Университет науки и технологий МИСИС, Москва, Россия

Г. С. Сборщиков, профессор кафедры энергоэффективных и ресурсосберегающих промышленных технологий
(ЭРПТ), докт. техн. наук, эл. почта: g.sborshikov@mail.ru
А. Ю. Солодова, доцент кафедры ЭРПТ, канд. техн. наук, эл. почта: terekhova.nastya@mail.ru
К. С. Шатохин, доцент кафедры ЭРПТ, канд. техн. наук, эл. почта: shatohin_ks@mail.ru

Печь жидкофазного восстановления железа с позиции теплофизики обладает большими потенциальными возможностями как многофункциональный металлургический агрегат. Это связано с тем, что технологический процесс протекает в расплаве, обладающем высокой плотностью и позволяющем регулировать его химический состав. С другой стороны, высокая плотность обеспечивает при заданной температуре высокое объемное содержание теплоты, что предопределяет интенсивный теплообмен и небольшие габариты агрегата при определенной производительности. Основным недостатком печей жидкофазного восстановления считают высокие удельные затраты кислорода и топлива на тонну производимого первичного металла. В связи с этим выполнено исследование возможности сокращения удельного расхода топлива. В качестве изучаемого объекта рассмотрена опытно-промышленная установка «Ромелт». Установлено, что для выбранного агрегата ограничительным фактором, препятствующим увеличению удельной производительности печи и сокращению удельных расходов на получаемый первичный металл, является используемый способ генерации теплоты, связанный с дожиганием отходящих газов в надслоевом пространстве. В связи с этим предложен способ, исключающий данный процесс. Указанный способ реализован ранее в цветной металлургии и заключается в сжигании топлива в выносных камерах сгорания, установленных на боковых фурмах печи жидкофазного восстановления. При этом в барботажный слой вдувается не кислородно-воздушная смесь, а высокотемпературные продукты сгорания топлива. Реализация технологии на изучаемой печи позволит полностью отказаться от применения кислорода в процессе и сократить удельный расход условного топлива на тонну чугуна от 593 до 312 кг. При этом температура уходящих из печи газов сократится от 1680 до 1400 ^оС, что также поспособствует снижению удельного расхода топлива в процессе.

1. Роменец В. А., Валавин В. С., Усачев А. Б. и др. Процесс Ромелт. – М. : МИСИС : Руда и металлы, 2005. – 399 с.
2. Valavin V. S., Pokhvisnev Y. V., Makeev S. A., Zaytsev A. K. Processing of hematite ore by Romelt duplex process // Metallurgist. 2023. Vol. 67, № 6-7. P. 899–907.
3. Курмаева А. М., Куминова Я. В., Хайдаров Б. Б. Изучение сорбционных свойств гранулированного доменного шлака // Материалы Международной научно-практической конференции им. Д. И. Менделеева, посвященной 60-летию ТИУ : сборник статей конференции : в 3 т. – Тюмень : ТИУ, 2025. – Т. [2]. – С. 104–106.
4. Sborshchikov G. S., Petelin A. L., Terekhova A. Yu. Increasing the specific performance of Romelt furnace // Metallurgist. 2020. Vol. 64, № 3–4. P. 208–213.
5. Технико-экономическое обоснование строительства ПЖВ для переработки шламов на месте доменной печи № 1 НЛМК. – [Б. м.], 1990. – 136 с.
6. Кутателадзе С. С., Стырикович М. А. Гидродинамика газожидкостных систем. – Изд. 2-е, перераб. и доп. – М. : Энергия, 1976. – 296 с.
7. Сборщиков Г. С., Чибизова С. И. Гидродинамика и массообмен в многофазных системах металлургии. – М. : Изд. дом МИСиС, 2016. – 141 с.
8. Абрамович Г. Н., Гирилович Г. А., Крашенинников С. Ю., Секундов А. Н., Смирнов И. П. Теория турбулентных струй. – 2-е изд., перераб. и доп. – М. : Наука, 1984. – 715 с.
9. Лаатс М. К., Фришман Ф. А. О допущениях, принятых при расчете двухфазной струи // Известия АН СССР. Механика жидкости и газа. 1970. № 2. С. 186–191.
10. Абрамович Г. Н., Лебедев А. Б. Приближенная теория газожидкостных струй : технический отчет. – М. : ЦИАМ, 1984. – 65 с.
11. Николаенко Н. К., Сборщиков Г. С. Изучение уноса в надслоевом пространстве печей типа фьюминговых // Цветные металлы. 1985. № 7. С. 17–19.
12. Тарг С. М. Краткий курс теоретической механики. – М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. – 416 с.
13. Троянкин Ю. В. Проектирование и эксплуатация высокотемпературных технологических установок. – М. : Изд-во МЭИ, 2002. – 324 с.
14. Сборщиков Г. С., Петелин А. Л., Терехова А. Ю. Исследование тепловой работы надслоевого пространства печи Ромелт // Известия вузов. Черная металлургия. 2022. Т. 65. № 4. С. 240–245.
15. Кривандин В. А., Арутюнов В. А., Белоусов В. В. и др. Теплотехника металлургического производства. В 2 т. Т. 1. Теоретические основы : уч. пособие.– М. : МИСИС, 2002. – 608 с.
16. Тодес О. М., Цитович О. Б. Аппараты с кипящим зернистым слоем : гидравлические и тепловые основы работы. – Л. : Химия, 1981. – 296 с.
17. Алсуфьев Е. А. Исследование возможности контроля температуры кессонированного пояса печи Ванюкова // Записки Горного института. 2003. Т. 155. С. 160–162.
18. Пат. 2409795 РФ. Кессон пирометаллургического агрегата барботажного типа / Иванов В. И., Морозов А. Б. ; заявл. 10.12.2008 ; опубл. 20.01.2011, Бюл. № 2.
19. Терехова А. Ю. Исследование и совершенствование конструкции и работы печей с барботажным слоем для жидкофазного восстановления железа : дис. ... канд. техн. наук. – М., 2022. – 127 с.
20. Евдокименко А. И., Костерин В. В. Природный газ в цветной металлургии. – М. : Металлургия, 1972. – 240 с.
21. Власов О. А., Мечев В. В., Веретнова Т. А. Конверсия природного газа с водяным паром в расплаве меди и шлака и использование этого газа для очистки его от серы // Научное обозрение. Химические науки. 2023. № 1. С. 5–11.
22. Матюхин В. И., Ярошенко Ю. Г., Матюхин О. В. Совершенствование тепловых режимов шахтных печей цветной металлургии // Известия вузов. Цветная металлургия. 2010. № 3. С. 57–65.