Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Исследование поведения фосфора в доменной печи с целью получения чугунов с пониженным содержанием примесных элементов

Диссертация: Исследование поведения фосфора в доменной печи с целью получения чугунов с пониженным содержанием примесных элементов
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Однако, исследования механизма восстановления фосфора из компонентов шихты, описанные в литературе, а так же данные балансовых расчетов поведения фосфора в процессе плавки для ряда доменных печей позволяют утверждать, что в доменной печи образуются газообразные соединения фосфора различного состава, а, следовательно, существует возможность удаления фосфора из печи с отходящими газами. Впервые… Читать ещё >

Исследование поведения фосфора в доменной печи с целью получения чугунов с пониженным содержанием примесных элементов (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • 05. 16. 02. — «Металлургия черных, цветных и редких металлов»
  • Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук
  • Научный руководитель: проф., д.т.н. Дашевский В .Я
  • Москва,
    • ГЛАВА 1. ФОСФОР В ШИХТОВЫХ МАТЕРИАЛАХ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ
    • 1. 1. Фосфор в железных рудах
    • 1. 2. Фосфор при производстве железорудных окатышей
    • 1. 3. Фосфор при производстве агломерата
    • 1. 4. Фосфор в марганцевых рудах
    • 1. 5. Фосфор в ископаемых углях и коксах
    • 1. 5. 1. Формы нахождения фосфора в углях
    • 1. 5. 2. Факторы распределения фосфора в угольном веществе
    • 1. 5. 3. Фосфор в коксе
  • ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ПЕРЕХОДА ФОСФОРА В ГАЗОВУЮ ФАЗУ
    • 2. 1. Общая информация о фосфоре и его соединениях
      • 2. 1. 2. Фосфаты кальция
      • 2. 1. 3. Оксиды фосфора
      • 2. 1. 4. Фосфиды железа
    • 2. 2. Обзор исследований механизма восстановления фосфата кальция
      • 2. 2. 1. Восстановление фосфата кальция монооксидом углерода
      • 2. 2. 2. Восстановление фосфата кальция водородом
      • 2. 2. 3. Восстановление фосфата кальция метаном
      • 2. 2. 4. Кинетические характеристики процесса восстановления фосфата кальция
        • 2. 2. 4. 1. Взаимодействие в твердой фазе
        • 2. 2. 4. 2. Взаимодействие в жидкой фазе
    • 2. 3. Разложение фосфатов железа при нагревании их до высоких температур
    • 2. 4. Обзор представлений о механизме восстановления фосфата железа
  • ГЛАВА 3. БАЛАНСОВЫЕ РАСЧЕТЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ФОСФОРА МЕЖДУ ОСНОВНЫМИ ПРОДУКТАМИ ПЛАВКИ. ПРИ ВЫПЛАВКЕ ЧУГУНА И ФЕРРОМАРГАНЦА В ДОМЕННОЙ ПЕЧИ
    • 3. 1. Методика проведения расчетов баланса фосфора при выплавке различного вида чугуна и ферромарганца
      • 3. 1. 1. Расчет баланса фосфора при выплавке передельного чугуна в условиях КМЗ
      • 3. 1. 2. Расчет баланса фосфора при выплавке литейного чугуна в условиях КМЗ
      • 3. 1. 3. Расчет баланса фосфора при выплавке ферромарганца в условиях КМЗ
      • 3. 1. 3. Расчет баланса фосфора при выплавке чугуна в условиях ЧМЗ
      • 3. 1. 4. Расчет баланса фосфора при выплавке чугуна в условиях НТМК
  • ГЛАВА 4. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОВЕДЕНИЯ ФОСФОРАВ УСЛОВИЯХ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ
    • 4. 1. Термодинамические свойства фосфата кальция
      • 4. 1. 1. Система Са-О-Р
      • 4. 1. 2. Система Са-0-Р
      • 4. 1. 3. Система Са-О-Р-С
      • 4. 1. 4. Система Са-О-Р-Бг-С
    • 4. 2. Термодинамические свойства фосфидов железа
    • 4. 3. Термодинамические свойства фосфидов марганца
    • 4. 4. Термодинамический анализ возможности газификации фосфорав доменном процессе
      • 4. 4. 1. Методика проведения термодинамического моделирования
      • 4. 4. 2. Исходные данные для проведения термодинамического моделирования
      • 4. 4. 3. Результаты термодинамического моделирования
  • ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА УДАЛЕНИЯ ФОСФОРА В ГАЗОВУЮ ФАЗУ
    • 5. 1. Методика проведения экспериментальных исследований
    • 5. 2. Методика обработки полученных экспериментальных данных
    • 5. 3. Результаты экспериментальных исследований и их обсуждение
  • ГЛАВА 6. ИССЕДОВАНИЕ ПОВЕДЕНИЯ ФОСФОРА В ДОМЕННОЙ ПЕЧИ ПРИ ВЫПЛАВКЕ ФЕРРОМАРГАНЦА В ПРОМЫШЛЕННЫХ УСЛОВИЯХ
    • 6. 1. Описание подготовки проб шлака
    • 6. 2. Результаты анализа
    • 6. 3. Обработка результатов
  • ГЛАВА 7. ПОВЕДЕНИЕ ФОСФОРА В ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

    • Актуальность работы:

    В современной металлургической науке при описании поведения фосфора в процессе доменной плавки принято считать, что практически весь фосфор шихты переходит в чугун. В пользу такой точки зрения говорит тот факт, что железо и фосфор характеризуются близким по величине сродством к кислороду и восстановление их протекает при примерно равных температурах. Восстановленные железо и фосфор образуют прочное соединение — фосфид. В доменных шлаках из-за их низкой окисленности и сравнительно низкой основности не образуются прочные соединения, связывающие фосфор.

    Однако, исследования механизма восстановления фосфора из компонентов шихты, описанные в литературе, а так же данные балансовых расчетов поведения фосфора в процессе плавки для ряда доменных печей позволяют утверждать, что в доменной печи образуются газообразные соединения фосфора различного состава, а, следовательно, существует возможность удаления фосфора из печи с отходящими газами.

    Изучение распределения фосфора между фазами — продуктами плавки чугуна и ферромарганца в доменной печи в современных условиях представляет, с одной стороны, теоретический интерес, поскольку существенно изменились условия плавки и имеющиеся литературные данные устарели, с другой, имеет серьезное практическое значение, так как позволяет определить форму нахождения фосфора в отходящих газах, что весьма важно, в первую очередь, с точки зрения сохранения окружающей природной среды.

    Таким образом, исследование поведения фосфора в процессе доменной плавки следует считать весьма актуальной задачей.

    Целью данной работы является:

    Теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение возможности образования и удаления из доменной печи газообразных соединений фосфора в процессе плавки.

    Определение величины коэффициентов распределения фосфора между фазами — продуктами плавки при выплавке в доменной печи чугуна и ферромарганца.

    Научная новизна:

    1. Впервые теоретически обоснован и экспериментально подтвержден факт образования газообразных соединений фосфора и удаления их в газовую фазу при выплавке чугуна различных видов и ферромарганца в доменной печи.

    2. Установлено влияние термодинамических и кинетических параметров на степень перехода фосфора, содержащегося в различных компонентах шихты, в газовую фазу.

    3. Впервые теоретически обоснована зависимость степени перехода фосфора в газовую фазу от вида химического соединения, в составе которого фосфор попадает в доменную печь, и условий плавки.

    4. Впервые показано, что принятые в настоящее время коэффициенты распределения фосфора между фазами при выплавке в доменной печи чугуна и ферромарганца не отвечают современным представлениям о процессе. Предложены новые величины коэффициентов распределения фосфора между фазами.

    Практическая значимость работы и рекомендации к использованию результатов:

    Экспериментально доказана возможность образования и удаления газообразных соединений фосфора при восстановлении его в системе с избытком железа. По итогам расчетных и экспериментальных данных определена величина коэффициентов распределения фосфора между фазами в процессе доменной плавки. Полученные результаты промышленных исследований подтвердили возможность удаления фосфора с отходящими газами при выплавке высокоуглеродистого ферромарганца в доменной печи. Рекомендовано ввести соответствующие поправки в справочники и учебники.

    1. Подробно рассмотрены вопросы поведения фосфора в процессе доменной плавки. Определены фосфорсодержащие соединения, содержащиеся в компонентах доменной шихты, исследованы механизмы восстановления этих соединений.2. Методом термодинамического моделирования определены газообразные со единения фосфора, образование которых возможно в условиях доменной плавки. По казано, что рост температуры приводит к возрастанию доли соединений фосфора в крайне мала. При отношении О/С, соответствующему восстановительным условиям в системе, степень перехода фосфора в газовую фазу при высоких температурах может увеличиться до 16−18% масс.3. Проведены балансовые расчеты распределения фосфора при выплавке чугу на в доменной печи по данным промышленных плавок на ОАО «КМЗ», ОАО «ЧМЗ» и ОАО «НТМК», анализ результатов которых дал основание утверждать, что не весь фосфор, приходящий с шихтовыми материалами, переходит в металл. При опреде ленных условиях доменной плавки (температура, отношение О/С) часть фосфора в виде газообразных соединений фосфора удаляется из доменной печи с отходящими газами. доменной плавки.5. По итогам расчетных и экспериментальных данных определены коэффици енты распределения фосфора между фазами в доменной печи. Для передельного чу гуна коэффициент перехода фосфора в чугун составляет х.

    = 0,90−0,94, в газ т|.

    0,04−0,06, в шлак т|.

    = 0,01−0,02- для литейного чугуна соответственно: л.

    = 0,06−0,08, п.

    = 0,01−0,02- для ферромарганца: т|.

    = 0,75−0,80,.

    Ч г, а з.

    0,20, г|шл = 0,03−0,05.6. Исследование результатов промышленных плавок высокоуглеродистого ферромарганца в доменной печи показало, что основная масса фосфора (80,92% ;

    среднее по 24 плавкам), вносимый шихтовыми материалами, переходит в металл. Это марганцевой руды, а восстановленное железо активно поглощает фосфор, препятст вуя его улету с отходящими газами. При температурах, когда получает развитие реак ция восстановления оксида марганца, образовавшиеся фосфиды железа растворяются в жидком марганце. В шлак переходит весьма незначительная доля фосфора 3,66%- улетает с отходящими газами 15,42%.

    Показать весь текст

    Список литературы

    1. Е.Ф. Вегман, Б. Н. Жеребин, А. Н. Похвиснев и др.- и др.- Под ред. Ю.С. ЮсфинаМеталлургия чугуна, М.: ИКЦ «Академкнига». -2004 г. — 774 с.
    2. А.П. Анализ явлений доменного процесса -М: Металлургиздат, 1962.
    3. Л.И. Леонтьев, Ю. С. Юсфин, Т. Я. Малышева, Н. С. Шумаков, А. Я. Травянов, О. Г. Гараева Сырьевая и топливная база черной металлургии. — Москва, ИКЦ «Академкнига» 2007 г.
    4. Железорудная база России (издание 2-ое, с дополнениями и изменениями)/под редакцией В. П. Орлова. — М.: ООО Геоинформмарк, 2007. — 871 с.
    5. В. А., Пименов Д. Электротермия фосфора. — СПб: Химия 1996.
    6. В.А., Бродский А. А., Ершов В. А., Таланов Н. Д. Переработка фосфора. — Л.: Химия, 1980, 200 с.
    7. Краткая химическая энциклопедия, гл. ред.И. Л. Кнунянца, т. 1 -, М., 1961
    8. В.А., Хавин З. Я., Краткий химический справочник, 3 изд., М., 1991
    9. Р., Рейнольде П. // Industrial and Engineering Chemistry.- 1978.-20−31.
    10. . В., Зайцев А. И., Могутнов Б. М. Термодинамические функцииобразования фосфидов железа //Неорганические материалы т. 30 № 9 — 1994.
    11. А. И, Доброхотова Ж. В., Могутнов Б. М. Термодинамические свойствафосфида железа FeP // Неорганические материалы -т. 30 № 10- 1994.
    12. А. И, Доброхотова Ж. В., Могутнов Б. М. Термодинамические свойстварасплавов железо — фосфор // Журнал Физической химии- т. 68 — 1994.
    13. Отчет по теме «Разработка технологии частичного восстановления марганцевыхруд». /Я. В. Дашевский и др. — М.: ИМЕТ им. А. А. Байкова 1969. 14 «Диаграммы состояния двойных металлических систем» под общей редакцией Н. П. Лякшева-М: Машиностроение 1999.
    14. A. I., Litvina A. D., Shelkova N. Е. Thermodynamic Properties of Alloys ofPhosphorus with Calcium. Barium. Cromium. Vanganese and Iron //Zeitschrift fur Metallkunde — hi -Munchen 1997.
    15. A. I., Litvina A. D., Shelkova N. E. //Thermodynamic Properties of Mn — P Alloys Zeitschrift fur Metallkunde — h.3 — Mtinchen 1993.
    16. И.Б. Теоретические основы дефосфорации и десульфурации марганца и сплавов на его основе — Тбилиси: Мецниереба, 1987.
    17. Л. Гидрогеохимия зоны гипергенеза. 2-е изд., исправл. и дор. М Недра, 1998. 366 с.
    18. Я. Э., Кетрис М. П. Элементы-примеси в черных сланцах. Екатеринбург: УИФ"Наука", 1994. 304 с
    19. Я. Э., Кетрис М. П., Мерц А. В. Элементы-примеси в ископаемых углях. Л.:Наука, 1985.239 с.
    20. Е. Л. О некоторых закономерностях распространения фосфор- в пластах угля Балахонской свиты Кузнецкого бассейна // Уч. зап. Вологогодского педагогического ин-та, 1959. Вып. 24. с. 291—308.
    21. А. К. Угловский угольный бассейн // Угольная база России. Т. 5, кн. 1. Угольныебассейны и месторождения Дальнего Востока (Хабаровский край, Амурская область, Приморский край, Еврейская АО). М.: ЗАО «Геоинформмарк», 1997. 115—174.
    22. Rozkowska A., Parzentny Н. Zawartosc fosforu vv weglach Gornos laskiego Zaglebia Weglowego // Kwart. geol., 1990. T. 34, № 4. P. 611—622
    23. Rao S. R. R., Datta P. В., Luthia G. B. S., LahariA. Reduction of phosphorus in coking coal //Mining Geol. Met. Inst. India Trans., 1951. Vol. 47. P. 112—127.
    24. Eskenazy G. Trace elements geochemistry of coal inclusions in sediments (Bulgaria) // Геол.геогр. фак. Кн. 1. Геология, 2001. Т. 91, № 1. 187—204.
    25. Статья «Фосфор». Большая Советская Энциклопедия. В 30 томах. Том 19. — М.: Советская энциклопедия,' 1970.
    26. В.И. Алейников, А. И. Горбанев. Анализ происхождения марганцеворудного сырья с позиций химизма процессов рудообразования // Теория и практика металлургии марганца / Ф. Н. Тавадзе, М. И. Громов, В. Я. Дашевский и др. — М.: Наука, 1980. — 23−28.
    27. Н.М. Страхов. Проблемы осадочного марганцоворудного процесса. — М.: Наука, 1968.
    28. Н.А., Кабанов А. В., Баришполец В. Т. Комплексное использование минерально-сырьевых ресурсов при обогащении руд черных металлов. — М.: Недра, 1986
    29. Н.П., Гладких В. А., Гасик М. И. Природа химической связи фосфора в мономинералогических разностях и концентратах марганцевых руд // Металлы, — 1994. — № 6.— 3−11
    30. ПироговБ. И., Пирогова В. В. Минералогическое исследование нселезных и марганцевыхруд. — М.: Недра. 1973.
    31. Минеральные формы фосфора в марганцевых рудах / Е. Г. Ожогина, И. Г. Луговская, В. Т. Дубинчук и др. // ОАО «Черметинформация». Бюллетень «Черная металлургия». — 2004.№ 4.-С. 9−11.
    32. Ю.Е. Сутырин. Фосфор в марганцевом сырье — проблема решаема // Металлург.-2002.№ 7.-С. 31−35.
    33. ЯЗ., Кертис М. П. Токсичные элементы-примеси в ископаемых углях. — Екатеринбург: УрО РАН, 2005.
    34. Ю.П. Шубин. Полезные элементы — примеси в углях Донбасса разных марок // Науков1пращ УкрНДШ НАН Украши, 2008.-№ 2.
    35. Лядова, Малышева и др. Особенности распределения фосфора при частичном восстановлении марганцевых руд // Подготовка железорудного сырья к металлургическому переделу.- М.: Наука, 1973.
    36. Разработка технологии частичного восстановления мараганцевых руд. Я. В. Дашевский, A.M. Чернышев, Б. А. Громов и др. — М., 1969.
    37. М.И. Гасик. Электротермия марганца. — Киев: Техника, 1979.
    38. . И., Пирогова В. В. Минералогическое исследование железных и марганцевых руд. — М.: Недра. 1973.
    39. М.И., Лякишев Н. П., Емелин Б. И. Теория и технология производства ферросплавов. — М: Металлургия, 1988.
    40. Учебное пособие № 280. Металлургия ферросплавов. Часть 1 / Н. П. Лякишев, М. И. Гасик, В .Я. Дашевский. — М.: «Учеба», 2006.
    41. Минеральные формы фосфора в марганцевых рудах Усинского месторождения и их поведение в технологических процессах / Е. Г. Ожогина, И. Г. Луговская, В. Т. Дубинчук // Бюллетень «Черная металлургия». — 2004. — № 4. -С. 9−11.
    42. В.А., Гасик М. И. Силикотермпя марганца. — Днепропетровск: «Системныетехнологии», 2001.
    43. Термодинамические свойства фосфидов железа / А. И. Зайцев, Ж. В. Доброхотова, А. Д. Литвина, и др. // Тезисы докладов технической конференции. — Никополь, 1996.
    44. А.Х. Марганец. Пер. с англ. Под ред. М. Л. Берштейна. — М.: Металлургиздат, 1959.
    45. Г. Г. Ефименко, А. А. Гиммельфарб, В. Е. Левченко. Металлургия чугуна.- Киев: «Высшаяшкола. Головное издательство», 1981.
    46. Р. Дурер, Г. Фолькнер. Металлургия ферросплавов. — М.: Металлургия, 1976.
    47. И. Г. Хомченко «Общая химия», М. 'Химия' 1987
    48. Ю.С., Войтковский Ю. Б., Петелин А. Л., Зайцев А. К. Газовое восстановлениемонооксида марганца// Сталь, 1994, № 8, с.10−15
    49. Термическая фосфорная кислота и ее соли/под ред. Н. Н. Постникова. М.: Химия — 1962
    50. В.А., Остроумов М. А., Свит Т. Ф. Термодинамические свойства веществ. Л.: Химия.-1976
    51. П.В., Есин О. А. Процессы высокотемпературного восстановления -Свердловск.:Металлургиздат. — 1957
    Заполнить форму текущей работой

    Сессия? Спокойно!