Аннотация
В работе математическим моделированием были определены основные параметры процесса твердофазного восстановления железохроминикелевой руды Сахаринского месторождения с получением ферроникеля, а также процесса полного карботермического восстановления железистого шлака от предыдущей стадии с получением легированного чугуна: расходы водорода, количество и состав продуктов восстановления при различных степенях извлечения железа из рудного сырья на первой стадии восстановления (водородного), а также расходы энергетического угля, состав и количество легированного чугуна и конечного шлака на второй стадии восстановления (углеродного).
Рациональная степень восстановления железа из комплексного рудного сырья колеблется от 5 до 10 %, что обеспечивает содержание никеля в получаемом ферросплаве до 10 %. Такой ферросплав может быть использован для производства низколегированных марок сталей 10ХСНД, 15ХСНД, 17ХСНД, широко применяемых в судостроении. Получаемый при восстановлении железистого шлака хромсодержащий чугун по составу соответствует литейному чугуну марки ЧС-5, что свидетельствует о возможности осуществления безотходной технологии.
По полученным расчетным данным была проведена серия экспериментов по твердофазному восстановлению Сахаринской никелевой руды, результатом которой стало получение первых порций «водородного» ферроникеля.
Ключевые слова:
Водород, твердофазное восстановление, комплексное никельсодержащее сырье, ферроникель, легированный чугун.
1. Костин В.Ф., Савельева Р.Н. Процессы и агрегаты прямого получения железа. Свердловск: Изд-во Уральского политехнического института, 1983.
2. Progress in Hydrogen Treatment of Materials / Aoki K., Artemenko Yu.A., Borisov G.P. et al.; Ed. V.A. Goltsov. Donetsk - Coral Gables: Kassiopeya, 2001. 544 p.
3. Ванюков А.В. Теория пирометаллургических процессов. М.: Металлургия, 1971. 504 с.
4. Дудоров М.В., Дрозин А.Д., Рощин В.Е. Термодинамика роста металлической фазы при твердофазном восстановлении металлов в комплексных оксидах // Вестник Южно-Уральского Государственного Университета. Серия «Химия». 2021. Т. 13. № 3. С. 49-59.
5. Изучение возможности вовлечения в металлургическое производство марганецсодержащего сырья Южного Урала / Панишев Н.В., Харченко А.С., Бигеев В.А., Потапова М.В., Закуцкая Л.А. // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2019. № 7 (230). С. 31-37.
6. Исследование технологии переработки титаномагнетитовых руд Суроямского месторождения / Потапова М.В., Бигеев В.А., Харченко А.С., Потапов М.Г., Соколова Е.В. // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2020. Т. 63. № 3-4. С. 225-230.
7. Заякин О.В. Разработка рационального состава и технологии производства никельсодержащих ферросплавов из бедных окисленных никелевых руд: автореф. дис. … канд. техн. наук. Екатеринбург: Ин-т металлургии Уральского отделения Российской академии наук, 2002
8. Yucel O., Turan A., Yildirim H. Investigation of pyrometallurgical nickel pig iron (NPT) production process from lateritic nickel ores, in: C.E. Suarez (Eds.), TMS 2012, 141th Annual Meeting and Exhibition, TMS, Orlando, 2012, pp. 56-64.
9. Kim J., Dodbiba G., Tanno H., Okayaa K., Matsuo S., Fujita T. Calculation of low-grade laterite for the concentration of Ni by magnetic separation, Minerals Engineering, 23, 282- 288, (2010).
10. Sohn H.Y. Process Modeling in Non-Ferrous Metallurgy, Elsevier Ltd., Oxford, 2014.
11. Tsemekhman L.Sh., Ryabko A.G., Tsymbulov L.B. et al. Cleaning of slags from copper and copper-nickel sulfide smelting // Proc. of the Copper 2003-Cobre 2003, Pyrometallurgy of Copper - Santiago, Chile. November 30-December 3 2003. Vol. IV (Book 2). P. 353-366.
12. Ермаков И.Г. Исследование, разработка и внедрение технологии электроплавки техногенного никельсодержащего сырья: специальность 05.16.02 «Металлургия чёрных металлов» : автореф. дис. … канд. техн. наук. СПб., 2005. 185 с.
13. Bouasria M., Khadraoui F., Benzaama M.N. et al. Partial Subsistution of Cement by the Association of Ferronickel Slags and Crepidula Forniicata Shells // Journal of Building Engineering. 2021. Vol. 33.
14. Термодинамические свойства жидких сплавов железо-никель-кобальт / Морачевский А.Г., Цемехман Л.Ш., Цымбулов Л.Б. и др. // ЖПХ. 2003. Т. 76, вып. 11. С. 1779-1783.
15. Liu J., Zhou X., Luo Z. et al. Preparation and Formation Mechanizm of Ferronickel Slag-Based Magnesium Phosphate Cement // Jianzhu Cailiao Xuebao. 2020. Vol. 23.
16. Исследование процесса обеднения шлаков продувкой их газовыми смесями с различным парциальным давлением кислорода / Фомичев В.Б., Князев М.В., Цымбулов Л.Б. и др. // Цветные металлы. 2002. № 9. С. 32-36.
17. Zhu D., Xue Y., Pan J. et al. StrengtheningSntering of Limonitic Nickel Laterite by Substituting Ferronickel Tailings for Sintering Fluxes // The Mineral, Metals & Materials Series. 2020. P. 879-892.
18. Потапова М.В. Разработка технологической схемы производства рафинированного ферроникеля из бедных железохромоникелевых руд: специальность 05.16.02 «Металлургия чёрных, цветных и редких металлов»: автореф. дис. … канд. техн. наук. Магнитогорск, 2006. 20 с.
19. Колокольцев В.М., Бигеев В.А., Сибагатуллин С.К. Предельная степень использования водорода в реакциях восстановления железа из оксидов // Теория и технология металлургического производства. 2010. № 10. С. 4-11.