КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 22-29-00400

НазваниеФундаментальные исследования физико-химических свойств оксидной системы СаО – SiO2 – Al2O3 – FeO – Fe2O3 – MgO – B2O3 в широком диапазоне составов с целью разработки методов переработки высокомагнезиальных карбонатных железных руд (сидеритов), предусматривающих повышение эффективности их использования в существующих технологиях и расширения области применения в металлургии путем разработки новых технологических подходов.

Руководитель Леонтьев Леопольд Игоревич, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук , Свердловская обл

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-201 - Процессы тепло- и массообмена

Ключевые слова Карбонатные железные руды, доменная плавка, производство стали, физико-химические свойства шлака, вязкость, температура плавления, компьютерное моделирование металлургических процессов, термодинамическое моделирование состава и свойств шлаков.

Код ГРНТИ53.03.05

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Месторождения карбонатных железных руд расположены по всему миру. Основной недостаток этих руд – низкое содержание железа и высокое – оксида магния. В связи с этим наблюдается незначительный интерес металлургов к данному виду сырья. Единственный реализованный метод их переработки сидеритов – доменная плавка. Причем их используют только в качестве добавок к шихте, поскольку содержание MgO в доменном шлаке не должно превышать 15-20 %. Исследования, направленные на изучение возможности получения из этих руд методом пирометаллургического обогащения концентратов, пригодных для использования в сталеплавильных процессах, показали, что содержание оксида магния в конечном продукте более 50%. Это делает невозможным использовать их в качестве замены лома, т.к. образующиеся при этом сталеплавильные шлаки имеют высокую температуру плавления. В то же время запасы таких руд очень велики. В частности, запасы Бакальского месторождения (Россия, Челябинская область) составляют около 1 млрд. т. В настоящее время добыча руды в Бакальском рудоуправлении (БРУ) во много раз ниже, чем позволяют горно-геологические условия. В связи с этим разработка методов переработки карбонатных железных руд (сидеритов), предусматривающих повышение эффективности их использования в существующих технологиях и расширение области применения в металлургии является весьма актуальной задачей. Анализ физико-химических свойств доменных и сталеплавильных шлаков позволяет сделать вывод о том, что одним из методов, позволяющих это сделать является снижение температуры плавления высокомагнезиальных доменных и сталеплавильных шлаков. Это позволит увеличить долю сидеритов в доменной шихте и осуществлять плавку высокометаллизованного концентрата в электропечах. В основе как доменных, так и сталеплавильных шлаков лежит система CaO - SiO2 – Al2O3 - FeO - Fe2O3 - MgO. Физико-химические свойства таких шлаков в области низких содержаний MgO хорошо изучены. Известно также, что добавки в оксидные системы борного ангидрида снижает температуры плавления таких расплавов. Выбранные объекты исследования – системы CaO - SiO2 – Al2O3 -MgO (доменные шлаки) и системы CaO - SiO2 – Al2O3 - FeO - Fe2O3 - MgO (сталеплавильные шлаки), содержащие до 40-50 % MgO и добавки B2O3. Для указанных составов выбранных систем отсутствуют данные по физико-химическим свойствам, в частности, вязкости и температуры плавления. Научная новизна проекта состоит в получении новых данных об указанных свойствах в широком диапазоне составов по результатам теоретических и экспериментальных исследований. Предварительно, путем компьютерного моделирования будут определены составы шлаков доменной, и электро- плавок с добавками карбонатных железных руд. Поскольку используемые с этой целью математические модели позволяют рассчитать показатели процесса, в том числе с использованием нового, ранее не применявшегося сырья исследователи сталкиваются с проблемой оценки физико-химических свойств поликомпонентных оксидных расплавов, ввиду недостаточности или полного отсутствия данных о физико-химических свойствах этих сложных и различных по химическому составу систем. В рамках выполнения проекта будет разработана методология оценки физико-химических свойств поликомпонентных оксидных расплавов и создание на этой основе комплекса программ расчета температур кристаллизации и вязкостных свойств оксидных расплавов в широком диапазоне составов, характерных для металлургических шлаков, определен равновесный фазовый состав и основные физико-химические характеристики оксидных систем (вязкости, температур кристаллизации), содержащих компоненты, характерные для подавляющего большинства шлаков черной металлургии, (Al2O3, CaO, MgO, SiO2 с добавками B2O3) в широком интервале концентраций методом термодинамического моделирования, оценена достоверность полученных теоретических результатов и адекватность разрабатываемого комплексного метода определения физико-химических свойств многокомпонентных оксидных расплавов с использованием математического и компьютерного моделирования в результате сравнительного анализа теоретических и экспериментальных данных. Обобщение полученных в результате теоретических и экспериментальных исследований данных о вязкости и температуре плавления расплавов системы СаО - SiO2 – Al2O3 - FeO - Fe2O3 - MgO –B2O3 в диапазоне составов шлаков доменного и сталеплавильного производства позволит отобразить их на изотермическом разрезе диаграммы состав-свойство. Полученные результаты позволят оценить возможность повышения эффективности использования сидеритов в существующих технологиях и расширения области применения в металлургии и провести оптимизацию параметров новых технологий переработки карбонатных железных руд. Термодинамическое моделирование позволит с минимальными затратами получить новые данные о межфазном распределении бора между шлаком системы СаО – SiO2 – Al2O3 – FeO – Fe2O3 – MgO – B2O3 и металлом, полученными в результате доменных и сталеплавильных процессов для оценки возможности прямого микролегирования стали бором.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---