялардың концентраттарын және борпылдақ хром кендерін пайдалануға мәжбүр [25].
Металлургиялық хром кендерінде кемінде 48% хром оксиді болуы керек, хромның темірге қатынасы 3:1 және мүмкіндігінше магний оксиді мен глиноземнің құрамы бірдей болуы керек, сонымен қатар кесек және механикалық берік болуы керек. Ұнтақты хром кендері мен концентраттар, хром оксидінің бірдей мөлшеріне қарамастан, төмен бағамен сатылады [26].
Пештің біркелкі жүруін қамтамасыз ету үшін жұмсартудың жоғары температурасы және кенді жұмсартудың минималды температуралық аралығы қолайлы, өйткені бұл аралықта алғашқы қожды балқымалармен қалың тұтқыр массалар пайда болады. Пештегі кеннің пластикалық және сұйық күйі аймағының мөлшері оны жұмсарту аралығына тура пропорционал. Температураның төмендеуімен және жұмсарту аралығының кеңеюімен зарядтың газ өткізгіштігі едәуір төмендейді, бұл балқытудың асқынуына әкеледі. Кен элементтерінің қалпына келу дәрежесін қарастыру кезінде басқа тең жағдайларда оңай қалпына келтірілетін кендер жұмсарту температурасы жоғары, қождың балқу температурасына жақын кендер болып табылатындығын атап өткен жөн. Кенді жұмсарту температурасы кенді қалпына келтіретін электр пешіндегі процестің температурасына тура пропорционал, өйткені заряд жұмсарғаннан кейін оның тұнбасы пайда болады және қатты зарядтың жаңа бөлігі дереу жеткізіледі. Үздіксіз технологиялық процесс пештің температурасын зарядты жұмсарту температурасынан әлдеқайда жоғары көтеруге мүмкіндік бермейді. Балқытылған ваннаның температурасын жоғарылату және элементтерді қатты күйде толығымен қалпына келтіру үшін жоғары температура қажет. Сұйық фазадағы металдардың көпшілігін қалпына келтіру қатты металдарға қарағанда әлдеқайда қиын, бұл энергия шығындарының жоғарылауымен бірге жүреді және балқытудың техникалық-экономикалық көрсеткіштерін төмендетеді.
Кендегі Al2O3 құрамының жоғарылауы балқу температурасының төмендеуіне, ал MgO құрамының артуы, керісінше, оның өсуіне әкеледі [27]. Күкірт ферроқорытпа зауытында Сарановка кен орнының (37% Cr2O3) кендерінің неғұрлым кедей қоспасымен және жоғары жұмсарту температуралары бар қазақстандық хром кендерінің (42% Cr2O3) ұсақ фракцияларынан брикеттердің қоспасымен жұмысқа көшу кезінде пештің жұмыс кеңістігі температурасының өсуі байқалды, ол шлак пен металдың пештің алдыңғы қабырғасының магнезитті футеровкасына агрессивті әсерінің күрт артуымен, оның "қызуына" әкеп соқтыратын және ұзақ жұмыс кезінде ваннаны жеуге болатын [28].
Кен электротермиясының маңызды сипаттамаларының бірі-балқытудың бірдей кезеңінде алынған шлак пен металдың физикалық массаларының қатынасымен анықталатын қождың көптігі, оның мөлшері жетекші элементтің құрамына байланысты 1,3-1,5 аралығында болады. Нашар кендерді өңдеу кезінде қазіргі заманғы қуатты электр пештері бір тонна мақсатты ферроқорытпамен бірге қоқыс қожының бір жарым нормасына жуық балқытуға "жойылады". Бұл энергияның шамадан тыс жоғары тұтынылуына және жетекші элементтердің қанағаттанарлықсыз шығарылуына байланысты. Жоғары сапалы фосфор қорытпалары кенді қосымша өңдеуді қажет етеді - сондықтан технико-экономикалық көрсеткіштер алу мақсатында металлургиялық дефосфорация жүргізіледі. Қалыптасқан жағдай ферроқорытпаларды балқыту технологиясының салыстырмалы технико-экономикалық дәрменсіздігінің және өнім сапасының төмендігінің салдары болат балқыту өндірісі прогресінің қазіргі заманғы үрдістеріне қайшы келді [29, 30], зиянды қоспалардың төмен және өте төмен құрамы бар жоғары сапалы болат өндіруге сұраныстың өсуіне сәйкес бағытталған. Алайда, нарықтық конъюнктура байытушыларды аз мөлшерде және тиісті бағамен болса да, дәстүрлі көздерден жоғары сапалы шикізат шығаруға мәжбүр етті. Демек, Шикізат сапасын жақсарту тұрақты үрдіске айналады. Шихта материалдарының жоғары сапасы ферроқорытпа технологиясының негізгі принциптерінің ішіндегі ең маңыздысы болып табылады [31]. Көміртекті феррохромды балқыту үшін кедей кенді тікелей пайдалану хром - чардж-хромның төмен (50-60%) қорытпасын қамтамасыз етеді, ол маркалы сортты феррохромнан (Cr 60%) аз бағаланады [32]. Құрамында 60% - дан астам хром бар қорытпаны алу үшін хром мен темір оксидтерінің арақатынасы (сапа коэффициенті) 2,35 және одан жоғары болуы керек, бұл темірдің қорытпаға толық түсуіне және хромның алынуына жақын болуына байланысты.
ТМД аумағындағы хром кенін негізгі жеткізуші болып табылатын Дон КБК жағдайында осы шикізаттың ұсақ фракцияларының үлесіне 60-70% - ға дейін келеді, ал Ұнтақ тәрізді және тозаңды түрдегі кеннің үлесі 30% - ға жетеді [33, 34]. Электр пештерінде кеннің ұсақ фракцияларын шикіқұрам материалы ретінде қолдану тиімсіз. Бұл жағдайда балқыту қарқынды шаң шығарумен сипатталады, бұл қайтарымсыз шығындарға, пештің тұрақсыз жұмысына, техникалық-экономикалық көрсеткіштердің төмендеуіне және қоршаған ортаның ластануына әкеледі. Сондықтан жоғары көміртекті және феррохромды балқытатын кенді электр пештерін қалыпты пайдалану үшін шихтаның гранулометриялық құрамына жоғары талаптар қойылады, онда ұсақ фракциялардың ең аз саны болуы тиіс [35].
Бұл кендердегі Фосфор хромспинелидтердің құрамына кірмейді, тек фосфорлы конгломерат пен қиыршық тастардың қабаттарында болады. Оның мөлшері басқа элементтердің оксидтерінің құрамына байланысты емес және кедей де, бай кендерде де бірдей болуы мүмкін. Ол әдетте жоғарғы горизонттарда, әсіресе Комсомольское, Южное кен орындарында (0,1% және одан жоғары) және Інжу кен орнында (0,001 - 0,004%) минималды болады. Барлық кен орындарында кен денелерінің жату тереңдігінің ұлғаюымен кен құрамындағы фосфор мөлшері төмендейді.
Хром кендеріндегі күкірт қосылыстарының табиғаты егжей-тегжейлі зерттелмеген. Кендердегі күкірттің мөлшері жату тереңдігіне байланысты екені анықталды: жоғарғы горизонттарда - 0,002-0,06%, ал төменгі горизонттарда 0,06-0,1%. Бұрын ферроқорытпа зауыттары хром кендерінде 0,005-0,01% күкіртпен жұмыс істеген, ал қазір оларға 0,05-0,1% күкіртпен кен қолдану қажет. Соңғы және жоғары көміртекті феррохромды күкіртсіздендіру үшін: кендерді байыту немесе жоғары температуралы күйдіру, конверторларда сұйық феррохромды оттегімен үрлеу [26]. Ферроқорытпа зауыттарына жеткізілетін хром кендерінің құрамы соңғы жылдары айтарлықтай өзгерді. Шлактардың, қорытпалардың құрамы және феррохром өндірісінің кейбір технологиялық және техникалық-экономикалық көрсеткіштері де өзгерді. Бұл ішінара көміртекті феррохром шлактарының құрамымен расталады. Шлактардағы магнезия құрамының жоғарылауы хром кендерін жеткізу және құрамында магний оксиді көп жаңа кен орындарын пайдалануды бастау есебінен болды.
Хром кендерін байыту кезінде ұсақ түйіршікті концентраттар алынады. Осыған байланысты, кенді ұсақтау мәселесі, әсіресе, жабық доғасы бар жоғары қуатты пештерге көшу кезінде маңызды, бұл кендердің ұсақ бөлшектерін олардағы көміртекті тотықсыздандырғыштар мен байланыстырғыштарды: сұйық шыны немесе сульфит-спирт бардасын мөлшерлеу арқылы илектеу немесе брикеттеу арқылы шешуге болады [36]. Тәжірибе көрсеткендей, бұл жағдайда электр пешіне жібермес бұрын, Жоғары температуралы қалпына келтіретін отты 1200-1400ºС температурада қолданған жөн, бұл электр энергиясының нақты шығынын төрттен бір азайтады және ферроқорытпа пешінің өнімділігін жартысына арттырады [21]. "Гипроникель" институтының деректері бойынша жеткілікті берік брикеттер 3,5-7% мөлшерінде байланыстырушы бентонит ретінде қолданғанда және кейіннен шамамен 1400ºс температурада брикеттерді күйдіре отырып, 300 кГссм2 престеу қысымында алынады [37]. Кеннің ұсақ түйірлерін бітеу және брикеттеуден басқа агломерациялау әдісі кең таралған [38]. Хром кендерінің агломерациясы хромшпинелидтің ( 2000ºС) және цементтейтін жыныстардың (1400ºС) жоғары балқу температурасынан қиын [ 39]. Көрсетілген құрауыштарды жентектеу 1400-1450ºС (тіпті 1810ºС) жеткенде жүреді, бұл кейбір мамандар үшін хром кендерін агломерациялаудың мүмкін еместігі туралы қорытынды жасауға негіз болды. Бұл кендерді агломерациялау бойынша алғашқы зерттеулер "Уралмеханобр" институтында жүргізілді [40]. Шикіқұрамның минералды бөлігі 70% хром кенін құрады, 53% Cr2O3 және 30% қайтару ірілігі 6 мм-ге дейін.
Зерттеулер көрсеткендей, байланыстырғыш қоспалары жоқ хром кендері агломерацияланбайды және брикеттелмейді [6], ал шекемтастар Жоғары температуралы күйдіруді қажет етеді. Outokumpu фирмасының тәжірибесіне сәйкес, күйдірілген шекемтастарды кесек кенді немесе хромдық ұсақ заттарды пайдаланудан келесі артықшылықтары бар [24]:
- пісірілген түйіршіктердің сапасы олардың ұсақталған (ұсақ түйіршікті) құрылымына байланысты біркелкі болады;
- күйген түйіршіктердегі темір тотыққан тривалентті күйде болады ,сондықтан оның азаюы бастапқы хромитке қарағанда оңай басталады( темір темірмен); хромиттің кристалды торы матрицадан және темірге бай және магнийге бай 6 валентті оксидтерден тұрады; олар хромит торының бетінде және ішінде инелер түрінде орналасқан; сондықтан хромиттің құрылымы бастапқы құрылыммен салыстырғанда толығымен өзгереді;
- қорытпаға хром алу жоғарырақ; пористаның түйірлерінің құрылымы; олардың беткі қабаты үлкен, сондықтан олардың қалпына келу жылдамдығы руда немесе руда ұсақ заттарына қарағанда жоғары болады;
- шекемтастар дәстүрлі шихта материалына қарағанда қыздыруға және механикалық бұзылуға төзімді болып шығады;
- шихта қабаты арқылы тотықсыздандырғыш газдардың өтуі бірқалыпты;
- ұшпа (гидраттар, карбонаттар) агломерация кезінде ыдырайды, сондықтан электр энергиясы мен кокстың шығыны азаяды, жарылыс қаупі жойылады.
Шекемтастардан жоғары көміртекті феррохромды өнеркәсіптік балқыту оларды пайдалану тиімділігін дәлелдеді. Бұл ретте пештің жұмысы тұрақты болды, "жыланкөздердің", шихта шығарындыларының болмауы және шаң бөлінуін азайтудың арқасында еңбек жағдайлары жақсарды, сондай-ақ техникалық-экономикалық көрсеткіштер (өнімділігі және қорытпаға жетекші элементті алу) жоғарылады, электр энергиясы мен шихта материалдарының үлестік шығыстары азайды [35].
Кесекті хром рудасының тапшылығына байланысты мәжбүрлі шара ретінде басталған хром рудасының ұсақ (0-10 мм) фракцияларын тегістеу жөніндегі жұмыстар колошниктің оңтайлы газ өткізгіштігіне қол жеткізу және пеш ваннасында кен қабатын қалыптастыру үшін, әсіресе жабық режимде (көміртегі құрамын реттеу үшін) кесекті және ұсақ хромит кендерінің белгілі бір арақатынасын көздейтін жоғары көміртекті феррохром өндірудің технологиялық регламентін қамтамасыз етеді [39]. Сонымен қатар жоғары көміртекті феррохромды балқыту кезінде пеш ванналарындағы ұнтақты және жұқа түйіршікті концентраттардан алынған агломераттар, брикеттер мен шекемтастар кен қабатын жасамайды, сондықтан кесек кендерді алмастыра алмайды деген пікір бар [26].
Химия-металлургия институтында хромит кендерінің ұсақ-түйектерін тотықтыру бойынша қарқынды зерттеулер жүргізілуде. Жұқа ұнтақталған кварцитті шикіқұрамға қосуды көздейтін осы кендерді агломерациялаудың ұсынылған технологиясы жоғары тиімділікті көрсетті. Ол бойынша қазіргі уақытта Ақсу ферроқорытпа зауытында агломерациялық фабрика салынуда.
1.3 Жоғары көміртекті феррохромды балқыту кезінде тотықсыздандырғыштарды пайдалану
Ферроқорытпаларды балқыту кезінде негізгі көміртекті тотықсыздандырғыш кокс жаңғағы болып қалады - кокстың жалпы және домендік кластарын сұрыптау кезінде қалдық. Сонымен қатар, ферроқорытпа және домна өндірісінің коксқа қойылатын талаптары диаметрлі қарама-қарсы. Егер домендік процесс үшін негізгі көрсеткіштер: жоғары ірілік (40 мм - ден астам) және механикалық беріктік болса, онда ферроқорытпаларды балқыту үшін-төмен тығыздық пен дамыған кеуекті құрылыммен қамтамасыз етілетін жоғары электр кедергісі мен реактивтілік. Ферроқорытпаларды көмір термиялық қалпына келтіру арқылы өндіруде кокс жаңғағы процестің нақты талаптарына сәйкес келетіндіктен қабылданады. Дегенмен, оның кемшіліктері бар. Сонымен, оның жеткіліксіз жоғары реактивтілігі және салыстырмалы түрде төмен электр кедергісі пеш қондырғыларының мүмкіндіктерін толық пайдаланбауға және электр энергиясын тұтынудың артуына әкеледі. Осыған байланысты ферроқорытпа тәжірибесінде кокс жаңғағын тас көмірмен алмастыру көбірек таралуда [41, 42].
Кенді қалпына келтіретін ферроқорытпа пешінің жұмыс режимі көбінесе көміртекті тотықсыздандырғыштың қасиеттерімен анықталады: реактивтілік, гранулометриялық құрам және электр кедергісі. Тотықсыздандырғышты дұрыс таңдау электродтардың тұрақты терең қонуын қамтамасыз етеді, осыған байланысты пештің жылу шығыны колошник арқылы азаяды. Сонымен қатар, жоғары электр кедергісі бар тотықсыздандырғыштарды қолдану пеш ваннасындағы қуаттың қолайлы бөлінуіне ықпал етеді, электр доғаларының қуатын арттырады және зарядтағы токтың өтуінен бөлінетін қуатты азайтады. Электр доғаларының болуы бірқатар ферроқорытпаларды балқытудың қажетті шарты болып табылады.
Балқытылған ферроқорытпалардың сапасы тотықсыздандырғыштағы зиянды қоспалардың құрамымен анықталады. Жоғары көміртекті феррохромды балқыту кезінде металлургиялық кокс құрамындағы күкірт мөлшері 0,5% - дан аспайтын жағдайда қолданыла алады.
Домна коксын өндіруге арналған тас көмірде күкірт FeS2 (пирит), FeS және CaSO4, FeSO4 (сульфидті және сульфатты күкірт) қосылыстары түрінде болады [21, 43, 44]. Атап айтқанда, Донецкте (Украина) пирит күкіртінің мөлшері жалпы тәуелділікке бағынады Skc = 0.737 Scобщ.-0,83 күкірттің жалпы мөлшері 5%-ға дейін, ал сульфатты күкірттің мөлшері 0,1-0,2% - ға тең. Бұл жағдайда күкірт негізінен газ фазасына, содан кейін органикалық массаға өтеді [45], сондықтан феррохромды балқыту кезінде қолдануға болмайтын құрамында 1,8% күкірт бар жоғары күкіртті кокс алынады. Осыған байланысты, көміртегі тотықсыздандырғыш туралы мәселе қазіргі жағдайда жоғары көміртекті феррохром өндірісін дамыту үшін өзекті және шешуші болып табылады және оған ферроқорытпа саласында ерекше назар аударылады . Ақтөбе ферроқорытпа зауытында жоғары көміртекті феррохромды балқыту үшін Магнитогорск және нижнетагиль Кокс (Sk 0,75%), ленинск-Кузнецк жартылай коксы (Sn 0,45%), краснобродск тас көмірі (Sy 0,045 %) және Борлы (Қарағанды көмір бассейні) тас көмірі (Sy0,03%) қолданылады. Өнеркәсіптік балқыту тәжірибесі көміртекті тотықсыздандырғыштардың 1 Негізді балқытуға қатысты келесі қатынасын анықтады. жоғары көміртекті феррохром: металлургиялық кокс-жаңғақ 333 кг, жартылай кокс 57 кг және көмір 44 кг.1989 жылдан бастап Краснобродск кенішінің (Кузбасс, РФ) көмірі Ақтөбе ферроқорытпа зауытына жеткізілмейді.
Процестердің тұрақтылығын төмендетпестен металлургиялық коксты тұтынуды азайту мәселесі барлық қайта бөлуге қатысты, бірақ бастапқы металды өндіру кезеңі үшін өте маңызды. Кокстың минималды шығыны энергияны үнемдеу тұрғысынан ғана емес, сонымен қатар жоғары тазартылған металлургиялық жартылай өнімдерді (шойын, ферроқорытпа және лигатуралар) өндіру үрдісінде көрінетін нақты әлемдік тенденцияға байланысты да ұтымды. Кокс, оның қалыптасу сипатына байланысты, жоғары сапалы металл өнімдерінің қасиеттерін анықтайтын микропримді элементтердің негізгі тасымалдаушысы болып табылады [46, 47].
Коксқа әлемдік қажеттілік 85% оның қара металлургиядағы шығысымен анықталады. Бұл ретте әлемде және өнеркәсібі дамыған елдерде коксқа деген қажеттілік жылына 360 және 200 млн.т деп бағаланады [29]. Кокс өндірісінің көлемі 1990 жылдан бастап төмендеп, 1995 жылы 345 млн.т құрады [48]. Кокс өндірісінің дәстүрлі процесін жақсарту мүмкіндіктері өте шектеулі. Көмірді кокстаудың жаңа тәсілдері әзірлеу және өндірістік сынақтар сатысында: аз шығынды кокстық шағын зауыт тұжырымдамасын іске асыру алғышарты бар Джамбоу реакторларында кокстеу жүйесі [49]; химиялық өнімдерді ұстамай және электр энергиясын өндіру үшін бөлінетін газдардың жылуын кәдеге жарату қондырғыларымен біріктіріп Кокс пештерінде кокстеу [50-52]; үздіксіз режимде тікелей қыздыру арқылы қалыпталған коксты өндіру процесі [48]. Алайда, көмірді кокстеудің осы әдістерін өндіріске енгізу жақын болашақта күтілмейді.
Ашық әдіспен баяу пісетін көмірді өндірудің төмен құны және төмен көлік шығындары кокс жаңғағымен салыстырғанда көміртегі бірлігінің құнын 1,3-1,5 есе аз қамтамасыз етеді. Соңғы онжылдықтарда ферроқорытпаларды өндіру үшін жаңа тиімді көміртекті тотықсыздандырғыштарды таңдауға және сынауға көп көңіл бөлінді. Мысалы, күкірт ферроқорытпа зауытында көміртекті тотықсыздандырғыштардың жаңа түрлерін пайдалану, электр пештерінің параметрлерін оңтайландыру бойынша айтарлықтай жұмыс кешені жасалды. Көміртекті тотықсыздандырғыштардың дәстүрлі емес түрлері зерттеліп, өндіріске енгізілді: Черемхов кен орнының көмірі, Кузбасс көмірі, арық және майлы көмір, электродтарды графиттеу қалдықтары [53].
Көміртекті тотықсыздандырғыштардың шикізат базасын кеңейтудің қарапайым және практикалық нұсқаларының бірі-антрацит сияқты дәстүрлі емес көміртекті тотықсыздандырғышпен жиі қолданылатын тотықсыздандырғыштың (коксиктің) қоспаларын қолдану. [54] сәйкес, алмастырғыштың техникалық және экономикалық қол жетімділігі металлургияда кокс жаңғағын алмастырғыштарды қолданудың орындылығының өлшемі ретінде қарастырылуы керек. Алдын ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz