Эксперты Университета МИСИС определили четыре основные группы микроэлементов при доменной плавке. Изучение и анализ характерных особенностей их поведения поможет прогнозировать качество выплавляемого чугуна и оценивать влияние выбросов тяжелых металлов на окружающую среду.
Несмотря на актуальность исследования поведения тяжелых металлов в доменной плавке к настоящему времени не выработана общая методология. Проведенные работы единичны, каждая выполнена по оригинальной авторской методике.
Формирующаяся в доменной печи металлургическая система включает все виды сред и обладает сложными закономерностями массообменных процессов. Современная доменная плавка характеризуется высокой интенсивностью процессов в горне печи и уменьшением времени контакта чугуна и шлака. Введенный стандарт ГОСТ Р 56828.32-2017 предусматривает необходимость изучения поведения микроэлементов в металлургических процессах. Поэтому разработка методологии анализа поведения тяжелых металлов в доменном процессе - одна из наиболее актуальных и наукоёмких проблем современной металлургии чёрных металлов.
Традицию изучения микроэлементов ввел на кафедре руднотермических процессов (ныне кафедра энергоэффективных и ресурсосберегающих промышленных технологий) НИТУ МИСИС ученый-металлург Анатолий Похвиснев. В 1980-х гг. особое внимание уделялось исследованию поведения в доменной плавке цинка, щелочных металлов, свинца. Позже в Университете МИСИС начались регулярные исследования. Анализ металлургического сырья и продукции для условий центральной России показал содержание в них до 40 элементов из таблицы Менделеева в количестве 2-5 ppm и выше. Было введено понятие "элементопотока" - анализа движения элемента на протяжении всего производственного цикла, а затем - "глобального, жизненного цикла". Также проведены исследования на металлургических комбинатах "Северсталь", НЛМК, "Тулачермет" "НТМК", "Косогорский металлургический завод", "EKO-Stahl" (Германия), "Кардемир" (Турция), "Хадисолб" (Египет). В результате исследований установлено, что производимые в России чугуны содержат от 20 до 28 примесных элементов общим количеством от 0,55 до 1,6 кг/т чугуна.
Среди микропримесей выделяются циркулирующие, легирующие и композитные элементы. Проблема первых в современной чёрной металлургии занимает особое место. Элементы (медь, хром, никель, олово, молибден) постепенно накапливаются в готовом стальном продукте в процессе круговорота "сталь > металлолом > сталь". Попадающие в доменную печь микроэлементы распределяются между чугуном, шлаком, доменным газом, колошниковой пылью и шламом, переходят в состав образований, формирующихся в печи в процессе эксплуатации. Микроэлементы могут формировать контуры циркуляции во внутреннем пространстве печи, а попадающие в шламы накапливаются в цикле "доменная печь > шлам > агломерация > доменная печь".
В результате исследований выделены четыре группы микроэлементов. Элементы первой группы ведут себя аналогично шлакообразующим (алюминию, кальцию, магнию) и практически полностью переходят в оксидный расплав. Для стронция отмечается накопление в шламе, для лантаноидов и бериллия - невязка баланса. Элементы второй группы распределяются между металлическим и шлаковым расплавом (аналогично марганцу или кремнию), а ванадий, мышьяк и фосфор переходят в газовую фазу процесса. Элементы третьей группы практически полностью обращаются в чугун. При этом для никеля и галлия отмечается переход в газовую фазу. Для элементов четвертой группы характерен приход в доменную печь только в составе "минеральной" части шихты, они распределяются между чугуном и газовой фазой процесса.
Учёт особенностей поведения микроэлементов даёт возможность прогнозировать качество выплавляемого чугуна, оценивать накопление примесей в цикле "доменная печь > шлам > агломерация > доменная печь" и влияние вредных микроэлементов на окружающую среду.
По материалам:
https://misis.ru/news/9424/