Главная \ Направления деятельности \ Инновационные технологии \ Многофункциональный плавильный агрегат МПА

Многофункциональный плавильный агрегат МПА

Работа МПА

В последние годы в черной металлургии получает развитие безкоксовая металлургия, позволяющая обойтись без дорогостоящего кокса и агломерата. Безкоксовая металлургия развивается по двум направлениям.

По одному из направлений подготовленную железную руду, например, окатыши подвергают ожелезнению путем твердофазного восстановления оксидов железа твердым или газообразным восстановителем. Ожелезненные до 90% окатыши сразу могут использоваться в сталеплавильных агрегатах.
По другому направлению оксиды железа из шихты восстанавливают в жидкой шлаковой фазе твердым или газообразным углеродистым восстановителем, при этом, как правило, получают чугун. Примером жидкофазного восстановления (ЖФВ) оксидов железа с получением чугуна могут быть процессы “Корекс”, “Ромелт”, “Хайсмелт”, “Аусмелт”, “Диос” и др.

Компания “Дата-Центр Автоматика” разработала инновационную технологию плавки с вращением и жидкофазным восстановлением на базе многофункционального плавильного агрегата (МПА), которая имеет следующие отличительные особенности:

    1. Шихта в МПА плавится в лунке параболической формы, образованной в результате вращения металлической фазы   электромагнитными силами с использованием магнитогидродинамических устройств (МГД-устройств).
    2. В МПА можно плавить не только металлическую шихту, как в обычной тигельной индукционной печи, но и шихту, состоящую на 100% из оксидов.
    3. Восстановление металлов из оксидов осуществляется сильными металлическими восстановителями, например, алюминием или кремнием.
    4. Использование металлических восстановителей позволяет снизить энергозатраты и значительно улучшить экологию процесса, так как выделение газов незначительно.

 

Указанные выше особенности позволяют эффективно перерабатывать на МПА многие шлаковые расплавы руд, концентратов руд и расплавы отходов многих металлургических производств, например, красных шламов глиноземного производства, шламов доменного производства, пыли газоочисток сталеплавильного производства, отвальных шлаков медеплавильного производства и многое другое.
В настоящее время запатентован целый ряд инновационных технологий переработки различных материалов.

Следует отметить, что на МПА выделяется железо без примеси углерода. Такое безуглеродистое железо, становится пригодным или для получения разных сортов нержавеющей продукции (после добавки в расплав необходимых добавок, например, хрома, марганца и др.), или для получения особо прочной и морозостойкой продукции (после добавки в расплав микролегирующих добавок, например, ванадия, титана и азота). Ванадий, титан и азот могут создавать в расплаве соединения, размер частиц которых приближается к наноразмерам. Если эти соединения в определенном количестве будут иметь место в железных расплавах, получаемых из чистой железной руды, то прочность металлопродукции может увеличиться в 3-4 раза.

По новой технологии с использованием МПА разработан ряд технологий переработки руды, концентрата и железистых кварцитов Михайловского ГОКа. Один МПА может перерабатывать до 60 тысяч тонн исходного сырья в год, получая прибыль 100 - 300 долларов на тонну в зависимости от используемого исходного сырья и варианта переработки. Миниметаллургическое предприятие в составе 5-ти МПА со всем вспомогательным оборудованием занимает площадь 2000 квадратных метров.
Для проверки всех технических решений, реализуемых на МПА, а также технологических процессов переработки сырья требуется сооружение пилотного образца, стоимость которого оценивается в 5-7 миллионов долларов. Время проверки 1-1,5 года. 

Технические характеристики МПА

Внутренний диаметр плавильной камеры до 2,5 м
Высота плавильной камеры 1,2-1,4 м
Подводимая активная мощность 5-7 МВт
Масса выплавляемого металла до 10 т
Скорость вращения жидкой фазы до 30 об/мин
Производительность по перерабатываемой шихте до 60 тыс. тонн в год. 

Переработка железистых кварцитов Михайловского ГОКа

Кварцит подается в МПА на предварительно расплавленную металлическую подложку (ферросилиций), которая приводится во вращение с помощью магнитного поля МГД-устройства. Кварцит расплавляется в образующейся лунке за счет энергии, передаваемой от тигельной части МПА через металлическую фазу.
В результате реакции восстановления на выходе из МПА образуется железо без примесей углерода (безуглеродистое железо) – инновационный металлургический продукт, применяемый для производства нержавеющей стали с принципиально новым качеством, либо новых видов продукции.
Так, с помощью безуглеродистого железа возможно получение т.н. «наностали» за счет регулирования мелкодисперсной структуры металла и практически полного отсутствия серы, фосфора и оксидов металлов. Прочность таких сталей возрастает в 3-4 раза, а твердость – на порядок по сравнению с обычными видами стали.
Далее в МПА подается ферроалюминий и оксид кальция, где в результате химических реакций образуются ферросилиций и плавленый клинкер для производства высокоглиноземистого цемента ВГЦ-1. 

Преимущества использования безуглеродистого железа, полученного при производстве
трубной заготовки, для атомной промышленности

1. В настоящее время для производства трубок используется стабилизированная сталь, в которую вводятся добавки титана, ванадия и хрома, что при дальнейшей деформационной обработке приводит к образованию неровностей на внутренней поверхности трубки. Эти микронеровности препятствуют равномерному наполнению трубок ураном, что ведет к быстрому выходу их из строя.

На МПА получается безуглеродистое нестабилизированное железо, которое не надо легировать и при дальнейшей деформационной обработке гарантируется получение гладкой внутренней поверхности, а значит, более качественное наполнение и увеличение срока годности.

2. В обычной хромистой стали углерод образует с хромом карбиды, которые оттягивают на себя часть хрома, и на границах кристалла возникает коррозия. При толщине стен трубки 0,3 мм коррозия приводит к проеданию стенки и выходу ее из строя. Металл МПА позволяет повысить коррозионную стойкость против межкристаллитной коррозии, так как в металле отсутствует углерод.

3. При существующей технологии используется холодная прокатка с большими обжатиями, что требует до 7 промежуточных отжигов. После каждого отжига требуется производить тщательную промывку и травление.
Предлагаемая МПА-технология получения трубной заготовки позволяет защитить внутреннюю поверхность от окисления, что ведет к повышению ее качества. По данной технологии труба будет получена методом горячей прокатки, а следовательно, отпадает необходимость в очень сложных процедурах мытья и травления внутренней поверхности трубы. 

Список патентов

  1. Патент № 2172456 по заявке № 99127581 на изобретение «Агрегат для внепечной обработки
      металлического и шлакового расплавов» (приоритет 23.11.1999 г.),
  2. Патент № 2207476 по заявке № 2001113326 на изобретение «Плавильный агрегат» (приоритет
      14.05.2001 г.).
  3. Патент № 2184327 по заявке № 2000116955 на изобретение «Агрегат для подготовки жидкого
      металла к разливке в слитки и заготовки» (приоритет 26.06.2000 г.).
  4. Патент № 2228967 по заявке № 2002102084 на изобретение «Способ производства
      титаносодержащей лигатуры» (приоритет 23.01.2002 г.).
  5. Патент № 2245371 по заявке № 2003103262 на изобретение «Способ переработки красного
      шлама глиноземного производства» (приоритет 3.02.2003 г.).
  6. Патент № 2250271 по заявке № 2003127922 на изобретение «Способ производства
      высокотитаносодержащей лигатуры» (приоритет 16.09.2003 г.).
  7. Патент № 2250151 по заявке № 2003127921 на изобретение «Способ производства тонкого
      металлического листа из тонкой литой полосы и автоматизированная линия технологического
      оборудования для производства металлического листа из тонкой литой полосы» (приоритет
      16.09.2003 г.).
  8. Патент № 2260495 по заявке № 2004105783 на изобретение «Способ производства
      качественной прутковой металлопродукции» (приоритет 27.02.2004 г.).
  9. Патент № 2261285 по заявке № 2004105782 на изобретение «Способ производства черновой
      меди и цинка» (приоритет 27.02.2004 г.).
10. Патент № 2276198 по заявке № 2004123064 на изобретение «Способ безотходного
      производства сплава из железосодержащей шихты» ( приоритет от 27.07.2004 г.)
11. Патент № 2287024 по заявке № 2005103603 на изобретение «Способ производства железа
      из шихты, содержащей оксиды кремния и железа» ( приоритет от 14.02.2005)
12. Патент № 2295582 по заявке № 2005120262 на изобретение «Способ переработки шлаков,
      содержащих оксид титана» ( приоритет от 30.06.2005 г.)
13. Патент № 2311469 по заявке № 2005120263 на изобретение «Способ производства
      титаносодержащей продукции и устройство для его осуществления» ( приоритет
      30.06.2005 г.).

Работа МПА